Конструкция скважины

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о диаметрах  и глубинах спуска обсадных колонн, которыми крепится скважина, о диаметрах  долот для бурения под эти  колонны, интервалы подъема тампонирующего раствора за обсадными колоннами, интервалы  перфорации эксплуатационной колонны.

Конструкция скважины должна обеспечить выполнение поставленной задачи, т.е. достижение проектной глубины, вскрытие нефтегазоносной залежи и  проведение всего намеченного комплекса  исследований и работ в скважине, включая её использование в системе  разработки месторождения.

От качества спроектированной конструкции скважины, её соответствия геологическим условиям в значительной степени зависят надёжность, технологичность, долговечность, производительность и  стоимость строительства скважины.

Для крепления стенок скважины и решения других задач в нее  могут быть опущены следующие  колонны обсадных труб:

- Направление – для предотвращения размыва устья скважины и организации циркуляции бурового раствора;

- Кондуктор – для перекрытия разреза с неустойчивыми породами и пресноводных пластов, а также установки противовыбросового оборудования (ПВО) и подвески последующих колонн;

- Промежуточная (техническая) колонна – для разобщения интервалов скважины с несовместимыми условиями бурения. Необходимая глубина спуска промежуточных колонн определяется по градиентам пластовых давлений, давлений гидроразрыва пород и по устойчивости стенок скважины;

- Эксплуатационная колонна – для разобщения продуктивного горизонта от остальных пород, сообщения эксплуатируемого пласта с поверхностью, воздействия на пласт с целью интенсификации притока флюида, размещения необходимого эксплуатационного оборудования.

 

Разработка конструкции  скважины начинается с решения двух проблем.

1. Определение требуемого количества обсадных колонн и глубину спуска каждой из них.
2. Обоснование расчетным путем номинальных диаметров обсадных колонн и диметров порода разрушающего инструмента.

 

Определение требуемого количества обсадных колонн и глубину  спуска каждой из них.

Число обсадных колонн определяется на основании геологического разреза  в месте заложения скважины, наличие  зон, где бурение сопряжено с  большими осложнениями анализа картины  изменения коэффициентов  аномальности пластового давления и индексов поглощения, а так же от наличия накопленного опыта проводки скважины. 
Результаты изучения геологической обстановки позволяют сделать вывод о несовместимости условий бурения, и на этом основании выделить интервалы подлежащие изоляции.

По имеющимся данным строят график изменения коэффициента аномальности пластового давления и коэффициента поглощения (коэффициента гидроразрыва пласта). И на этом графике выделяют интервалы, где можно проходить с одной плотностью раствора.

Глубину спуска обсадной каждой колонны уточняют с таким расчетом, что бы её плоский конец (башмак) находился в интервале устойчивых монолитных слабопроницаемых пород, что бы она полностью перекрывала интервалы слабых пород, в которых могут произойти ГРП при вскрытии зон с аномально высоким пластовым давлением (АВПД).

В нефтегазовой отрасли есть негласный регламент «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» пункт 2.7.3.3.

2.7.3.3. Плотность бурового раствора в интервалах совместимых условий бурения должна определяться из расчета создания столбом бурового раствора гидростатического давления в скважине, превышающего пластовое (поровое) давление на величину:

- 10-15% для скважин глубиной  до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м), но  не более 15 кгс/см2 (1,5 МПа);

- 5-10% для скважин глубиной  до 2500 м (интервалов от 1200 до 2500 м), но не более 25 кгс/см2 (2,5 МПа);

- 4-7% для скважин глубиной  более 2500 м (интервалов от 2500 и  до проектной глубины), но не  более 35 кгс/см2 (3,5 МПа).

Плотность бурового раствора должна быть как можно ближе к  градиенту давлений горных пород, но быть в пределах описанных в пункте 2.7.3.3. «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности». 
Это позволит нам пробурить скважину без гидроразрыва пласта. Другими словами мы на диаграмме имеем две линии которые характеризуют градиент давления атм./м по отношению к глубине. Первая градиент пластового давления вторая градиент гидроразрыва пласта. А третья наша линии будет характеризовать плотность бурового раствора и она будет лежать между этими линиями ближе к первой.

Теперь необходимо определиться с глубиной спуска обсадных колонн.

Первой по счету идет «Направление». Согласно таблице 2.1. Направление должно перекрыть «четвертичную систему» это 50 метров. Но мы не можем опустить её ровно на 50 метров т.к. нам необходимо что бы снизу труба была зафиксирована в более устойчивые породу, поэтому к глубине прибавляем ещё 10 метров которые окажутся уже в «некрасовской серии» слой который обладает меньшим коэффициентом кавернозности.  Таким образом , глубина спуска направления будет равна 60 метров.

Второй по счету идет «Кондуктор». С глубиной спуска кондуктора не так  просто. Во первых кондуктором мы должны перекрыть водоносные пласты, а так же слой неустойчивых пород если исходить из этого, то тогда у нас кондуктор должен быть установлен в глинистую породу на глубине около 260 метров где заканчиваются пески и где мы имеем глины согласно таблице 2.2. Но так же прибавим в этому еще 40 метров которые обеспечат нам фиксацию кондуктора. Итого кондуктор спустим на глубину 290 метров.

Вторая проблема заключается  в том, что башмак кондуктора это  уязвимое место для ГРП. Если глубина  спуска кондуктора будет не достаточна что бы удерживать гидростатическое давление столба жидкости и давление горных пород, то в результате этого нефть может прорвать башмак кондуктора и попасть в пресно-водоносные горизонты.

 

Схема представленная ниже показывает, каким образом происходит ГРП из-за не достаточной глубины спуска кондуктора.

 

 

 

 

 

 

Для этого случая глубину  спуска кондуктора определяют расчетным  путем.

Расчет глубины спуска кондуктора.

Давление ГРП под башмаком кондуктора определяется по формуле 1.1

 

где,

H-глубина спуска кондуктора (башмак), м;

grad – градиент давления грп на заданной глубине, атм/м;

Давление пластовое внутреннее определяется по формуле 1.2

 

где,

 

L- подошва юрского периода, м;

 

Далее нам необходимо приравнять оба этих давления, что бы внутреннее пластовое было равно давлению ГРП.

 

Отсюда выражаем H:

 

Подставим числовые значения в формулу 1.3.

Получим:

 

Это мы определили глубину  спуска кондуктора, которая необходима для того, что бы под башмаком давление пластовое внутреннее было таким же как и давлении гидроразрыва пород. Но для того что у нас ГРП не было нам необходимо ввести какой то запас. Обычно это число умножают на 1,05. В результате чего мы получим окончательную глубину спуска кондуктора.

 

Третья по счету у нас  «Эксплуатационная колонна». Её следует  опускать до палеозоя, таким образом она будет иметь глубину спуска 2670 метров. 
А непосредственно в сам палеозой мы опустим хвостовик. Он должен быть выше башмака эксплуатационной колонны на 150 метров согласно «Правилам безопасности нефтяной и газовой промышленности».

Все данные конструкции скважины занесем в отдельную таблицу 1.1

 

Таблица 1.1

Данные расчета конструкции  скважины
	Диаметр, мм		Интервал, м
	Колонна	Долото	Спуск	Цементир-е
Направление	323.9	393,7	60
Кондуктор	244,5	295,3	647
Эксплуатационная	168,3	215,9	2960
Хвостовик	139,7	114,1	2810-3050