Обсадную колонну собирают из обсадных труб либо одного номинального размера
(одноразмерная колонна), либо двух номинальных размеров (комбинированная
колонна). Трубы подбирают в секции в соответствии с запроектированной
конструкцией обсадной колонны.
Для облегчения спуска обсадной колонны и качественного ее цементирования по
выбранной технологии в состав колонны вводят дополнительные элементы: башмак,
обратный клапан, заливочный патрубок, упорное кольцо, заливочную муфту, трубные
пакеры, центраторы (фонари), скребки.
Башмак обсадной колонны навинчивают на нижний конец первой (снизу) обсадной
трубы и закрепляют сваркой. Он служит для предохранения нижнего торца обсадной
колонны от смятия и для ее направления по стволу скважины в процессе спуска.
Используются башмаки различной конструкции: простейшая представляет собой
короткий отрезок стальной толстостенной трубы с фасками (наружной и внутренней)
на нижнем торце. Такие башмаки устанавливают на обсадных колоннах большого
диаметра, начиная с 351 мм.
Обычно в башмачное кольцо снизу
вводят направляющую пробку. Она имеет конусообразную или сферическую форму и
изготовляется из легко разбуриваемого материала: бетона, алюминия, дерева.
Имеются пробки чугунные и стальные. Благодаря своей форме, пробка облегчает
прохождение обсадной колонны на участках искривления ствола. В самом кольце
башмака или в направляющей пробке делают боковые отверстия, через которые
цементный раствор закачивается в затрубное пространство.
Обратный клапан устанавливают в нижней части обсадной колонны на одну-две трубы выше
башмака. Имеются конструкции колонных башмаков, включающие обратный клапан.
Обратный клапан служит для перекрытия пути поступления жидкости внутрь обсадной
колонны.
В зависимости от конструктивных особенностей обратные клапаны могут
выполнять дополнительные функции: дифференциальный клапан при спуске колонны
допускает регулируемое частичное заполнение обсадной колонны жидкостью,
обратные клапаны типа ЦКОД допускают постоянное заполнение колонны и
срабатывают после введения дополнительного запорного элемента (шарика) и т. п.
Выбор конструкции клапана зависит от конкретных условий в скважине, и
прежде всего от опасности проявлений и наличия зон поглощения.
Заливочный патрубок устанавливают непосредственно над башмаком (ниже обратного клапана). Он
представляет собой отрезок трубы длиной около 1,5 м с отверстиями,
расположенными по винтовой линии. Они соединяют затрубное пространство с
внутренним объемом обсадной колонны. Заливочный патрубок применяют для подачи
цементного раствора в затрубное пространство при цементировании обсадной
колонны.
Упорное кольцо (кольцо «стоп») устанавливают в обсадной колонне на 20 - 30 м выше
башмака. Оно имеет суженный внутренний диаметр и служит для задерживания
цементировочных пробок. Кольцо изготовляют из серого чугуна, иногда применяют
упорные кольца, изготовленные из цемента.
Заливочной муфтой обсадная колонна оснащается в том случае, если предусматривается
ступенчатое цементирование. Она позволяет открыть в нужный момент каналы для
подачи цементного раствора в затрубное пространство, а затем вновь их
перекрыть. Место установки муфты определяется заранее по протяженности
интервалов цементирования.
Трубный пакер вводят в оснащение обсадной колонны для создания надежной изоляции
отдельных интервалов в затрубном пространстве. Пакер устанавливают в местах
залегания устойчивых непроницаемых горных пород. В большинстве конструкций
пакеров надежная изоляция достигается деформированием эластичного элемента, надетого
на корпус, и плотным его смыканием со стенками ствола скважины. По способу
перевода в рабочее состояние трубные пакеры подразделяются на гидравлические
(пакеры ППГ, ПДМ и ПГБ-250 конструкции ВНИИБТ) и механические (конструкции,
разработанные в объединениях «Краснодар-нефтегаз», «Куйбышевнефтегаз» и др.). В
гидравлическом пакере под уплотнительный элемент поступает жидкость, вызывая
его деформацию в поперечном размере. В механическом пакере эластичный элемент
деформируется за счет разгрузки на него части веса самой обсадной колонны.
Несколько отличается от других пакер-фильтр ПФМ конструкции ТатНИПИнефти,
не имеющий упругих элементов. На рабочей поверхности пакера установлен фильтр.
Полость под фильтром сообщается с внутренним пространством обсадной колонны
через отверстия с находящимися в них шариковыми обратными клапанами. После
закачки цементного раствора в затрубное пространство колонна разгружается от
внутреннего давления. За счет избытка наружного давления на фильтре происходит
интенсивное отфильтровывание жидкой фазы из цементного раствора внутрь колонны.
Обезвоженный цементный раствор в зазоре между фильтром и колонной в короткий
срок схватывается и образует плотный поясок из цементного камня, препятствующий
перетоку в начальный период схватывания цемента за колонной.
Центраторы («фонари»)
устанавливают на обсадной колонне для поддержания соосности ствола скважины и
спущенной обсадной колонны и создания благоприятных условий для равномерного
распределения цементного раствора по кольцевому зазору. Как считают некоторые
исследователи, центраторы также способствуют снижению сил трения при спуске
колонны и более полному замещению цементным раствором жидкости, находившейся в
затрубном пространстве. Как правило, применяют пружинные центраторы, при использовании
которых центрирование колонны в стволе скважины осуществляют с помощью
пружинных арочных планок, концы которых закреплены на кольцах-обоймах.
По конструкции колец центраторы подразделяют на разъемные (ЦПР конструкции
ВНИИБТ, ЦЦ конструкции ВНИИКРнефти) и неразъемные (ФП конструкции ГрозНИИ).
Кольцо-обойма состоит из двух шарнирно соединенных половинок. Такой центратор легко
надевается на обсадную трубу над устьем скважины при спуске колонны. У
неразъемных центраторов кольца-обоймы целые, они должны быть предварительно
надеты на трубу. Продольное перемещение центраторов по трубе ограничивается
стопорным кольцом, которое располагается между кольцами-обоймами.
Эффект центрирования зависит от правильности выбора интервала установки
центраторов по стволу и расстояния между цент-раторами на колонне. Центраторы
размещают на наиболее ответственных участках колонны, где надежность изоляции
имеет очень большое значение (интервал продуктивного горизонта и его кровли,
низ обсадной колонны и т. п.). Расстояние между центраторами может быть
вычислено по методике ВНИИБТ или ВНИИКРнефти
Скребки устанавливают
на обсадной колонне для удаления глинистой корки со стенок скважины и повышения
надежности сцепления цементного камня со стенками ствола скважины. Известны две
разновидности конструкции скребков - круговые и прямолинейные.