Оборудование и технологии текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин: теория и расчет

Е. С. ЮШИН 
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕКУЩЕГО 
И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА НЕФТЯНЫХ  
И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН:  
ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ 
Учебник 
Москва     Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 

УДК 622.242.5 
ББК 33.131 
Ю95 
Р е ц е н з е н т ы :
профессор кафедры машин и оборудования нефтегазовых промыслов  
Уфимского государственного нефтяного технического университета доктор 
технических наук, профессор К. Р. Уразаков;  
доцент кафедры промышленной техники для разработки месторождений нефти 
и газа Технического факультета «Михайло Пупин» в г. Зренянин  
Университета города Нови-Сад Элеонора Десница 
Ю95 
Юшин, Е. С. 
Оборудование и технологии текущего и капитального ремонта 
нефтяных и газовых скважин: теория и расчет : учебник / Е. С. Юшин. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 380 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0905-6 
Рассмотрены вопросы организации и проведения текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин на суше и на море. Описаны техники 
для ведения операций по подземному ремонту скважин. Изложена последовательность подготовительных действий и операций по поддержанию и восстановлению работоспособности скважинного оборудования и самой скважины, 
вопросы применения нетрадиционных методов ремонта скважин с помощью 
колтюбинговых технологий, а также некоторые аспекты и особенности работ на 
континентальном шельфе. 
Для бакалавров и магистров направления подготовки «Нефтегазовое дело», а также для других категорий обучающихся при повышении квалификации. 
УДК 622.242.5 
ББК 33.131 
ISBN 978-5-9729-0905-6 
” Юшин Е. С., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................... 
7 
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................... 
8 
1. Классификация и показатели эффективности ремонтных работ 
в нефтяных и газовых скважинах................................................................. 10 
1.1 Нефтегазовая скважина как объект эксплуатации............................... 
10 
1.2 Конструкция эксплуатационной скважины.......................................... 
13 
1.3 Подземный ремонт и освоение скважин............................................... 
15 
Контрольные вопросы.................................................................................. 
42 
2. Оборудование для текущего и капитального ремонтов скважин...... 43 
2.1 Классификация оборудования для ремонта скважин........................... 43 
2.2 Оборудование и инструмент для спуско-подъёмных операций......... 
50 
2.2.1 Инструмент.................................................................................... 50 
2.2.2 Средства механизации................................................................... 56 
2.2.3 Грузоподъёмное оборудование...................................................... 
66 
2.3 Оборудование и инструмент для технологических операций............. 74 
2.3.1 Наземное оборудование.................................................................. 74 
2.3.2 Скважинное оборудование и инструмент................................... 95 
Контрольные вопросы................................................................................... 116 
3. Текущий ремонт нефтяных и газовых скважин.................................... 118 
3.1 Технологическая схема текущего ремонта скважин............................ 118 
3.2 Глушение скважин перед ремонтом...................................................... 122 
3.3 Порядок подготовительных работ перед ремонтом скважин.............. 127 
3.4 Технология спуско-подъёмных операций........................................... 
132 
3.5 Ремонт фонтанных скважин................................................................... 133 
3.6 Ремонт газлифтных скважин.................................................................. 144 
3.7 Ремонт скважин механизированного фонда......................................... 149 
3.7.1 Эксплуатация скважин штанговыми глубинными насосами… 149 
3.7.2 Эксплуатация скважин погружными электронасосами ……… 156 
3.8 Ликвидация песчаных пробок................................................................ 165 
3.9 Борьба с отложением солей.................................................................... 167 
3.10 Борьба с отложением смол и парафинов............................................. 170 
3.11 Борьба с газогидратными пробками.................................................... 177 
3.12 Борьба с образованием стойких эмульсий.......................................... 179 
3.13 Борьба с прихватами подъёмных труб................................................. 181 
3.14 Борьба с коррозией скважинного оборудования................................ 182 
3.15 Удаление жидкости с забоя скважины................................................ 184 
Контрольные вопросы................................................................................... 186 
3 
 

4. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин........................... 187 
4.1 Технологическая схема капитального ремонта скважин..................... 187 
4.2 Обследование и исследование скважин................................................ 193 
4.2.1 Гидродинамические исследования скважин................................. 193 
4.2.2 Геофизические исследования скважин......................................... 195 
4.2.3 Обследование состояния эксплуатационной колонны............... 196 
4.2.4 Испытание эксплуатационной колонны на герметичность..... 198 
4.3 Ремонтно-исправительные работы в скважинах.................................. 199 
4.3.1 Ликвидация негерметичности резьбовых соединений................ 201 
4.3.2 Тампонирование.............................................................................. 202 
4.3.3 Применение двухпакерной компоновки......................................... 205 
4.3.4 Установка металлического пластыря......................................... 206 
4.3.5 Спуск дополнительной колонны меньшего диаметра................ 211 
4.3.6 Установка колонны-летучки......................................................... 212 
4.3.7 Частичная замена поврежденной колонны................................. 213 
4.3.8 Устранение смятия эксплуатационной колонны........................ 214 
4.4 Ремонтно-изоляционные работы в скважинах...................................... 214 
4.4.1 Пути поступления пластовых сред в ствол скважины............. 215 
4.4.2 Подготовка и проведение работ................................................... 217 
4.4.3 Установка цементных мостов..................................................... 220 
4.4.4 Селективные и неселективные методы водоизоляции............... 224 
4.5 Устранение аварий, допущенных при эксплуатации или ремонте..... 228 
4.5.1 Ловильные работы......................................................................... 228 
4.5.2 Извлечение прихваченных труб..................................................... 234 
4.6 Переход на другие горизонты и приобщение пластов......................... 238 
4.6.1 Возврат скважины на вышележащий горизонт......................... 238 
4.6.2 Возврат скважины на нижележащий горизонт........................ 239 
4.6.3 Методы отключения нижнего и верхнего горизонтов............... 240 
4.6.4 Совместная эксплуатация пластов............................................. 242 
4.6.5 Совместно-раздельная эксплуатация пластов........................... 242 
4.6.6 Раздельная эксплуатация пластов............................................... 243 
4.7 Ремонт скважин с использованием элементов бурения....................... 244 
4.7.1 Проводка горизонтального участка скважины.......................... 244 
4.7.2 Разбуривание цементных мостов................................................. 245 
4.7.3 Зарезка и бурение новых стволов.................................................. 246 
4.8 Воздействие на призабойную зону пласта............................................ 250 
4.8.1 Классификация методов воздействия.......................................... 255 
4.8.2 Химическое воздействие................................................................ 252 
4.8.3 Физическое воздействие................................................................ 261 
4 
 

4.8.4 Биологическое воздействие........................................................... 282 
4.8.5 Газовое воздействие....................................................................... 284 
4.8.6 Комбинированное воздействие..................................................... 286 
4.9 Освоение скважин после ремонта.......................................................... 287 
4.9.1 Способы вызова притока в скважинах........................................ 288 
4.9.2 Замена раствора жидкостью с меньшей плотностью............. 289 
4.9.3 Замена жидкости глушения пенными системами...................... 290 
4.9.4 Аэрирование жидкости глушения................................................. 291 
4.9.5 Вытеснение сжатыми газами...................................................... 292 
4.9.6 Применение испытателя пластов на базе струйного насоса... 293 
4.9.7 Тартание скважин желонкой....................................................... 295 
4.9.8 Свабирование скважин.................................................................. 295 
4.10 Перевод скважин на использование по другому назначению........... 297 
4.10.1 Ввод в эксплуатацию и ремонт нагнетательных скважин..... 297 
4.10.2 Консервация и расконсервация скважин.................................... 299 
4.10.3 Ликвидация скважин.................................................................... 300 
Контрольные вопросы................................................................................... 303 
5. Ремонтные работы нетрадиционными методами с использованием 
колтюбинговых установок и колонны гибких НКТ................................. 304 
5.1 Колтюбинговые технологии ремонта.................................................... 304 
5.2 Снижение гидростатического давления на забое скважин.................. 306 
5.3 Удаление жидкости с забоя скважины.................................................. 307 
5.4 Очистка ствола скважин.......................................................................... 308 
5.5 Ловильные работы в скважине............................................................... 308 
5.6 Интенсифицирующие обработки скважин............................................ 309 
5.7 Расширение ствола скважины................................................................ 309 
5.8 Проведение каротажа в скважине.......................................................... 310 
5.9 Фрезерование, перфорация, цементация и борьба с песком............... 310 
5.10 Использование ГНКТ в качестве эксплуатационной колонны......... 311 
5.11 Закачка ингибиторов и растворителей солей и парафинов............... 311 
5.12 Использование ГНКТ при механизированной добыче...................... 312 
5.13 Исследование скважин.......................................................................... 312 
5.14 Бурение с помощью ГНКТ.................................................................... 313 
5.15 Работы в горизонтальных участках скважин...................................... 314 
5.16 Очистка технологических трубопроводов.......................................... 315 
Контрольные вопросы................................................................................... 315 
6. Особенности текущего и капитального ремонта скважин  
на континентальном шельфе........................................................................ 316 
6.1 Специфика ремонтных работ на континентальном шельфе................ 316 
5 
 

