1. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ И ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА.
1.1. Определение совместимых интервалов бурения.
Геологический разрез скважины представлен пластами значительной толщины. Верхняя граница пласта называется кровлей, нижняя – подошвой пласта. Замеры пластового давления и давления гидроразрыва осуществляются лишь в отдельных точках. При проведении расчетов принимается, что относительные давления в пределах пласта постоянны
где относительные пластовое давление и давление гидроразрыва,
давление столба воды на глубине замера соответствующих давлений.
где - плотность воды.
- ускорение силы тяжести.
- глубина бурения, на которой проведен замер соответствующего давления.
Минимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по пластовому давлению:
где - коэффициент запаса, учитывающий возможные колебания давления в скважине.
Экологические требования предусматривают ограничение избыточного статического давления бурового раствора на пласты с пресной водой и продуктивные пласты величиной .
Полученные в результате расчетов данные сведем в таблицу.
Таблица 1.1. Результаты расчетов относительных давлений и требуемых плотностей бурового раствора.
Номер Интер. |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4,90 |
1,224 |
1,1 |
1,35 |
1,40 |
1,5 |
1,53 |
1,35 |
2 |
8,83 |
0,906 |
1,1 |
1,00 |
1,57 |
|
|
1,11 |
3 |
15,70 |
0,955 |
1,05 |
1,00 |
1,33 |
|
|
1,11 |
4 |
24,52 |
1,060 |
1,04 |
1,10 |
1,28 |
|
|
1,11 |
5 |
28,94 |
1,071 |
1,04 |
1,11 |
1,25 |
|
|
1,11 |
6 |
30,41 |
0,987 |
1,04 |
1,03 |
1,41 |
3,5 |
1,11 |
1,11 |
7 |
30,90 |
1,068 |
1,04 |
1,11 |
1,23 |
|
|
1,11 |
По результатам расчетов строим совмещенные графики относительных плотностей бурового раствора. Допустимый диапазон изменения плотности бурового раствора показан штриховкой. Из графика следует, что первый и второй интервалы совместимы, т.к. диапазоны допустимых плотностей бурового раствора перекрываются, и можно применить общий буровой раствор с плотностью от 1,35 до 1,53. Но первый интервал содержит пресную воду и должен быть перекрыт экологической колонной – кондуктором. Второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой интервалы совместимы. Второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой интервалы следует перекрыть второй колонной обсадных труб.
1.2. Конструирование скважины и выбор плотности бурового раствора для совместимых интервалов бурения.
Первая обязательная колонна – кондуктор – должна быть опущена до кровли второго интервала, т.к. изменяется плотность бурового раствора. Глубина спуска кондуктора равна
Вторая колонна обсадных труб спускается от устья, а башмак на проектной глубине, т.е. 3200 м. Далее принимаем решение о плотностях бурового раствора. Плотность бурового раствора должна быть минимально возможной, но обеспечивать нормальные условия бурения.
Номер интер. |
|
1 |
1,35 |
2 |
1,11 |
3 |
1,11 |
4 |
1,11 |
5 |
1,11 |
6 |
1,11 |
7 |
1,11 |
Первый интервал содержит пресную воду, поэтому он выделяется как отдельный и исключается из сопоставления с последующими интервалами.
1.3. Расчет диаметров долот и обсадных колонн.
Расчет ведется снизу вверх для всей конструкции скважины. Расчет начинается с определения диаметра долота D для бурения эксплуатационной колонны:
- диаметр муфты обсадных труб хвостовика.
- величина зазора между стенкой скважины и муфтой.
Полученный диаметр округляется до ближайшего большего диаметра долота по ГОСТ 20692-75, т.е. до 190,5 мм.
Далее рассчитываем диаметр кондуктора
- запас, обеспечивающий спуск долота в скважину через эту колонну:
- ожидаемая толщина стенки обсадной трубы, принимаем
Диаметр трубы округляем до ближайшего большего по ГОСТ 632-80
Диаметр долота 250,8 мм.
2.РАСЧЕТ РАВНОПРОЧНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ.
Выполняются два расчета: на момент окончания продавки цементного раствора и на время после затвердения цемента.
Расчетная схема обсадной колонны.
Где: эксплуатационная колонна 1, кондуктор 2. Вверху за эксплуатационной колонной находится буровой раствор 3, а ниже цемент 4. Внизу в колонне пластовый флюид 5.
