Теоретическое обоснование. Проектирование конструкции скважины

Проектирование конструкции скважины

Практическое занятие №7

Световыесигналы

Звуковыесигналы

Вывод: по окончанию проведения лабораторной работы сделать вывод о проделанной работе, в ходе написания вывода указать на тонкости установки системы сигнализации на автомобиль.

Цель и содержание: ознакомиться с основными понятиями, сделать проектировочный расчет конструкции скважины

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

Проектирование конструкции скважины проводится по единому принципу – совместимости отдельных интервалов геологического разреза по горно-геологическим условиям бурения [1, 2].

Число обсадных колонн, необходимых для обеспечения указанных требований, проектируется исходя из несовместимости условий бурения отдельных интервалов скважины.

Под несовместимостью условий бурения понимается такое их сочетание, когда заданные параметры технологических процессов бурения нижележащего интервала скважины вызовут осложнения в пробуренном вышележащем интервале, если последний не закреплен обсадной колонной, а проведение дополнительных специальных технологических мероприятий по предотвращению этих осложнений невозможно или экономически нецелесообразно.

Анализ условий бурения скважины проводится поинтервально сверху вниз с разбивкой геологического разреза скважины на зоны крепления.

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.

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

(1)

(2)

где – эквивалент градиента пластового давления, гс/см³; Р_ПЛ – пластовое давление, кгс/см²; Н – глубина залегания пласта, м; – эквивалент градиента давления гидроразрыва, гс/см³; Р_ГР – давление гидроразрыва пласта, кгс/см².

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

В исключительных случаях при полном отсутствии промысловых данных допускается использовать эмпирическую зависимость

Р_гр = 0,083·Н + 0,66·Р_пл. (3)

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

1. По литологической характеристике разреза выделяют интервалы с характеристикой пластовых давлений и давлений гидроразрыва.

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 кривые эквивалентов градиентов давлений (см. рис. 1, точки 1, 2..., 19 –пластовых давлений, точки 20, 21,..., 39 – давлений гидроразрыва).

4. Параллельно оси ординат проводят линии АВ, EF, KL и ОР касательно крайних точек эквивалентов градиентов пластового (порового) давления и линии CD, GH, MN, QS –касательно крайних точек кривой эквивалентов градиентов давления гидроразрыва.

5. Зоны ABCD, EFGH, KLMN, OPQS являются зонами совместимых условий бурения.

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

7. Зоны совместимых условий бурения являются зонами крепления скважины обсадными колоннами. Количество зон крепления соответствует количеству обсадных колонн.

8. Глубина спуска обсадной колонны (установки башмака) принимается на 10 – 20 м выше окончания зоны крепления (зоны совместимых условий), но не выше глубины начала следующей зоны совместимых условий.

9. 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 гидростатическое давление в скважине, создаваемое столбом бурового раствора, должно превышать пластовое на 10 % (не более 1,5 МПа), а для скважин глубиной от 1200 м до проектной глубины на 5 % (не более 2,5 – 3,0 МПа).

В предварительном варианте конструкции скважины предусматривают перекрытие каждой зоны, выделенной с помощью совмещенного графика, самостоятельной обсадной колонной. Следовательно, число обсадных колонн в нем равно числу зон с несовместимыми условиями бурения, а глубины спуска колонн соответствуют границам этих зон. Затем число обсадных колонн и глубины их спуска корректируют:

1. С целью защиты устьевого участка ствола от размыва и канализации восходящего потока промывочной жидкости в очистную систему в конструкции скважины предусматривают направление.

2. Если зоны с несовместимыми условиями бурения отсутствуют, то в конструкциях всех скважин, устья которых на период бурения должны быть оснащены противовыбросовым оборудованием, а также скважин на месторождениях, в разрезе которых имеются горизонты пресных вод, предусматривают установку кондукторов.

3. Если расстояние между нижними концами двух смежных обсадных колонн очень велико и за время бурения ствола под внутреннюю из них наружная может быть изношена до аварийного состояния или прочность последней из-за износа может уменьшиться настолько, что возникнет опасность разрыва этой колонны в случае закрытия установленного на ней превентора при газонефтеводопроявлениях, то в конструкции скважины предусматривают замену изношенного верхнего участка колонны новым до вскрытия горизонта, из которого возможно проявление, или спуск дополнительной промежуточной колонны для установки на ней противовыбросового оборудования.

4. Если для разбуривания пород в одной зоне требуется такая по составу промывочная жидкость, применение которой в смежной зоне недопустимо из-за опасности возникновения серьезных осложнений или экономически невыгодно из-за необходимости расходования большого количества химических реагентов на ее обработку, в конструкции скважины может быть предусмотрена дополнительная промежуточная колонна.

5. Если ту или иную зону можно надежно изолировать другим способом, помимо спуска обсадной колонны, и стоимость строительства скважины при этом не возрастет, то соответствующую колонну из конструкции исключают.

6. Если расстояние между нижними концами двух смежных колонн очень велико и существует большая опасность, что внутреннюю колонну не удастся спустить до необходимой глубины из-за большой величины сил сопротивления, обусловленных прежде всего прижатием ее к стенкам необсаженного участка ствола скважины, то увеличивают глубину спуска предыдущей колонны или предусматривают дополнительную промежуточную колонну между ними.

7. Уточняют глубины спуска тех обсадных колонн, на которых должно быть установлено противовыбросовое оборудование. Башмак колонны нужно устанавливать с таким расчетом, чтобы в случае частичного или полного выброса промывочной жидкости при дальнейшем углублении скважины и заполнения последней пластовой жидкостью породы, залегающие ниже этого башмака, не могли быть разорваны тем давлением, которое возникнет в стволе после герметизации устья превентором.