6.2 Гидрометеорологические условия проведения ремонтных работ...... 317 
6.3 Ремонтные работы на морских и шельфовых месторождениях......... 319 
6.4 Возвратные работы на море.................................................................... 322 
6.5 Освоение морских и шельфовых скважин............................................ 323 
6.6 Консервация, расконсервация и ликвидация морских скважин......... 324 
6.7 Защита от коррозии морских сооружений............................................ 326 
6.8 Охрана окружающей среды при ремонте скважин в море.................. 330 
Контрольные вопросы................................................................................... 331 
7. Практические расчеты при ремонте, обслуживании и освоении 
нефтяных и газовых скважин........................................................................ 332 
7.1 Расчет изменения температуры по длине обсадной колонны перед 
проведением ремонта скважины.................................................................. 332 
7.2 Расчет потери устойчивости обсадной колонны от действия  
критических температуры и давления......................................................... 334 
7.3 Расчет напора и производительности насосного агрегата  
для обратной промывки песчаной пробки.................................................. 338 
7.4 Расчет мощности двигателя и времени для чистки песчаной пробки 
гидробуром..................................................................................................... 342 
7.5 Расчет предельной глубины спуска остеклованных НКТ  
для снижения отложений парафинов и солей............................................. 345 
7.6 Расчет силовых параметров при расхаживании прихваченной  
колонны НКТ труболовкой........................................................................... 348 
7.7 Расчет нефтяной ванны для освобождения прихваченных  
бурильных труб.............................................................................................. 352 
7.8 Расчет и выбор конструкции колонны насосных штанг  
для предупреждения их обрыва в скважине............................................... 355 
7.9 Расчет режимов работы насосных агрегатов и количества  
спецтехники для гидропескоструйной перфорации скважины................. 358 
7.10 Расчет установки пакера и якоря для проведения операции  
гидравлического разрыва пласта.................................................................. 361 
7.11 Расчет глубины установки в колонне НКТ пусковых клапанов  
для вызова притока пластовой среды.......................................................... 364 
7.12 Расчет давления насоса для освоения скважины струйным  
аппаратом....................................................................................................... 367 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………..…………. 371 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………….……..………. 372 
 
 
 
