Выбор конструкции скважины является основным этапом ее проекти­рования и должен обеспечить высокое качество строительства такого дол­говременно эксплуатируемого сложного нефтепромыслового объекта, пре­дотвратить аварии и осложнения в процессе бурения, создать условия для снижения затрат времени и материально-технических средств на бурение.

До настоящего времени конструкции скважин выбирали, как правило, без достаточно систематизированного анализа определяющих факторов и базировались в основном на принципах минимального расхода металла или борьбы с осложнениями в процессе бурения.

Вопросами разработки принципов подхода к проектированию рацио­нальной конструкции скважин занимался ряд исследователей в нашей стране и за рубежом. Основной предпосылкой было гидродинамическое совершенство конструкции с целью получения на забое скважины макси­мальной гидравлической мощности или определение необходимых зон кре­пления и глубины спуска обсадных колонн в зависимости от условия пре­дупреждения гидроразрыва горных пород или газопроявлений; в других случаях определяющим фактором была конечная стоимость скважины как инженерного сооружения. В принятом для руководства положении опреде­ляющим принципом проектирования рациональной конструкции скважины считается обоснованное распределение всего интервала бурения по не­скольким зонам в зависимости от несовместимости условий бурения от­дельных интервалов скважины. Под несовместимостью условий бурения понимают такое их сочетание, когда заданные параметры технологических процессов бурения нижележащего интервала скважины вызывают ослож­нения в пробуренном, лежащем выше интервале, если последний не закре­плен обсадной колонной, а проведение специальных дополнительных тех­нологических мероприятий по предотвращению этих осложнений невоз­можно.

Отсутствие единой методики выбора конструкций скважин в одних случаях приводит к большим затратам средств на ликвидацию осложнений в процессе бурения, а в других — к излишнему расходованию металла на крепление скважин.

Вместе с тем есть и рациональный подход к установлению главных факторов, определяющих совершенство конструкции скважины в различ­ных геолого-технических условиях.

Рассмотрим основные из них.

При заканчивании скважин турбинным способом необходимо соблю­дать оптимальное соотношение между диаметрами забойного двигателя и скважины для сохранения условия, обеспечивающего интенсивность очи­стки забоя. Последнее достигается неизменностью в процессе бурения скважины удельного расхода промывочной жидкости д, т.е. расхода О, от­несенного к площади забоя:

g = 4Q/πD2,

где D — диаметр скважины.

Условием использования максимума гидравлической мощности потока при ограниченном давлении на насосах является реализация на забое 2/3 общего перепада давления в циркуляционной системе. Ухудшение показа­телей бурения с ростом глубин связано не только с увеличением энергоем­кости разрушения пород на больших глубинах, но и с закономерным паде­нием забойной мощности. В этом случае выбор недостаточно обоснованной конструкции скважины (оптимальных соотношений диаметров долот и бу­рильных труб, соответствующего типа и размера забойного двигателя) бу­дет способствовать быстрому снижению забойной гидравлической мощно­сти, так как сохранение оптимального соотношения перепада давления, равного 2/3, сильно затрудняется с увеличением глубины и уменьшением диаметра скважины.

В табл. 13.5 приведены рациональные диаметры скважины и буриль­ных труб. Эти варианты обеспечивают лучшие условия для бурения сква­жины: большие расходы создают турбулентный режим течения жидкостей; тип и конструкция забойного двигателя позволяют получить максимальную мощность на забое скважины; бурильные трубы при минимальном весе обеспечивают максимальный КПД гидравлической мощности.

Надежность конструкции в зависимости от гидродинамики давлений в стволе скважины и возможности возникновения интенсивных поглощений бурового раствора или газонефтеводопроявлений служит основой методи­ки.

Необходимая глубина спуска кондуктора или промежуточной колонны Hi определяется из условия максимального и минимального значений дав­ления гидравлического разрыва пластов, вскрываемых при бурении под очередную промежуточную колонну:

Í1 = ð1/(∆ð2 — ∆ð1),

где pi — ожидаемое давление на устье скважины; Apt — ожидаемое значе­ние градиента гидростатического давления газированного бурового раство­ра в случае газопроявления в процессе бурения под очередную промежу­точную колонну; Арг — минимальное значение градиента давления разрыва пласта для интервала ниже башмака кондуктора.

Как следует из приведенного выше выражения, необходимая длина обсадной колонны находится в прямой зависимости от значений давления на устье скважины и градиента гидростатического давления бурового рас­твора.

Для газовых месторождений при возможности фонтанирования глуби­ну спуска кондуктора Н" из-за незначительности градиента гидростатиче­ского давления газового столба находят из выражения

Таблица   13.5

Рациональные диаметры скважины и бурильных труб

 

 

 

Диаметр сква-	Диаметр бурильных труб, мм	Зазор, мм	Забойный двигатель
жины, мм	по телу	по замку	типоразмер	КПД
190 214 243 269 295	127 127 146 146 168	ÇÓ-155 ÇÓ-155 ÇÓ-188 ÇÓ-188 ÇÓ-212	35 49 55 81 107	ÒÑ4Ì-65/8″ ТС5Б-772" ЗТС5А-8" ТС5Б-9" ТС5Б-9"	0,52 0,63 0,58 0,69 0,69

Щ = ð2/∆ð2

где р2 — давление газонасыщенного пласта.

В случае ожидания возможных поглощений ниже башмака проме­жуточной колонны возникает необходимость определить глубину спуска этой колонны, которую рассчитывают по формуле

Í2 = ð3/∆ð4,

где Hi — глубина спуска промежуточной колонны; рз — максимальное зна­чение гидродинамического давления, возникающего в процессе бурения под очередную колонну после спуска предыдущей промежуточной колон­ны; Ар4 — минимальное значение градиента давления гидроразрыва для интервала бурения под очередную колонну после спуска промежуточной колонны.