8. Выбирают схему оборудования призабойного участка и в конструкцию добывающей (нагнетательной) скважины вносят корректив, обусловленный выбранной схемой.

Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется способами заканчивания и эксплуатации скважины.

Глубина спуска кондуктора определяется требованиями охраны источников водоснабжения от загрязнения, предотвращения осложнений при бурении под очередную обсадную колонну, обвязки устья скважины противовыбросовым оборудованием и подвески обсадных колонн. Кондуктором следует перекрывать все водоносные горизонты, имеющие выходы на поверхность, питающие водоемы и артезианские скважины, неустойчивые горные породы в верхней части разреза, в том числе толщи солей.

Глубину спуска направления определяют так, чтобы предупредить размыв и разрушение устья скважины. Направлением перекрываются неустойчивые наносы (обычно четвертичные отложения).

Рисунок 1 – Совмещенный график давлений для выбора конструкции скважины

В целях уменьшения расхода металла на крепление некоторые из обсадных колонн делают потайными. Сплошную колонну можно заменить потайной в том случае, если за период бурения от башмака предыдущей сплошной колонны до глубины спуска последующей сплошной колонны предыдущая не может быть изношена до аварийного состояния или до такого состояния, при котором устье ее в случае газонефтяного выброса нельзя герметизировать из-за неизбежности разрыва изношенных обсадных труб. Не рекомендуется делать потайными две смежные обсадные колонны. Верхний конец потайной колонны должен быть расположен выше башмака предыдущей обсадной колонны; если предыдущая колонна перекрывает толщу пород, склонных к выпучиванию под влиянием горного давления, то верхний конец потайной колонны нужно размещать выше кровли такой толщи не менее чем на 25 – 50 м.

Определение диаметров обсадных колонн и долот

Диаметры обсадных колонн выбирают в соответствии с величиной кольцевого зазора между долотом и спускаемой обсадной колонной, и кольцевого зазора между обсадной колонной и спускаемым в нее долотом для бурения последующего интервала.

Диаметры обсадных колонн и долот выбирают снизу вверх, начиная с эксплуатационной колонны [3]. Диаметр эксплуатационной колонны зависит от способа заканчивания скважины, условий ее эксплуатации и задается заказчиком на буровые работы.

Диаметральные размеры конструкции скважины рассчитывают по следующим соотношениям:

диаметр долота для бурения ствола под обсадную колонну с наружным диаметром d_н

d_д = d_м + D, (4)

где d_м– наибольший наружный диаметр обсадной колонны (обычно наружный диаметр ее муфты); Δ – разность между диаметрами скважины и муфты обсадной колонны, мм.

внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны

d_пред = d_д + 2D_в, (5)

где D_в – радиальный зазор между долотом и внутренней поверхностью той колонны, через которую оно должно проходить при бурении скважины (D_в≥3...5).

наружный диаметр предыдущей обсадной колонны

(d_н)_пред = d_пред + 2δ (6)

где δ – наибольшая возможная толщина стенки труб данной колонны, мм.

Расчетные значения диаметров долот уточняют по ГОСТ 20692–75, а обсадных труб – по ГОСТ 632–80.

Минимально допустимая разность диаметров муфт обсадных труб и скважин приведена в табл. 1 [4].

Таблица 1 – Размеры колонн, муфт и зазоров, мм

dн	114,3	127,0	139,7	146,0	168,3	178,0	193,7	219,1	244,5
dм
D
dн	273,1	298,5	323,9	339,4	351,0	377,0	406,4	425,5
dм
D			39-45	39-45	39-45	39-45	39-45	39-45

Диаметры шарошечных долот, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Диаметры долот

Dд, мм	112,0	120,6	132,0	139,7	146,0	151,0	165,1	190,5
Dд, мм	215,9	244,5	269,9	295,3	320,0	349,2	393,7	490,0

Определение высоты подъема тампонажного раствора за колонной

Направления и кондуктора цементируются до устья. В нижележащей части стратиграфического разреза цементированию подлежат [4]:

– продуктивные горизонты, кроме запроектированных к эксплуатации открытым забоем;

– продуктивные отложения, не подлежащие эксплуатации, в том числе с непромышленными запасами;

– истощенные горизонты;

– водоносные проницаемые горизонты;

– горизонты вторичных (техногенных) скоплений нефти и газа;

– интервалы, сложенные пластичными породами, склонными к деформациям;

– интервалы, породы которых или продукты их насыщения способны вызывать ускоренную коррозию обсадных труб.

Высота подъема тампонажного раствора над кровлей продуктивных горизонтов, а также устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения секций обсадных колонн, а также башмаком предыдущей обсадной колонны, в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150 м и 500 м.

Все вышеуказанные интервалы цементирования объединяются в один общий. Разрыв сплошности цементного кольца по высоте за обсадными колоннами не допускается. Исключения составляют случаи встречного цементирования в условиях поглощения.

Общая проектная высота подъема тампонажного раствора за обсадными колоннами должна обеспечивать:

– превышение гидростатических давлений составного столба бурового раствора и жидкости затворения цемента над пластовыми давлениями перекрываемых флюидосодержащих горизонтов;

– исключение гидроразрыва пород или развитие интенсивного поглощения раствора;

– возможность разгрузки обсадной колонны на цементное кольцо для установки колонной головки.

При ступенчатом цементировании, спуске колонн секциями нижние и промежуточные ступени обсадных колонн, а также потайные колонны должны быть зацементированы по всей длине.

Дата добавления: 2015-07-13