Лекция 2. Скважина, ее элементы и конструкции.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины. Начало скважины называется устьем, дно – забоем, а цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом скважины. В законченном виде скважина представляет собой капитальное сооружение в земной коре, предназначенное для извлечения из недр земли жидких и газообразных полезных ископаемых.

 

Рис. 1. Конструкция скважины.

1- устье

2- ствол

3- забой

4- фланец эксплуатационной колонны

5- обсадные трубы

6- цементный раствор

7- фильтр

 

Условия бурения обуславливают необходимость применения нескольких обсадных колонн. Первая обязательная, самая большая в диаметре колонна, называется кондуктор. Каждую последующую колонну вставляют внутрь нее, подвешивают на ней.

На фланце 4 последней колонны, которая называется эксплуатационной, подвешивают нефтегазовое промысловое оборудование, спускаемое в скважину и монтируют устьевое оборудование.

 

Параметры конструкции скважины

Конструкция скважины определяет число спущенных в скважину обсадных колонн, размеры колонн (наружный диаметр, длина), диаметры ствола под каждую колонну, местоположение интервалов цементирования (глубина верхней и нижней границ), интервалы подъема тампонирующего раствора за обсадными колоннами, интервалы перфорации эксплуатационной колонны, диаметры долот для бурения под эти колонны.

Конструкция должна обеспечивать: прочность и долговечность скважины, проходку до проектной глубины, надежную изоляцию газо-нефтенапорных горизонтов, возможность проведения ремонтных работ в скважине.

Первая колонна называется направлением, спускается в скважину для соединения скважины с системой очистки и предупреждения разлива и обрушения горных пород вокруг устья. Глубина спуска направления от нескольких метров до десятков метров. При бурении на море используют специальную водоотделительную колонну, называемую райзером.

Вторая колонна – кондуктор, обеспечивает перекрытие верхней части геологического разреза (100 – 400м) для исключения загрязнения пресных вод. На кондукторе также устанавливают противовыбросовое устьевое оборудование (превенторы и др.) и подвешивают последующие обсадные колонны. Цементируется по всей длине.

Далее идет обсадная колонна, называемая эксплуатационной, предназначенная для соединения продуктивного пласта с устьем скважины и извлечения пластовых флюидов. В сложных геологических условиях во избежание осложнений при бурении спускают промежуточную колонну, глубина спуска зависит от геологических условий, допустимой длины выхода колонны из-под башмака предыдущей или кондуктора и составляет 2000м и более.

Промежуточные колонны бывают сплошными, т.е. доходящими до устья или потайными – не доходящие до устья. Потайные делятся на хвостовики – колонна верхней частью входит внутрь предыдущей колонны и летучки – не входят верхней частью внутрь предыдущей колонны и закрепляется на стенках скважины цементным камнем. Профильные перекрыватели также можно отнести к потайным промежуточным колоннам.

 

Определение совместимых интервалов бурения

Разработка конструкции скважины начинается с определения количества обсадных колонн и глубины их спуска. Для этого используется совмещённый график относительных - пластового давления и давления гидроразрыва.

Относительное пластовое давление определяется как отношение пластового давления и давления столба воды на глубине замера

р'_оп = р_п/р_в , где (2.1)

 

р_в - давление столба воды на глубине замера соответствующих давлений:

р_{в =} ρ_вgz (2.2)

где ρ_в - плотность воды;

g- ускорение силы тяжести;

z - глубина бурения по вертикали, на которой произведен замер соответствующего давления. Обычно принимается ρ_в = 1000кг/м³, g = 9,81 м/с².

Если отсутствуют данные о давлениях гидроразрыва, то в исключительных случаях его можно определить:

 

P_гр = 0,0083 · H + 0,66 · P_пл, где(2.3)

 

H – глубина опр-ния давления гидроразрыва, м.

P_пл – пластовое давление на глубине определения давления гидроразрыва, Мпа

 

Относительное давление гидроразрыва определяется как отношение давления гидроразрыва и давления столба воды на глубине замера,

р'_огр = р_гр/р_в; (2.4)

 

Пласты считаются совместимыми для бурения, если относительные плотности бурово­го раствора ρ₀, рассчитанные по величинам названных давлений для этих пла­стов удовлетворяют неравенству

ρ_omin ≤ ρ_o ≤ ρ_omax (2.5)

 

где ρ_omin - минимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по пластовому давлению; ρ_omax - максимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по максимально допустимому давлению в скважине из условий гидроразрыва или экологических требований по предупреждению за­грязнения буровым раствором пластов пресной воды и продуктивных пластов.

 

ρ_omin = кр'_оп; (2.6)

ρ_omax = к_грр'_огр , (2.7)

 

где к и к_гр - коэффициенты запаса, учитывающие возможные колебания давле­ния в скважине. Величины квыбрать из табл. 2.1, а к_грпринять 0,9.

Экологические требования предусматривают ограничение избыточного статического давления бурового раствора на пласты с пресной водой и продук­тивные пласты величиной Δр, значения которой также приведены в табл. 2.1. Тогда

ρ_omaxэ = р'_оп + Δр/р_в (2.8)

 

Таблица 2.1

Глубина залегания подошвы пласта, м	≤1200	1200÷2500	≥2500
к	1,10÷1,15	1,05÷1,10	1,04÷1,07
Δр, МПа, не более	1,5	2,5	3,5

 

Проверим соответствие плотности промывочной жидкости, использованной в скважине 1 и 2, правилам безопасности.

По формуле

ρ ≥ [ Р_пл + ∆Р + αР_пл / (10³ qL_к)] / (qL_к), (2.9)

 

где α = 0,35 ÷ 0,5 м/с при роторном способе и электробурении;

L_к - глубина залегания кровли продуктивного пласта

 

В соответствии с неравенством (2.5) принимается решение о совместимых интервалах бурения. Для облегчения принятия решений необходимо по­строить совмещенные графики от­носительных плотностей бурового раствора. Пример такого графика приведен на рис. 1.1

Из рис. 1.1 следует, что первый и второй интервалы совместимы, т.к. диапазоны плотностей бурового раствора перекрываются, и можно применить общий буровой раствор с плотностью от 1,2 до 1.3. Но первый интервал содержит пресную воду и должен быть перекрыт экологиче­ской колонной – кондуктором 1 (рис. 1.2). Поэтому он выделяется как от­дельный интервал и исключается из сопоставления с последующими ин­тервалами.

Второй и третий интервалы также совместимы, а четвертый ин­тервал не совместим с третьим, т.к. диапазоны плотностей бурового раствора не перекрываются. Второй и третий интервалы также следует перекрыть обсадной колонной 2. Четвертый и пятый интервалы со­вместимы. Так как их общая толщи­на не велика, то их следует пере­крыть хвостовиком 3 (короткой колонной), спускаемой на бурильных трубах, которые после цементирования хво­стовика извлекаются из скважины.

 

Относительные плотности бурового раствора