Проектирование конструкции скважины

Конструкция скважины выбирается с учетом глубин залегания нефтяного пласта, давления в нем, характера разбуриваемых пород, наличия осложнения при бурении скважин, условий эксплуатации, а также возможности проведения ремонтных работ.

Разработка конструкции скважины начинается с решения двух проблем: определения требуемого количества обсадных колонн и глубины спуска каждой из них; обоснования расчетным путем номинальных диаметров обсадных колонн и диаметров породоразрушающего инструмента. Число колонн определяется на основании анализа геологического разреза на месте заложения скважины, наличия зон, где бурение сопряжено с большими осложнениями.

Глубину спуска каждой колонны уточняют с таким расчетом, чтобы ее нижний конец находился в интервале устойчивых слабопроницаемых пород. Определив число колонн и глубину их спуска, приступают к согласованию расчетным путем диаметров колонн и породоразрушающего инструмента.

Все обсадные колонны по своему назначению разделяются следующим образом:

Направление — первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовыми почвами, насыпным песком или имеет другие специфические особенности. Обычно направление спускают в заблаговременно подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направления забивают в породу, как сваю.

Кондуктор — колонна обсадных труб, предназначенная для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.

Промежуточная обсадная колонна служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.

Промежуточные обсадные колонны бывают следующих видов:

сплошные — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;

хвостовики — для крепления только необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;

летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, а также зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.

Для тяжелых условий бурения (искривление ствола, большое количество долблений) и конструкции скважины предусматриваются специальные виды промежуточных обсадных колонн — поворотные или сменные.

Эксплуатационная колонна — последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или, наоборот, для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.

Основные параметры конструкций скважины — количество и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:

а) геологические особенности залегания горных пород, их физико-механическая характеристика, наличие флюидосодержащих горизонтов, пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва проходимых пород;

б) назначение и цель бурения скважины;

в) предполагаемый метод заканчивания скважины;

г) способ бурения скважины;

д) уровень организации техники, технологии бурения и геологическая изученность района буровых работ;

е) уровень квалификации буровой бригады и организация материально-технического обеспечения;

ж) способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

Для определения количества обсадных колонн и плотности бурового раствора используют совмещенный график давлений, построенный в координатах: глубина-эквивалент градиент давления. Эквивалент градиент давления – это плотность бурового раствора, столб которого оказывает давление на данной глубине равное давлению пластовому или давлению гидроразрыва.

Численные значения градиентов пластовых давлений определяются по формулам:

grad Р_пл= Р_пл/Z, МПа/м, ( номер формулы)

grad Р_гр = Р_гр/Z, МПа/м, ( номер формулы)

Р_пл. – пластовое давление, МПа;

Р_гр. – пластовое давление, МПа;

Z – глубина залегания пласта, м

Таблица 4

Исходные данные для построения совмещенного графика давлений

Интервал, м	grad Р_пл, (МПа/м)∙10²	grad Р_гр, (МПа/м)∙10²
от	до

Таблица 5

График совмещенных давлений

Глубина, м	Мощность пласта, м (составляющие пласт породы)	Эквивалент градиента давлений 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 … 1,9	Глубина спуска обсадной колонны	Плотность промывочной жидкости, г/см³

По совмещенному графику давлений (табл. 6) определяется число интервалов спуска обсадных колонн, которые перекрывают зоны возможных осложнений при бурении.

Первая зона: Направление. Глубина спуска …. м. Предназначена для перекрытия верхних слоев разреза, представленных рыхлыми, неустойчивыми породами .

Вторая зона: Кондуктор предназначен для укрепления интервала, сложенного (породами по своему разрезу) и водоносного горизонта. Глубина спуска ….. м.

Третья зона: Эксплуатационная колонна. Глубина спуска до забоя -… м. Предназначена для разобщения вскрытых продуктивных пластов для дальнейшего качественного освоения, испытания и повторного вскрытия скважины.

Диаметр долота для бурения под обсадную колонну определяют по формуле

D_дол.= D_м+ 2∆

Где D_м– диаметр муфты спускаемой колонны труб(мм); D_дол. - диаметр долота (мм.);

2∆ - величина зазора между муфтой и стенками скважины.

Внутренний диаметр последующей колонны равен диаметру долота D_дол.+ 5 – 10 мм.

Диаметр долота под эксплуатационную колонну рассчитывается по формуле:

D_d = ….. + 2*10 = …… свои данные

Принимаем диаметр долота по ГОСТу ……… мм.

Диаметр кондуктора определяется по формуле:

D_вн = …..+2 * 5 = ….. мм.

Выбираем диаметр кондуктора по ГОСТу …… мм с толщиной стенки ….. .

Диаметр долота под кондуктор

D_d = ….. +2 * ….. = …….

Принимаем долото по ГОСТу …… мм

Диаметр направления

D_вн = …… +2 * 5 = ……

Выбираем диаметр направления по ГОСТу …… мм с толщиной стенки ….. мм.

D_d = …… +2 * …..= ……

принимаем долото по ГОСТу ……. мм.

Таблица 6

Характеристика конструкции скважины

Наименование колонн	Интервал спуска (по вертикали), м	Диаметр, мм	Интервал подъема тампонажного раствора, м
колонны	долота

Направление				До устья
Кондуктор				До устья
(Промежуточная - если имеется)				Указать интервал
Эксплуатационная				Указать интервал

Выбор типов долот.

В основу выбора типов породоразрушающих инструментов должны быть положены физико-механические свойства горных пород. Необходимо, также учитывать данные о стойкости долот и механической скорости, полученной по результатам отработки долот в данном районе. При этом учитывается и износ долот. Рациональным типом долота данного размера для конкретных геологических условий, условий бурения является такой тип, который должен обеспечивать минимум эксплуатационных затрат на один метр проходки.

- интервал …. тип породы по промысловой классификации

- интервал …… тип породы по промысловой классификации

- интервал …… тип породы по промысловой классификации и т.д.

Пример

- интервал 663-1093 тип породы по промысловой классификации М

- интервал 1093-1163 тип породы по промысловой классификации СЗ

Выбор типа долот производится согласно классификационной таблицы соответствия (КТС) [4], по свойствам горных пород – твердости и абразивности, а также типа шарошечных долот.

Характеристика применяемых долот представлены в таблице (номер таблицы).

Таблица (номер таблицы)

Характеристика породоразрушающего инструмента