Основные понятие о бурении и скважине
Скважинойназывается цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины.
Начало скважины называетсяустьем,боковая (цилиндрическая) поверхность – стенкой или стволом, дно– забоем.Длина от устья до забоя определяет глубину скважины.
Ось ствола скважины всегда имеет пространственное искривление разных степеней. При небольшой интенсивности искривления (обычно менее десятой доли градуса на 10 м длины) и малой суммарной величины отклонения от вертикали (< 1 – 2о) скважину называют вертикальной. При больших величинах интенсивности искривления скважины называются искривленными. Специально искривленные скважины под необходимыми углами и с заданной интенсивностью искривления называются наклонно-направленными.
При отклонении скважины от вертикали на 90о скважину называют горизонтальной, при больших углах отклонения – восстающей.
Несколько близко расположенных скважин образуют куст (скважины наклонные + 1 вертикальная). Разбуривание участка таким способом называется кустовым бурением.
При спуске в скважину нескольких эксплуатационных колонн для одновременной добычи нефти и газа с разных горизонтов скважина называется многорядной.
Для увеличения области дренирования пласта от основного ствола скважины бурят несколько дополнительных наклонных стволов (многозабойная скважина). Продуктивность такой скважины зависит от длины дополнительных стволов, радиуса дренирования и количества дополнительных стволов. Продуктивность характеризуется отношением Lотв/Rк. Скважины бывают большого, нормального, уменьшенного и малого диаметров.
Скважины диаметром более 760 мм – большого диаметра. Скважины, основной ствол которых под эксплуатационную колонну 140 мм бурятся долотом 190,5 мм, принято относить к уменьшенным. Условно скважины глубиной менее 1000 м считают скважинами малой глубины (мелкие), до 5000 м – глубокие, более 5000-6000 м – сверхглубокие (Кольская, Воркутинская на ручье Яр-Вож).
Углубление скважин осуществляется путем разрушения породы по всей площади забоя (сплошное бурение) или по периферийной его части (колонковое). В последнем случае в центре скважины по ее оси остается колонка породы (керн), которая периодически извлекается на поверхность для изучения разреза горных пород.
Нефтяные и газовые скважины бурятся на суше и море с применением специальных буровых установок, мощность которых достигает 1500 и более кВт.
Скважины представляют собой дорогостоящие капитальные сооружения, служащие многие десятилетия.
Пример: скважины Азербайджана. Из скважин добывают полезные ископаемые, с их помощью нагнетают в пласты различные агенты, ведут контроль за разработкой месторождения и т.д.
Для выполнения этих задач продуктивный пласт соединяется с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговременным каналом. Это достигается путем крепления ствола скважины и разобщения (изоляции) пластов, содержащих различные флюиды. Крепление осуществляется путем спуска в нее специальных стальных (полимерных, керамических) труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой называется обсадной колонной.
Для исключения перетоков в скважине из одного горизонта в другой различных флюидов (нефти, газа и воды) кольцевое пространство скважины между ее стенками и обсадной колонной герметизируется путем заполнения тампонирующим (изолирующим) материалом.
Впервые вопрос герметизации заколонного пространства был решен инженером А.А. Богушевским в 1905 году (патент 1906 г.) способом закачки цементного раствора в обсадную колонну с последующим вытеснением через ее башмак в затрубное пространство. Этот способ цементирования быстро распространился в отечественной и зарубежной практике и применяется до настоящего времени.
Таким образом, в процессе бурения, крепления скважины и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.
Подконструкцией скважиныпонимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр, длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с рабочим пластом.
Совокупность сведений о диаметрах, толщине стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, а также типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятиеконструкции обсадной колонны – оснастки обсадной колонны.
Обсадные колонны имеют определенной назначение: направление, кондуктор, промежуточная и эксплуатационная колонны. Промежуточные колонны могут быть сплошными от устья до забоя или несплошными – хвостовиками, которые перекрывают требующий закрепления интервал скважины и предыдущую колонну не менее чем на 100 м. Известен опыт использования хвостовиков и при обсадке эксплуатационной колонны.
Решение о спуске промежуточной колонны принимается после тщательного изучения и анализа геологических и технологических условий. При этом имеет важное значение соотношение давлений в системе скважина-пласт. Если давление в скважине рс меньше рпл давления флюидов, насыщающих пласт, то последние из пласта начинают поступать в скважину – проявление. При превышении давления рс над рпл до некоторой величины рпогл жидкость из скважины поступает в пласт – поглощение. Величина рпогл зависит от конкретных геологических условий: пористости горных пород, проницаемости, наличия в г.п. открытых пор и трещин, сообщающихся между собой, пластового давления и свойств поступающей в пласт жидкости. В случае превышения величины рпогл некоторой величины рг.р.п. (давления гидроразрыва горных пород) происходит раскрытие естественно замкнутых трещин или образования новых – гидравлический разрыв пласта.
Соотношение давлений влияет на устойчивость стенок скважины. Чем больше разница между боковым давлением (горным) и давлением в скважине гидростатическим или гидродинамическим, тем выше напряженность горных пород вокруг ее ствола, а, следовательно, и вероятность их течения и осыпания.