Практическая работа НТТз-20. Теоретические основы проектирования конструкции скважины
 Скачать 0.71 Mb.
|
Теоретические основы проектирования конструкции скважиныСпроектировать конструкцию скважины – значит выбрать метод вскрытия продуктивных пластов, определить необходимое для данных геологических условий количество обсадных колонн, диаметры и глубину спуска этих колонн, диаметры долот для бурения ствола под каждую колонну, обосновать интервалы. Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико–экономических факторах: - геологические особенности залегания горных пород; - назначение и цель бурения скважины; - состояние техники и технологии бурения; - уровень квалификации буровой бригады; - предполагаемый метод заканчивания скважины; - способы освоения, эксплуатации и ремонта скважины. Конструкция скважин скважины должна обеспечивать [1,2]: максимальное использование пластовой энергии продуктивных горизонтов в процессе эксплуатации эа счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и возможности достижения проектного уровня гидродинамической связи продуктивных отложений со стволом скважины; применение эффективного оборудования, оптимальных способов и режимов эксплуатации, поддержания пластового давления и других методов повышения нефтеотдачи пластов; условия безопасного ведения работ без аварий и осложнений на всех этапах строительства и эксплуатации скважины; условия охраны недр и окружающей среды: в первую очередь за счет прочности крепи скважины, герметичности обсадных колонн и кольцевых пространств, а также изоляции флюидосодержащих горизонтов друг от друга, от проницаемых пород и дневной поверхности; минимальную унификацию по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины. В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатацтонная колонна. Направление – первая колонна обсадных труб с наибольшим диаметром, служащая для предотвращения размыва и обрушения горных пород вокруг устья скважины, изоляции верхних водоносных пластов, перекрытия избыточно льдистых мерзлых горных пород, а также для соединения скважины с желобной системой. В скважинах сооружаемых в акваториях, направление необходимо для укрепления ствола в толще донных осадков. Глубина его спуска от 20 до 60 м (реже до 100-150 м), определяется конкретными геолого-техническими условиями региона (месторождения). Наличие направления – обязательно (исключение его из конструкции скважины должно быть технологически обосновано). Кондуктор – колонна обсадных труб, спускаемая в скважину после направления, и служащая для установки противовыбросового оборудования, подвески последующих обсадных колонн. Глубина спуска кондуктора определяется из условия перекрытия верхних неустойчивых отложений, изоляции водоносных горизонтов, зон ММП с обязательным размещением башмака в плотных глинистых породах. Рекомендуется также перекрывать кондуктором неустойчивые отложения люлинворских глин (для месторождений Западной Сибири). Промежуточные обсадные колонны предназначены для разобщения сравнительно глубоко залегающих интервалов несовместимых по условиям бурения. Они могут быт следующих видов: сплошные – перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья, независимо от крепления предыдущего интервала; хвостовики – для крепления только необсаженного участка скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину; летучки – служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющей связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами; «потайными»-перекрывающие лишь нижний участок скважины. Эксплуатационная колонна – самая последняя колонна обсадных труб, предназначенная в основном для транспортировки добываемых пластовых флюидов на устье и нагнетания жидкостей в пласт в случае строительства нагнетательных скважин. В технической литературе конструкцию скважин изображают следующим образом (рис.1): сплошными жирными линиями показывают обсадные колонны; число у верхнего конца- означает наружный диаметр колонны, у нижнего – глубину спуска. Если колонна перекрывает лишь нижний интервал скважины и не доходит до устья, то число у верхнего конца жирной линии означает глубину нахождения верхнего сечения колонны, диаметр же колонны показывают числом на уровне верхних концов остальных колонн (рис. 1б). а) б) в)  Рисунок 1. – Графическое изображение конструкции скважины: а) – со сплошными колоннами; б) – с хвостовиком; в) – с комбинированной колонной и хвостовиком. Если верхний участок обсадной колонны составлен из труб большего диаметра, чем нижний, ее изображают ломаной жирной линией (рис. 1 в). У верхнего конца указывают оба диаметра, а у места излома линии – глубину стыковку участков. Такую колонну называют «комбинированной». Интервалы цементирования показывают штриховкой; числа у верхней и нижней границ заштрихованного участка означают глубины интервала цементирования. Порядок проектирования конструкции скважины Проектирование конструкции скважин производится в два этапа. На первом этапе обосновывается метод вхождения в пласт и количество обсадных колонн, глубины их спуска. На втором – размеры колонн, диаметры долот, интервалы цементирования. При этом следует учитывать накопленный опыт строительства скважин как в целом по региону, так и по рассматриваемому месторождению. Необходимо принимать во внимание действующие на предприятии инструкции, регламенты и т.