Проектирование конструкции скважины

При проектировании конструкции скважин предъявляется множество различных требований: конструкция её должна быть прочной, обеспечивать герметичное разобщение всех проницаемых пород, вскрытых при бурении, безусловная возможность достижение проектной глубины при любых возможных отложениях, сведенных к минимуму, возможность осуществление запроектированных режимов бурения, соблюдение требований законов об охране недр и защите окружающей среды от загрязнения. Для проектирования конструкции скважины необходимо выделить зоны с несовместимыми условиями бурения, т. е. интервалы, в которых невозможно вести бурение на растворе с одинаковой плотностью. С целью предотвращения осложнения верхняя зона изолируется и бурение продолжается на новом растворе.

Для выяснения зон с несовместимыми условиями бурения необходимо построить совмещенный график индексов давлений пластовых, поглощений или гидроразрыва пласта (ГРП).

Коэффициенты аномальности и поглощения находятся соответственно:

, , (3.1)

где Р_пл – пластовое давление; Р_пл = град Р_пл ·Z;

град Р_пл=9810 Па;

Z – глубина;

r_в – плотность воды;

H_i – текущая глубина скважины;

Р_погл – давление поглощения; Р_погл=0,0083L+0,66Р_пл;

L – текущая глубина;

К_а – коэффицент аномальности

К_п – коэффицент поглощения

К_а=4,9·10⁶/1000·9,81·500=1,0;

Р_погл=0,0083·500+0,66·4,9=8,1 МПа;

К_п= 8,1·10⁶/1000·9,81·500=1,65;

Р_пл = 9810·500 = 4,9 МПа.

Коэффициенты пластового давления и давления поглощения приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1 – Коэффициенты пластового давления и давления поглощения

Интервал, м	Давление, МПа	Ка	Кп
от	до	Рпл	Рпогл
		4,9 9,8 14,7 19,6 24,5 28,5	8,1 15,0 23,7 31,6 39,5 46,0	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,97	1,65 1,63 1,61 1,61 1,61 1,56

В данном случае конструкция скважины будет представлена четырьмя колоннами. В интервале 0-80 м – направление, 0-750 м – кондуктор, в интервале 0-2459 – техническая колонна и в интервале 2250-3806 м эксплуатационная колонна.

Для предотвращения размыва устья скважины и канализации потока промывочной жидкости в очистную систему, а также с позиций экологии и для перекрытия верхних водоносных горизонтов хозяйственно-питьевого назначения в конструкции скважины предусматривают направление, которое спускается до глубины 80 м.

Для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза (второго слоя ММП), изоляции водоносных горизонтов от загрязнения, установки противовыбросового оборудования, а также для подвески последующих обсадных колонн предусматривают спуск кондуктора. Глубину спуска кондуктора необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы в случае частичного или полного выброса промывочной жидкости при дальнейшем углублении скважины и заполнения последней пластовой жидкостью не произошло гидроразрыва пород, лежащих ниже башмака, давлением, возникшим в стволе после герметизации устья превентором.

Рисунок 3.2.1 – Совмещенный график индексов давлений

Существует ряд методик для определения глубины спуска колонн, оборудованных противовыбросовым оборудованием. Наиболее приемлемой для практических расчетов считается формула (2.2). В отличие от других формул, в том числе формулы АзНИПИнефти, исходная информация для расчетов по формуле (2.2) является наиболее простой и достоверной:

, (2.2)

где - ожидаемое максимальное давление на устье во время нефтепроявления и закрытия устья, МПа;

- пластовое давление проявляющего горизонта, МПа;

- глубина кровли (по вертикали) проявляющего горизонта, м;

- градиент гидроразрыва пород в зоне башмака кондуктора.

Глубина спуска кондуктора выбирается также:

– в соответствии с требованиями приказа № 31 от 4.11.1992 г. Тюменского округа Госгортехнадзора РФ глубина спуска кондуктора должна быть не менее глубины залегания глин подошвы люлинворской свиты плюс 20 м. Поэтому проектная глубина должна быть не менее 730+20=750 м (таблица 2.2.2);

– в соответствии технико-технологических условий бурения и задания на проектирование.

Минимальная глубина спуска кондуктора диаметром 324 мм – 400 м (на 50 м ниже подошвы нижнего слоя ММП). С целью перекрытия неустойчивых отложений верхней части разреза, в т.ч. люлинворской свиты, расчетная глубина спуска кондуктора – 750 м. При больших зенитных углах (более 30º) по тем же соображениям глубина спуска кондуктора может быть увеличена, но не более чем до 1250 м.

Исходя из вышеизложенного и опыта бурения на Ванкорском месторождении, примем глубину спуска кондуктора 750 м.

Эксплуатационную колонну диаметром 178 мм спускаем до глубины 3806 м по вертикали с целью укрепления стенок скважины, изоляции водоносных горизонтов, недопущения геологических осложнений и создания герметичного канала для транспортировки нефти и газа на поверхность.

Для проектирования и расчета диаметров обсадных колонн берется диаметр эксплуатационной колонны, которая задается заказчиком в зависимости от назначения дебита скважины.

Определяем диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну:

, (3.3)

где - диаметр колонны по муфте;

D_к – зазор между муфтой трубы и стенкой;

выбираем из [9] и подставляем в формулу:

=166+2×20=206 мм; по ГОСТ 20692-80 подбираем =215,9 мм, которое подходит под ожидаемый дебит скважины Q=370 м²/сут.

Определяем внутренний диаметр кондуктора:

, (2.4)

где – внутренний диаметр кондуктора;

d – зазор между долотом и стенкой трубы;

=215,9+2×5=225,9 мм; по ГОСТ 632-80 =244,5 мм;

=270+2×12=294 мм; по ГОСТ 20692-80 =295,3 мм.

Определяем внутренний диаметр направления:

=295,3+2·5=305,3 мм; по ГОСТ 632-80 =424 мм;

=351+2×15=381 мм; по ГОСТ 20692-80 =324 мм.

Полученные данные сведем в таблице 2.2.2.

Таблица 3.2.2 – Конструкция скважины

Интервал установки по стволу, м	Наименование обсадной колонны	Диаметр колонны, мм	Диаметр долота, мм
0–80	Направление
0–750	Кондуктор		393,7
0–2459	Техническая		295,3
2250-3806	Эксплуатационная		215,9

Рисунок 3.2.2 – Конструкция скважины