 
6 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Настоящий учебник предназначен для студентов высших учебных заведений нефтегазового профиля, в частности для бакалавров и магистров направления подготовки 21.04.01 «Нефтегазовое дело» по различным профилям.  
Содержание издания полностью соответствует учебным программам по 
дисциплинам специалитета и бакалавриата, Федеральному государственному 
образовательному стандарту, включает в себя апробированные и общепризнанные положения. 
Учебник может быть полезен для студентов, изучающих дисциплины 
«Подземный ремонт скважин», «Капитальный ремонт скважин», «Текущий 
и капитальный ремонт скважин», а также ряд родственных предметов. 
Целью создания настоящего учебника является ознакомление читателя 
с техническими средствами и технологией проведения работ по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 
Материал издания актуализирован, структурирован по главам, включает 
общие сведения о дисциплине и показателях эффективности ремонтных работ, 
описание техники для ведения операций по подземному ремонту скважин, содержит последовательность подготовительных действий и операций по поддержанию и восстановлению работоспособности скважинного оборудования 
и самой скважины, вопросы применения нетрадиционных методов ремонта 
скважин с помощью колтюбинговых технологий, а также некоторые аспекты и 
особенности работ на континентальном шельфе с морских гидротехнических 
сооружений. 
Для закрепления изложенного материала по разделам предлагаются блоки контрольных вопросов, а также практические расчеты, связанные с различными технологическими процессами в подземном ремонте скважин. 
7 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Подземный ремонт нефтяных и газовых скважин является одной из 
наиболее трудоёмких промысловых работ, требующий высокой квалификации 
персонала, использования современного высоконадёжного оборудования и 
вспомогательных технических средств, а также применения навыков и умений 
для осуществления технологических процессов по предупреждению и устранению аварийных ситуаций на разрабатываемых и эксплуатируемых месторождениях углеводородов как на суше, так и на море.  
Технология подземных работ в эксплуатационных нефтегазовых скважинах включает процессы текущего и капитального ремонта, а также их освоения 
с целью вызова притока добываемых пластовых флюидов.  
Текущий ремонт нефтяных и газовых скважин направлен на возобновление работоспособности скважинной и устьевой техники, создание безаварийных условий её эксплуатации (ликвидация различного вида образований, таких 
как песчаные пробки, АСПО, отложение солей и газогидратов и т. д.). Капитальный ремонт, в свою очередь, является комплексом работ по восстанов- 
лению рабочих параметров и характеристик нефтяных и газовых сква- 
жин (например, осуществление изоляции проявившихся вод, ремонтноисправительные работы, связанные с потерей герметичности обсадной колонны 
и т. д.). 
Как уже было отмечено, выполнение сложного комплекса исправительных работ становится возможным посредством многофункциональных машин и 
механизмов, которые могут работать при сложных скважинных и гидрометеорологических условиях, таких как высокое горное давление, коррозионная активность пластовых сред, низкие отрицательные температуры воздуха, ветровое и сейсмическое воздействие и некоторые другие. 
Некоторые осложняющие факторы способствовали созданию и применению так называемых колтюбинговых технологий ремонта нефтяных и газовых 
скважин с использованием колонны длинномерных безмуфтовых гибких НКТ, 
в особенности, при операциях в горизонтальных участках ствола и в условиях 
ограниченности рабочего пространства, например, на морских гидротехнических сооружениях. 
В дополнение ко всему отмеченному стоит сказать, что развитие арктических шельфовых территорий и разработка находящихся на них нефтегазовых 
месторождений сопровождаются группой рисков, включающих опасность работы обслуживающего персонала в открытом море, негативные климатические 
условия, опасность загрязнения окружающей среды. Эти факторы следует рас8 
 

сматривать и учитывать в совокупности при планировании промысловых процессов ремонта скважин и их освоения. 
Все вышеперечисленные вопросы призвано объединить и, в той или иной 
мере, раскрыть содержание настоящего учебника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ  
РЕМОНТНЫХ РАБОТ В НЕФТЯНЫХ  
И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ 
 
1.1. Нефтегазовая скважина как объект эксплуатации 
 
Скважиной называется вертикальная, наклонная или горизонтальная цилиндрическая горная выработка диаметром порядка нескольких сантиметров и 
глубиной до нескольких километров (диаметр значительно меньше глубины). 
Раскрывая особенности проведения ремонтных работ в эксплуатационных скважинах нельзя не рассмотреть систематизацию скважин. Приведём общую классификацию нефтегазовых скважин по отличительным особенностям. 
 
Классификация нефтегазовых скважин 
 
По глубине: 
– малой глубины (менее 1000 м); 
– глубокие (от 1000 до 5000 м); 
– сверхглубокие (более 5000 м). 
 
По диаметру: 
– небольшого диаметра (25…100 мм); 
– среднего диаметра (100…500 мм); 
– большого диаметра (500…900 мм и свыше). 
 
По количеству спускаемых колонн: 
– однорядные; 
– многорядные (двух- семирядные). 
 
По характеру бурения: 
– бурение одиночных скважин; 
– кустовое бурение (количество стволов скважин от 2 до 12 и более). 
 
По профилю: 
– вертикальная (максимальное отклонение от вертикали не более 5°); 
– наклонно направленная; 
– горизонтальная; 
– многозабойная (многоствольная). 
10