Принимаем: − глубина уровня жидкости в колонне; − глубина скважины; плотность цементного раствора ; плотность пластового флюида .
2.1. Определение внутреннего давления. В конце цементирования выполняется в соответствии со схемой:
в обсадной колонне 1 находится столб продавочной жидкости 2, на который действует устьевое давление , измеряемое манометром 4. За колонной находится открытый сверху составной столб жидкостей, состоящий из промывочной жидкости 2 и цементного раствора 3. Принимается, что продавка цементного раствора осуществлена той же промывочной жидкостью, на которой закончено бурение под рассчитываемую колонну.
2.2.Определение внутреннего давления в конце испытания скважины выполняется в соответствии со схемой
Скважина путем перфорации гидравлически сообщена с продуктивным пластом с пластовым давлением , измеренным на глубине замера . Это давление уравновешивается давлением столба нефти в колонне и устьевым давлением . Из этого условия определяем :
где − плотность нефти.
Полученные величины сопоставляем с нормативным
2.3.Распределение внутреннего избыточного давления в колонне
по глубине скважины при опрессовке давлением находим из условия:
где − внутреннее избыточное давление; − внутреннее давление в колонне; − наружное давление жидкостей на колонну.
Находим суммарное внутреннее давление
откладываем это значение на графике на отметке , соединяем эту точку с точкой , в результате получаем прямую 2 изменения внутреннего давления в колонне с глубиной.
На правой стороне графика строим зависимость наружного давления от глубины. При наружное давление ; при
при
Строим прямые 3 и 4. Точки 0 и − прямая 3, а точки − прямая 4. Внутреннее избыточное давление определяем путем вычитания графика (прямые 3 и 4) из графика ( прямая 2), в результате чего получается зависимость ( график 5).
Из графика 5 видно, что наружное избыточное давление наибольшее в верхней части скважины и наименьшее на глубине , что обуславливает возможность использования труб с разной толщиной стенки.
Определение интервалов спуска труб с разной толщиной стенки проводится следующим образом. Рассчитываем величины допустимого внутреннего давления для трубы Ø146 мм
где предельное внутреннее давление для трубы с i-той толщиной стенки; - допустимый запас прочности при действии внутреннего давления.
Проводим вертикальную прямую из точки .Т.к. прямая не пересекается с прямой 5, можно использовать трубу с толщиной стенки 6,5мм по всей высоте скважины.
2.3. Конструирование равнопрочной обсадной колонны.
После расчета обсадной колонны на внутреннее избыточное давление производится ее расчет на смятие наружным избыточным давлением и на растяжение. Поскольку из условия предупреждения смятия наибольшая толщина стенки труб получается в нижней части колонны, то расчет производится снизу вверх на смятие с учетом растяжения и результатов расчета на внутреннее давление. Отличительными особенностями расчета является то, что колонна заполнена жидкостью лишь частично, а за колонной в интервал цементирования находится цементный камень.
2.3.1.Расчет наружного избыточного давления на обсадную колонну.
Наружное избыточное давление равно
где - давление пластового флюида в колонне.
Последовательность расчета следующая. На график нанести зависимость давления воды 1 от глубины z по данным табл.
Номер интер. |
|
1 |
4,90 |
2 |
8,83 |
3 |
15,70 |
4 |
24,52 |
5 |
28,94 |
6 |
30,41 |
7 |
30,90 |
Затем нанести давление бурового раствора в интервале от 0 до z1; (линию 2), рассчитанное по формуле . Ниже ординаты z1 наружное давление на колонну будет определяться величинами порового давления в цементном камне и пластовым давлением. Последнее учитывается только в интервалах, неперекрытых другими колоннами.
Для построения зависимости порового давления от глубины рассчитать его величину на глубине zK по формуле:
где − плотность поровой жидкости.
Полученную величину отложить на глубине и провести прямую 3 от этой точки до точки . Далее делается проверка на наличие аномалий пластовых давлений в интервалах перекрытых только рассчитываемой колонной. Для этого на график нанесем точки с координатами пластовое давление-глубина замера (по заданию). Проверка на наличие аномалий пластовых давлений в интервалах, перекрытых только рассчитываемой колонной показала, что пластовое давление во всех интервалах ниже порового. Поэтому корректировка зависимости от с учетом пластового давления не требуется
Далее рассчитываем внутреннее давление на глубине , создаваемое столбом пластового флюида в колонне