Влияние тепловой обработки на прочность конструкции скважины

При выборе труб и марок стали необходимо учитывать, что нагрев труб приводит к изменению их предела текучести и прочности, причем снижение предела текучести значительно у наиболее прочных сталей. (При нагреве от 20 до 400^оС s_Т понижается ~ на 30 %)

Предварительное натяжение колонны обсадных труб до их закрепления цементным раствором осуществляется для снижения напряжений в них при нагреве. Предварительное растяжение труб создает в них напряжение растяжения. По мере нагрева растянутых труб, закрепленных в цементе напряжения растяжения уменьшаются, доходят до нуля и лишь потом начинают расти напряжения осевого сжатия. Такая технология заканчивания скважин бурением была осуществлена впервые в Узеньском месторождении по рекомендации МИНХиГП.

При неглубоких скважинах (несколько сот метров) рационально применять прогрев обсадной колонны при ее цементировании. Этот предварительный нагрев удлиняет и расширяет ее, что снижает нагрузки в теле труб при закачке теплоносителя.

В пробуренных старых скважинах эти методы уже невозможны. Здесь приходится применять теплоизолированные НКТ и другие методы теплоизоляции межтрубного пространства.

Прочность и герметичность обсадных колонн значительно зависит от качества резьбовых соединений труб. Периодическое тепловое воздействие на резьбовое соединение может ослабить их затяжку. Поэтому необходимо тщательно закреплять резьбу с М_КР, рекомендованным для газовых скважин. При свинчивании необходимо применять герметизирующие смазки: до температуры 140 -150^оС - смазки Р-2 и УС -1, при температуре 200 - 300^оС применяют другие уплотнители, например заполнение впадин резьб слоем мягкого металла, постепенно уменьшающегося по толщине в направлении входной части резьбового соединения. Необходимо, также, в этих случаях применять высокогерметичные обсадные трубы с трапецеидальной резьбой ТБО - 4, ОТТМ, ОТТГ.

При повышенных температурах эксплуатации необходимо тщательно выбирать цементные смеси для тампонажных работ, так как прочность, стойкость к воздействию воды и проницаемость обычных портландцементов в этих условиях значительно снижаются. Высокопрочный цемент с s_ИЗ = 6,4 - 5,9 МПа снижает свою прочность до s_ИЗ = 4,1- 3,7МПа. Поэтому для высокотемпературных скважин рекомендуются специальные цементно - песчаные смеси в соотношении 3:1. Введение кварцевого немолотого песка в соотношении 1:3 повышает прочность цементного камня на 12 -15% при температуре 130^оС и Р= 35МПа (s_ИЗ=5,2 - 4,2 МПа).

Введение в смесь молотого кварцевого песка еще больше повышает прочность цементного камня. При температуре 130^оС цементно - песчаная смесь (50:50) имеет s_ПР на сжатие = 48,5 МПа, а в составе 75:25 s_ПР =35,5 МПа, то есть почти в 1,5 раза больше.

По техническим требованиям песчанистый цемент делится на «холодный» с содержанием песка 25% (s_ИЗ ³ 2 МПа) и на «горячий» с содержанием 45% песка(s_ИЗ ³ 4 МПа).

Как показывают расчеты и практика теплового воздействия, нагрев системы элементов обсаженного ствола скважины на 80 -100^оС может при определенных условиях привести к образованию трещин в цементном кольце и нарушению его герметичности. Цементный камень имеет малую прочность на растяжение, поэтому в нем могут образовываться длинные продольные трещины вблизи обсадной колонны. У торца цементного кольца осевые усилия, передаваемые от колонны труб, приводят к образованию горизонтальных трещин.

При нагреве на 150 -250^оС опасные напряжения возникают и в обсадной колонне. Сжатие обсадной колонны цементным кольцом приводит к ее смятию, потере цилиндрической формы и излому.

В принципе возможны два случая:

Ø Подача в пласт теплоносителя с температурой 100 -150^оС. В скважину в этом случае обычно спускается колонна НКТ без пакера или с пакером.

Ø Подача в пласт теплоносителя с высокой температурой (150 -340^оС). Скважина в этом случае оснащается колонной НКТ с пакером, причем НКТ рекомендуется теплоизолировать.