Этапы проектирования конструкции скважины

(Casing and bit size program)

Это важная часть проектирования скважины. Для начала мы должны определить тип конструкции скважины. Для этого нам необходимо определить:

- количество и расположение обсадных колонн

- длину этих колонн

- их диаметры и диаметры долот для каждого интервала бурения

- местоположение интервалов цементирования

- мы также должны выбрать метод вскрытия продуктивного горизонта

Давайте рассмотрим вышеперечисленное на рисунке 1 и 2 этой программы. Решение поставленной задачи возможно, если нам известны основные характеристики геологического строения после его исследования. Введём несколько понятий:

(1),где

K_F – коэффициент аномально высокого пластового давления

P_F – пластовое давление на глубине z

r_W – плотность воды

g – ускорение свободного падения

z – глубина

(2),где

K_F – коэффициент давления гидроразрыва пласта

P_F – давление гидроразрыва пласта

Очевидно, что: K_FR > K_F так как P_FR > P_F

Предположим, что мы знаем пластовое давление и давление гидроразрыва пласта.

По выражениям (1) и (2) мы считаем K_FR и K_F для каждого пласта. Тогда относительная плотность бурового раствора будет:

(3),где

r_R – относительная плотность бурового раствора

r_m – плотность бурового раствора

r_w – плотность воды

Чтобы избежать таких затруднений как потеря циркуляции; газо-, нефте-, и водопроявления мы должны выполнять следующие условия:

P_F < P_M < P_FR (4),где

P_M = r_m*g*z (5), где

r_m – плотность бурового раствора

P_M – давление бурового раствора

Заменяя выражения (1),(2) и (5) на выражение (4) мы получаем:

K_F*r_w*g*z < r_m*g*z < K_FR*r_w*g*z

Если сократить все выражения на величины r_w, g, z мы получаем:

И наконец, относительно выражения (3) мы получаем неравенство:

(6)

Это условие должно быть выполнено для каждого пласта скважины. Давайте вернёмся обратно к нашей задаче и определим число обсадных колонн и их длины. Для этого нам нужно построить график зависимости K_F и K_FR от длины.

Этот график мы назовем общим графиком давлений. Этим графиком мы определяем несовместимость условий бурения и решения нашей задачи.

Давайте рассмотрим конкретную задачу. У нас есть следующие данные о геологическом строении.

Z, метры	KF	KFR	rR
0 – 400		1,7	1,1
400 – 800	1,1	1,3	1,21
800 – 1200	1,1	1,6	1,21
1200 -1400	1,1	1,6	1,16
1400 - 2000	1,4	1,8	1,54

Итак, мы знаем K_F и K_FR для всех интервалов, но мы не знаем r_R.

В соответствии с правилами безопасности бурения r_R рассчитывается по следующей формуле:

r_R = K_S*K_F, где

K_S – коэффициент безопасности для особых условий

K_S = 1,1 для L<1200 m

K_S = 1,05 для L>1200 m

Посмотрим на график:

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 K_F ; K_FR ; r_R

400

800

810

1000

1200

1400

2000 2000

z

Согласно той геологической информации, которую мы знаем, мягкие горные породы располагаются на глубине 300 метров. Следовательно, мы спускаемся в скважину до глубины 310 метров от кровли пласта. С глубины 400 метров K_F и r_R увеличиваются, но условие (6) соблюдается. Таким образом условия интервалов бурения совместимы. Тем не менее начиная с глубины 1400 метров r_R повышается значительно. Если интервал с 400 метров до 800 не защищен, имеет место потеря промывочной жидкости. Тем самым это является несовместимыми условиями бурения. Чтобы предотвратить осложнения необходимо спустить промежуточную обсадную колонну на глубину 810 метров.

Последняя эксплуатационная колонна спускается в скважину на глубину 2000 метров (проектная глубина).

Итак, план скважины в целом определен. Мы знаем число обсадных колонн и их глубину.

Следующим шагом в выборе типа конструкции скважины является выбор диаметра обсадных колонн, диаметра буровых долот для каждого интервала бурения, для каждой обсадной колонны. Нам известны исходные данные диаметра эксплуатационной колонны и кол-ва обсадных колонн. Данные диаметра эксплуатационной колонны дан нам нашими подрядчиками (т.е. нефтегазовыми компаниями). Количество обсадных колонн было определено в последующем шаге конструирования скважины. Чтобы вычислить неизвесные диаметры, мы использовали 2 простые формулы.

Первое соотношение:

D_B=d_m+2Δ (1) где:

D_B – диаметр долота интервалов бурения для конкретной обсадной колонны

d_m – максимальный внешний диаметр обсадной колонны

Δ - минимально необходимое радиальное разрешение между сцеплением обсадной колонны и стенками скважины

Не сложно объяснить соотношение (1) при помощи следующего рисунка. На рисунке показан процесс спуска обсадной колонны в скважину.

Номинальный диаметр обсадных колонн
Радиальное разрешение, мм

1- обсадная колонна

2-стенка скважины

3-сцепление колонны

Чтобы успешно опустить обсадную колонну в скважину разрешение Δ должно иметь определенные параметры. Это зависит от диаметра обсадной колонны и изменения его от 7 до 50 мм. Поэтому, зная полученные диаметры эксплуатационной колонны, мы можем определить диаметр соответствующего сцепления, используя инструкцию по эксплуатации и затем вычислить диаметр долота по формуле (1). Зная вычисленное значение, мы можем определить диаметр долота с помощью инструкции, наконец-то.

Далее мы должны определить диаметр предшествующей промежуточной обсадной колонны.

Для этого мы используем второе соотношение:

d_I≥D_B+2δ (2) где:

d_I – внутренний диаметр предшествующей обсадной колонны

D_B – диаметр долота, определенный ранее

δ - радиальное разрешение между внутренней стенкой обсадной колонны и долота, когда обсадная колонна опущена d = 5 -10 мм

Этот процесс изображен на рисунке.

1-бурильная колонна

2-предшествующая бурильная колонна

3-бурильное долото

Значение радиального разрешения d должно быть между 5 и 10 мм.

С помощью вычисленных значений d₁ по (2) мы выбрали диаметр обсадной колонны по инструкции по эксплуатации. Так мы определили диаметр предшествующей обсадной колонны по уже известным нам данным эксплуатационной колонны. Таким же образом мы определяем значения всех других диаметров, включая диаметр кондуктора скважины.

Последним шагом конструирования скважины является определение интервалов цементирования. Следующие требования были сделаны в качестве выбора интервалов цементирования:

1) кондуктор скважины нужно цементировать вдоль всей его длины

2) промежуточная обсадная колонна в разведке на нефть и газ также должна быть зацементирована по всей её длине

3) промежуточная обсадная колонна в нефтяных скважинах на глубине от 3000м цементируют до башмака предыдущей обсадной колонны не менее чем на 500 м; в более глубоких скважинах промежуточные обсадные колонны цементируют вдоль всей её длины

4) production casing in gas and prospecting wells are cemented along their entire length

5) эксплуатационную обсадную колонну in в нефтяных скважинах цементируют до башмака предшествующей промежуточной обсадной колонны не менее, чем на 100.

На этом мы заканчиваем конструирование скважины.

Дата добавления: 2015-07-13