Обоснование и выбор конструкции забоя скважины

Под конструкцией забоя скважины подразумевают соотношение элементов системы скважина - крепь в интервале продуктивного объекта, которые обеспечивают устойчивость ствола, разобщение напорных пластов, проведение технико-технологических воздействий на пласт, ремонтно-изоляционные работы, а также продолжительную эксплуатацию скважин с оптимальным дебитом [2-3].

По геологическим условиям размещения нефтяных залежей, типу коллектора и свойствам пород продуктивного горизонта выделяют следующие четыре основных вида объектов эксплуатации,

1. Коллектор однородный, прочный, гранулярного или трещинного типа. Близко расположенных водонапорных и газоносных горизонтов нет. Подошвенные воды отсутствуют.

2. Коллектор однородный, прочный, гранулярного или трещинного типа. В кровле пласта - газовая шапка или близко расположенные напорные объекты.

3. Коллектор однородный и неоднородный по литологическому составу пород, по фильтрационной характеристике относится к коллекторам пористого или трещинного типа, характеризуется чередованием устойчивых и неустойчивых пород, водо- и газовмещающих пропластков с разными пластовыми давлениями.

4. Коллектор слабосцементированный, гранулярный, большой пористости и проницаемости, с нормальным или низким пластовым давлением. При его эксплуатации имеет место разрушение пласта и вынос песка из скважины.

Для первого типа коллектора характерны конструкции открытого типа, для второго - конструкции смешанного типа, для третьего - конструкции закрытого забоя, для четвертого - конструкции забоев для предупреждения выноса песка.

На рисунках 1-4 изображены основные типы конструкций забоев скважин.

 

Рисунок 1 – Конструкции забоев скважин закрытого типа   Конструкции забоев скважин закрытого типа необходимы для изоляции продуктивных горизонтов друг от друга с целью обеспечения их разработки по системе снизу вверх или для совместно-раздельной эксплуатации. Продуктивный объект перекрывается сплошной или потайной колонной (хвостовиком) с обязательным его цементированием.

Рисунок 2 – Конструкции забоев скважин открытого типа Конструкции забоев скважин открытого типа предназначены для заканчивания скважин в условиях, когда применение тампонажного материала недопустимо из-за ухудшения коллекторских свойств пласта. Продуктивный объект остается открытым или перекрывается незацементированным фильтром.

Рисунок 3 - Конструкции забоя смешанного типа   Конструкции забоя смешанного типа сочетают элементы конструкций открытого и закрытого забоев. Такие конструкции рациональны в однородной залежи для изоляции близко расположенных от кровли объектов напорных горизонтов. С этой целью в верхнюю часть продуктивного объекта спускают и цементируют эксплуатационную колонну. Нижняя часть пласта остается открытой или перекрывается незацементированным фильтром.

Рисунок 4 - Конструкции забоев для предупреждения выноса песка   Конструкции забоя для предупреждения выноса песка предусматривают создание в призабойной зоне искусственных барьеров, которые снижают поступление песка в скважину. С этой целью используют механические, сетчатые, гравийные фильтры или из проницаемых тампонажных материалов.

Общая схема выбора конструкции забоя скважины для разных типов коллекторов с учетом воздействия основных факторов изображена на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 - Схема выбора конструкции забоя скважины

а, б, в - приведены конструкции с открытым забоем: продуктивный горизонт открыт и не зацементирован, при этом конструкция может быть как с фильтром, так и без него;

г, д - конструкции забоев смешанного типа: нижняя часть продуктивного объекта открыта, а верхняя перекрыта обсадной колонной с последующим ее цементированием и перфорацией;

е - приведена конструкция с закрытым забоем: продуктивные горизонты перекрыты сплошной или потайной колонной с последующим цементированием скважины и вскрытием пласта перфорацией;

ж - конструкция забоя для предотвращения выноса песка: против продуктивного пласта установлены забойные фильтры;

з - конструкция забоя для предотвращения выноса песка: призабойная зона закреплена проницаемым тампонажным материалом.

Окончательное решение по выбору конструкции забоя скважины должно приниматься с учетом экономического фактора.