д. 2.1. Первый этап проектирования Метод вскрытия определяется главным образом геологическими особенностями продуктивных пластов, к которым относятся прочность горных пород, слагаюших продуктивный пласт, тип коллекторов (трещиноватый поровый), пластовое давление. На рисунке 2 показаны различные конструкции эксплуатационных колонн в зависимости от метода вскрытия и способа крепления продуктивного пласта.  Рисунок 2. Типы конструкций эксплуатационных колонн: 1, 2 – сплошные колонны, зацементированные соответственно через башмак и специальные отверстия над пластом; 3, 4 – зацементированные колонны с хвостовиком; 5 – колонна спущенная до пласта (эксплуатация с открытым забоем); 6, 7 – комбинированные колонны спущенные секциями. Необходимое количество промежуточных обсадных колонн и глубины установки их башмаков определяются графически, по числу зон с несовместимыми условиями бурения, которые строятся сопоставлением градиентов пластовых (поровых) давлений (grad Рпл), давлений гидроразрыва (поглощения) пластов (grad Ргр), прочности и устойчивости пород (grad Руст) (рис. 3). grad Рплz =  МПа/м, (1)grad Ргрz =  МПа/м, (2)grad Рустz =  МПа/м. (3)где Z – глубина замера давления; Р уст = Рпл Кр – давление относительной устойчивости породы; Кр – коэффициент резерва в таблице 1, регламентированный [1]. Таблица 1 – Коэффициенты резерва
В газосодержащем пласте grad Рпл и grad Ргр рассчитываются для кровли и для подошвы. Условия бурения в двух смежных зонах несовместимы, если технологические параметры бурения нижнего интервала приводят к возникновению осложнений в верхнем. Для того чтобы осложнения не возникали, до начала разбуривания нижней зоны, верхнюю необходимо надежно изолировать. В предварительном варианте конструкции скважин количество обсадных колонн равно количеству зон с несовместимыми условиями бурения, а глубины спуска колонн соответствуют границам этих зон.  Рисунок 3.- График изменения градиентов пластового давления и давления гидроразрыва горных пород с глубиной скважины Затем конструкцию скважины корректируют: 1. Если ту или иную зону можно изолировать другим способом, кроме спуска обсадной колонны, и стоимость скважины при этом не возрастет, то соответствующую колонну из конструкции исключают; 2. Учитывая особенности геологического разреза, предусматривают направление и кондуктор, выбирают тип промежуточных колонн. 3. Уточняют глубины спуска тех колонн, на которых должно быть установлено противовыбросовое оборудование. Минимальная глубина спуска кондуктора или промежуточной колонны уточняется из условия недопущения прорыва пластового флюида под башмаком колонны при закрытом устье во время ликвидации газопроявления. В общем случае допускается определять по формуле  , м (4)где Рвz – максимальное возможное давление газа на глубине z при полном опорожнении скважины; Рвz=  , МПа (5)Si = 10-4  (L - z). (6)где - относительный удельный вес газа по воздуху (0,6-0,7)Глубина спуска эксплуатационной колонны в общем случае определяется глубиной залегания подошвы продуктивного горизонта (проектный интервал перфорации) с учетом технологического зумпфа (до 50 м) и цементного стакана (в среднем 20 м) в зависимости от способа вхождения в пласт, вторичного вскрытия пласта. В результате, может быть получено несколько вариантов конструкции. За окончательный следует принимать наиболее экономичный. Второй этап проектирования Выбирают диаметры обсадных колонн и долот. Расчет всегда начинают с выбора диаметра эксплуатационной колонны. Для эксплуатационных и нагнетательных скважин диаметр эксплуатационной колонны задается заказчиком – нефтегазодобывающим предприятием исходя из ожидаемых суммарных дебитов (нефть + газ + вода), габаритов оборудования, которое должно быть спущено в данную колонну для обеспечения заданных дебитов. В таблицах 2 и 3 приведены примерные соотношения диаметров обсадных колонн и дебитов, применяемые на практике. Таблица 2 - Нефтяные скважины
Таблица 3 - Газовые скважины
Диаметр эксплуатационной колонны для поисково-разведочных скважин выбирают так, чтобы в них можно было выполнить необходимый комплекс геолого-геофизических исследований, опробовать перспективные горизонты. Диаметры промежуточных колонн и кондукторов, а также диаметры долот для бурения под каждую колонну (dд) находят из следующих соотношений [1]: - диаметр ствола скважины под обсадную колонну с наружным диаметром по муфте (dм) dд = dм + н , мм (7) - наружный диаметр предыдущей обсадной колонны [( dн)пред] (dн)пред = dд + 2(в +), мм (8) где н - разность диаметров между муфтой обсадной колонны и стенкой ствола скважины; в - радиальный зазор между долотом и внутренней поверхностью той колонны, через которую оно должно проходить при бурении скважины (от 5 до 10 мм); - наибольшая возможная толщина стенки труб данной колонны. Расчетные значения диаметров долот уточняют по ГОСТ 20692-2003, а обсадных труб по ГОСТ 632-80. В табл. 4 приведены требуемые [1] значения н для ряда обсадных труб. Таблица 4- Минимально допустимая разность диаметров муфт обсадных труб и скважин
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||