Конструкции геотермальных скважин

Бурение и оборудование геотермальных скважин

Бурение скважин – один из основных видов работ при создании и эксплуатации геотермоэнергетических систем.

По назначению скважины делятся на: разведочные, нагнетательные, эксплуатационные и вспомогательные (оценочные, водозаборные и т.п.).

Основные факторы, определяющие трудность бурения высокотермальных скважин: высокая температура пород, самого теплоносителя, его коррозионная агрессивность, наличие зон поглощений и обвалов горных пород.

Коррозионное воздействие на трубы растет снизу вверх, что объясняется выделением сероводорода (H₂S) из поднимающегося к поверхности теплоносителя. Газы и горячая минеральная вода вызывают точечную коррозию в верхней части труб.

При снижении температуры и скорости потока могут выпадать в осадок карбонаты и кремний. Образуется корка, пережимы («сальники») проходного канала, вплоть до полного его закупоривания.

Возможен выброс из скважины горячих флюидов (грифоны).

К числу обычных геологических осложнений можно отнести поглощения промывочной жидкости, обвалы и обрушения горных пород, прихваты.

Определяется геологическими условиями (число обсадных колонн, глубина их спуска и интервалы, проходимые без крепления) и целевым назначением скважин, определяющим ее конечный диаметр.

Минимальные конечные диаметры – для скважин вспомогательных.

Наибольшие – для разведочных, переходящих затем в эксплуатационные, и эксплуатационных.

По зарубежным данным самый распространенный , реже 168мм; для вспомогательных – 125-150мм.

На выбор конструкции скважины влияют размеры водоподъемного устройства, место его расположения в стволе (в какой обсадной колонне), а также срок эксплуатации (обычно 30-50лет).

Зазор между корпусом насоса и обсадной трубой не более 50мм

(иначе - утяжеление конструкции и удорожание работ).

Конструкция должна обеспечить получение необходимого дебита теплоносителя при длительной эксплуатации.

Если насос устанавливается в эксплуатационной колонне, одновременно выполняющей роль фильтра в термозаборной части скважины, то такая колонна может быть ступенчатой – с большим диаметром в верхней части (для насоса) и с меньшим – в продуктивной зоне.

Вскрытие продуктивного пласта может быть:

- с открытым стволом;

- со спуском фильтровой колонны «впотай» в эксплуатационную колонну;

-со спуском эксплуатационной колонны с фильтром или последующей перфорацией эксплуатационной колонны в продуктивной зоне.

Однако последний способ сложнее и дороже.

При вскрытии напорных геотерм диаметр эксплуатационной колонны устанавливается по проектному дебиту и условию обеспечения минимальных гидродинамических сопротивлений потоку теплоносителя. Обычно .

Равнопрочную колонну обсадных труб выбирают с учетом воздействия температурного фактора при подъеме тампонажного раствора, как правило, до устья.

Конструкции скважин обычно включают от 3 до 5 колонн (направление, кондуктор, одну-две промежуточные, эксплуатационную колонну, иногда еще хвостовик), что объясняется необходимостью перекрытия зон осложнений и предотвращение потерь тепла в окружающие породы при циркуляции теплоносителя.

Типовые конструкции скважин ряда геотермальных месторождений России приведены на рис. 1.4.

Технология бурения термальных скважин должна учитывать:

- повышенные значения геотермического градиента;

- давление пластовых флюидов;

- повышенную коррозионную активность флюидов.

Способы бурения – вращательный, комбинированный.

Наиболее важное значение в технологии бурения имеют:

- обоснованный выбор конструкции скважин;

- применение форсированных режимов и наиболее производительной технологии бурения для обеспечения максимальных механической скорости и рейсовой скорости проходки;

- непрерывный контроль и регулирование параметров и температуры промывочной жидкости для предотвращения осложнений и выбросов;

- применение противовыбросового оборудования (превенторы, обратный клапан в бурильной колонне, дегазаторы и т.п.).

Принципиальная схема конструкции и оборудования эксплуатационной скважины приведена на рис. 1.5.

Рис.1.5 – Конструкция геотермальной скважины

1, 2, 4, 5 – интервалы ствола различного диаметра

3 – цементное кольцо

6 – фильтровая колонна

7 – эксплуатационная колонна

8 – кондуктор

9 – шпуры для цементирования приустьевой площадки

10 – направление

11 – колонная головка

12 – выпускной штуцер

13 – задвижка

Технология бурения должна учитывать особенности выбранного способа создания подземного теплового котла. Так, если будут использоваться камуфлетные взрывы, то следует обеспечить:

- возможность беспрепятственного спуска взрывного устройства;

- полную герметизацию затрубного пространства;

- надежную забойку для обеспечения камуфлетного взрыва;

- предотвращение полного разрушения ствола, обсадной колонны и возможность восстановления скважины после взрыва.

Специальные исследования показали, что при глубине скважины до 3000м оптимальным диаметром является 300-400мм, т.е. необходимы эффективные методы бурения скважин увеличенного диаметра, например, реактивно-турбинного.

Дата добавления: 2014-11-29