Однородным коллектором считают пласт, являющийся литологически однотипным по всей толщине, имеющий приблизительно одинаковые фильт­рационные свойства и пластовые давления в пропластках, насыщенных только нефтью или газом, или водой. Границы изменения проницаемости пород в пропластках не должны выходить за пределы одного из шести классов:
1) k > 1 мкм²; 2) k = 0,5-1 мкм²; 3) k = 0,1-0,5 мкм²; 4) k = 0,05-0,1 мкм²;
5) k = 0,01-0,05 мкм²; 6) k = 0,001-0,01 мкм².

Пласт считается неоднородным, если он расчленен пропластками равных типов пород с проницаемостью, значения которой выходят за рамки, указанные выше, имеет подошвенную воду, газовую шапку или чередование нефтегазоводонасыщенных пропластков с разным пластовым давлением.

К плотным коллекторам относят породы, которые при проектных де­прессиях в процессе освоения и эксплуатации скважины сохраняют устой­чивость и не разрушаются под воздействием фильтрационных и геостатических нагрузок.

К слабосцементированным коллекторам относят неустойчивые породы, продукты разрушения которых при эксплуатации скважин выносятся на по­верхность вместе с флюидом.

Высокими, нормальными и низкими пластовыми давлениями считаются давления, имеющие градиенты соответственно

                       grad р_пл > 0,1 МПа/10 м;                                            

                       grad р_пл = 0,1 МПа/10 м;                                            

                       grad р_пл < 0,1 МПа/ 10 м.         

                                  

Аномально низким пластовым давлением считают давление, при котором

                       grad р_пл  0,08 МПа/10 м;                                     

аномально высоким - давление, при котором

                       grad р_пл  0,11 МПа/10 м. 

                                        

Высокопроницаемым коллектором считают пласт, пористая (k _п) или трещинная (k_T) проницаемость которого имеет значение соответственно больше 0,1 мкм² и 0,01 мкм², При значениях k_n и k_T меньше указанных величин коллектор считается малопроницаемым.

Близко расположенными по отношению к продуктивному объекту считаются пласты, находящиеся на расстоянии менее 5 мм.

По фракционному составу различают песчаники мелкозернистые с размером частиц песка в пределах 0,10-0,25 мм, среднезернистые (0,25-0,50 мм) и крупнозернистые (0,5-1 мм).

Основными факторами, определяющими выбор конструкции забоя, являются способ эксплуатации объекта, тип коллектора, механические свойства пород продуктивного пласта и условия его залегания.

В зависимости от способа эксплуатации продуктивные объекты делят на эксплуатирующиеся раздельно, совместно и совместно-раздельно.

При раздельной эксплуатации объектов возможно применение всех опробованных в наше время конструкций забоя. При совместной или совместно-раздельной эксплуатации необходимо изолировать продуктивные горизонты друг от друга, поэтому они должны быть перекрыты сплошной или потайной колонной с обязательным их цементированием.

Условия применения конструкций с открытым забоем: коллектор однородный гранулярного или трещинного типа в состоянии, не допускающем применения тампонажного материала; в разрезе коллектора отсутствуют близко расположенные водяные или газоносные пласты, в его подошве нет воды; коллектор состоит, как правило, из прочных пород; используется раздельный способ эксплуатации объекта.

Конструкция с закрытым забоем используется в следующих случаях: в неоднородном коллекторе пористого или трещинного типа, в котором чередуются устойчивые или неустойчивые породы, водо- и газовмещающие пропластки с разными пластовыми типами; при необходимости крепления неоднородных коллекторов с целью изоляции близко расположенных газоводонефтевмещающих пластов; в коллекторе, характеризующемся высокими значениями пористой или трещинной проницаемости пород; когда необходимо обеспечить совместную, раздельную или совместно-раздельную эксплуатацию объектов.

Конструкции забоев смешанного вида используются в следующих случаях: в однородном коллекторе пористого или трещинного типа при наличии близко расположенных напорных горизонтов или газовой шапки у кровли пласта, а также при низких значениях пористой или трещинной проницаемости пород; в коллекторе, составленном прочными породами, сохраняющими устойчивость при образовании депрессии на пласт при эксплуатации скважины; при раздельном способе эксплуатации продуктивного объекта.

Применяются конструкции забоев для предупреждения выноса песка: в слабосцементированном коллекторе, составленном мелко-, средне- и крупнозернистыми песчаниками, для которых характерно разрушение призабойной зоны пласта, с выносом песка при эксплуатации скважины; при раздельном способе эксплуатации продуктивного объекта.