Таким образом, при проектировании конструкций скважин для кон­кретных геологических условий оптимальные глубины спуска колонн с учетом предотвращения поглощений и газоводонефтепроявлений в процес­се бурения определяют последовательно снизу вверх. Расчетные глубины спуска кондуктора и других промежуточных колонн уточняют с учетом геологических особенностей месторождений.

В.Д. Малеванским предложена зависимость для определения глубины спуска промежуточной колонны в газовой скважине:

Н = ðïë/α′,

где Рид — максимальное возможное давление газа на глубине Н при опо­рожнении скважины, МПа; а’ — градиент давления разрыва пластов, при­нятый равным 0,02 МПа/м.

Для выбора количества обсадных колонн (зон крепления) используют совмещенный график изменения пластового давления, давления гидрораз­рыва пород и гидростатического давления столба бурового раствора, по­строенный на основании исходных данных в прямоугольных координатах глубина — эквивалент градиента давления (рис. 13.2).

Под эквивалентом градиента давления понимают плотность жидкости, столб которой в скважине на глубине определения создает давление, рав­ное пластовому (поровому) или давлению гидроразрыва.

Кривые, характеризующие изменение пластового (порового) давления и давления гидроразрыва пластов, строят на основании данных промысло­вых исследований.

Определение зон совместимости, количества обсадных колонн и глу­бин их спуска производят в такой последовательности.

1.   По   литологической   характеристике   разреза   выделяют   интерва­
лы с аномальной характеристикой пластовых давлений и давлений гидро­
разрыва.

2.      Для интервалов по п. 1 находят значения эквивалентов градиентов
пластовых (поровых) давлений и давлений гидроразрыва слагающих пород.

3.      На совмещенный график наносят точки эквивалентов и строят кри­
вые эквивалентов градиентов давлений (см. рис. 13.2, точки 1, 2 …, 19 —
пластовых давлений, точки 20, 21, …, 39 — давлений гидроразрыва).

4.      Параллельно оси ординат проводят линии АВ, EF, KL и ОР касатель­
но к крайним точкам эквивалентов градиентов пластового (порового) дав-

 

13,8-

300-600-900-1200-1500-1800-2100-2400-2700-3000-3300-3600-3900-4200-4500-4800-

5 »> в

в э- g

Цитологи­ческая характе­ристика

Глины

Глинистые песчаники

Песчаник

Глины

Известняки глинистые

Известняки

Глины

Известняки Песчаник

Песчаные известняки

Мергель

Аргиллит

Известняк

Песчаник

Глина

Песчаник

Глина

Песчаник

Глина

Давление, МПа

 «9

3,7- 6,7-6,7-

4,5-

8,4 . 8,0-12,1-

17,4-

22,0-

25,6-

30,2-

37,8-

39,8-40,2- 42,0-50,0-

47,5-52,0-54,9-

54,8-54,4-

58,7-

64,1- 68,6-82,4-88,3-82,7-90,2-85,0-

79,0-81,2-

94,5-

93,8-

100,0 —

99,2-

102,3 —

107,5 —

Характеристика давлений пластового (перового) и гидроразрыва пород

Эквивалент градиента давлений

39

19

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

 

Рис. 13.2. Совмещенный график давлений для выбора конструкции скважины

ления и линии CD, GH, MN, QS — касательно к крайним точкам кривой эквивалентов градиентов давления гидроразрыва.

5.      Зоны ABCD, EFGH, KLMH, OPQS являются зонами совместимых ус­
ловий бурения.

6.      Линии АВ, EF, KL, ОР определяют граничные условия по пластовым
давлениям для соответствующих интервалов разреза, а линии CD, GH, MN,
QS — по давлениям гидроразрыва.

Зоны   совместимых   условий   бурения   являются   зонами   крепления

скважины обсадными колоннами. Количество зон крепления соответствует количеству обсадных колонн.

7.      Глубина спуска обсадной колонны (установки башмака) принимает­
ся на 10—20 м выше окончания зоны крепления (зоны совместимых усло­
вий) , но не выше глубины начала следующей зоны совместимых условий.

8.      Плотность бурового раствора, применяемого при бурении в данной
зоне крепления, должна находиться в пределах зоны совместимых условий
и отвечать следующим требованиям: для скважин глубиной до 1200 м гид­
ростатическое давление в скважине, создаваемое столбом бурового раст­
вора, должно превышать пластовое на  10—15 %, а для скважин глубже
1200 м — на 5—10 %. Отклонения от установленной плотности промывоч­
ной жидкости до 1,45 г/см3 допускаются не больше чем на 0,02 г/см2, а для
более высокой плотности — не больше чем на 0,03 г/см3 (по замерам буро­
вого раствора, освобожденного от газа).

Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется способами заканчивания и эксплуатации скважины, а глубина спуска кондуктора — требованиями охраны источников водоснабжения от загрязнения, предот­вращения осложнений при бурении под очередную обсадную колонну, об­вязки устья скважины противовыбросовым оборудованием и подвески об­садных колонн.

При проектировании и бурении первых трех разведочных скважин, если достоверность геологического разреза недостаточна, допускается включать в конструкцию скважины резервную промежуточную обсадную колонну. В этом случае бурение скважины производят в расчете на креп­ление резервной обсадной колонной намеченного интервала. Однако, если в процессе бурения будет установлено, что необходимость в спуске ре­зервной обсадной колонны отпала, продолжают углублять ствол под оче­редную обсадную колонну до запроектированной глубины.

Обратите внимание: