4.1 Оборудование забоя скважины.

Ответственным этапом при строительстве нефтяных скважин является заключительный, который включает следующие работы: вскрытие продуктивного пласта, спуск и цементирование обсадных колонн, оборудование забоя и вызов притока нефти. От правильности проведения заключительных работ зависит срок освоения скважины и ее последующая эксплуатация.

Техника и технология вскрытия пласта должны быть тесно увязаны с его геомеханической характеристикой. Методы вскрытия в зависимости от величины пластового давления, степени насыщенности пласта нефтью, степени дренирования и других факторов могут быть различными, но они все должны удовлетворять следующим основным требованиям:

• вскрытие пласта с высоким давлением должно исключать открытое фонтанирование;

• при вскрытии пласта должны быть сохранены природные фильтрационные свойства пород призабойной зоны, при небольшой проницаемости пород должны быть приняты меры к улучшению фильтрационных свойств пород призабойной зоны;

• должна быть обеспечена надлежащая величина поверхности вскрытия пласта, гарантирующая длительную безводную эксплуатацию и максимальный приток нефти к забою скважин.

Конструкция крепления скважины определяется геологическими и техническими факторами с учетом ее длительной эксплуатации. Важным элементом конструкции скважины является конструкция призабойной части, которая должна обеспечить:

• механическую устойчивость призабойной части пласта, доступ к забою скважин спускаемого оборудования, предотвращение обрушения породы;

• эффективную гидродинамическую связь забоя скважины с нефтенасыщенным пластом;

• возможность избирательного вскрытия нефтенасыщенных и изоляцию водо- или газонасыщенных пропластков, если из последних не намечается добыча продукции;

• возможность избирательного воздействия на различные пропластки или на отдельные части по толщине монолитного пласта;

• возможность дренирования всей нефтенасыщенной толщины пласта.

Способы крепления продуктивного пласта оказывают большое влияние на эффективность освоения, величину первоначального дебита, а также на его нефтеотдачу в целом. Они определяются состоянием, особенностями пласта и конструкцией скважины.

Существуют несколько типовых конструкций забоев скважин.

Для открытого забоя башмак обсадной колонны цементируется перед кровлей продуктивного пласта. Затем пласт бурят долотом меньшего диаметра и ствол скважины продуктивного пласта оставляется открытым. Такая конструкция применяется для продуктивного пласта сложенного плотными, устойчивыми породами (известняки, песчаники); для сравнительно однородного пласта, не переслаивающегося глинами, склонными к набуханию и обрушению, а также без газоносных и водоносных прослоев; при наличии до вскрытия пласта достаточно точных данных об отметках кровли и подошвы продуктивного пласта; при относительно малой толщине пласта, оставляемого без крепления, а также в том случае, если при эксплуатации такой скважины не может возникнуть необходимость избирательного воздействия на отдельные пропластки.

Открытый забой является гидродинамически эффективным, а скважина с открытым забоем принимается за эталон и ее коэффициент гидродинамического совершенства принимается равным единице. Недостатками открытого забоя являются невозможность избирательного вскрытия нужных пропластков и избирательного воздействия на них вместе с постоянной угрозой обвалов в призабойной зоне при создании больших депрессий.

Для забоя с фильтром возможны два варианта конструкции.

Первый вариант. Скважина бурится до подошвы пласта, крепится обсадной колонной с заранее насверленными отверстиями в нижней части на уровне интервала продуктивной толщи пласта, затем выше кровли пласта колонна цементируется по способу манжетной заливки. Пространство между перфорированной частью колонны и вскрытой поверхностью пласта остается открытым.

Условия применения такой конструкции по существу одинаковы с условиями для применения открытого забоя. Однако в этом случае более надежно крепление забоя и гарантируется сохранение полного диаметра колонны до самого забоя даже в случаях частичного обрушения пород в призабойной части.

Второй вариант. Башмак обсадной колонны спускается до кровли пласта и цементируется. В открытой части пласта находится часть эксплуатационной колонны с отверстиями называемая фильтром, которая обеспечивает связь скважины с пластом. Кольцевое пространство между верхней частью фильтра и низом обсадной колонны герметизируется специальным сальником или пакером.

Для перфорированного забоя ствол скважины пробуривается до проектной отметки. Перед спуском обсадной колонны ствол скважины и особенно его нижняя часть, проходящая через продуктивные пласты, исследуется геофизическими средствами. Результаты таких исследований позволяют четко установить нефте-, водо- и газонасыщенные интервалы и наметить объекты эксплуатации. После этого в скважину опускается обсадная колонна, которая цементируется от забоя до нужной отметки. А затем перфорируется в намеченных интервалах.

Скважина с перфорированным забоем имеет следующие преимущества:

• упрощение технологии проводки скважины и выполнения комплексных геофизических исследований геологического разреза;

• надежная изоляция различных пропластков, не вскрытых перфорацией;

• возможность вскрытия пропущенных или временно законсервированных нефтенасыщенных интервалов;

• возможность поинтервального воздействия на призабойную зону пласта;

• устойчивость забоя скважины и сохранение ее проходного сечения в процессе длительной эксплуатации.

Перфорированный забой при вскрытии пласта, склонного к пескопроявлению, не обеспечивает надежную защиту скважины от поступления песка и образования песчаных пробок на забое. Поэтому при вскрытии рыхлых коллекторов для защиты от песка против перфорированного интервала размещают дополнительный фильтр для задержки песка. Однако в этом случае фильтрационное сопротивление потоку пластовой жидкости резко возрастает. Кроме того, перфорированный забой вызывает сгущение линий тока у перфорационных отверстий, что приводит к увеличению фильтрационного сопротивления по сравнению с открытым забоем.

Гидродинамическое несовершенство скважин

Гидродинамически совершенной считается скважина, которая полностью вскрыла пласт от кровли до подошвы и в которой забой полностью открыт по боковой поверхности, т.е. приток жидкости в скважину происходит через всю боковую поверхность забоя, не испытывая никаких искусственных сопротивлений.

Практически гидродинамически совершенных скважин не бывает, поэтому различают скважины гидродинамические несовершенные по степени вскрытия пласта и по характеру вскрытия , а также с двойным видом несовершенства – по степени и характеру вскрытия.

Несовершенная по степени вскрытия скважина вскрывает не весь пласт, а лишь какую-то его часть. Несовершенная по характеру вскрытия скважина сообщается с пластом не через всю боковую поверхность ствола, а лишь через перфорационные или фильтровые отверстия.

Скважинные фильтры

Фильтром в скважине называют находящуюся в интервале продуктивного пласта, часть эксплуатационной колонны с отверстиями, обеспечивающими связь скважины с пластом. Это понятие расширено в связи с применением фильтров-закрепителей призабойной зоны пласта путем закачивания в эту зону различных материалов, закрепляющих породу при их затвердевании и образующих проницаемые перегородки.

Фильтры должны отвечать следующим требованиям:

• иметь пропускную способность не ограничивающая дебит скважины;

• иметь достаточную прочность на воздействие горного давления;

• минимально ограничить поступление в скважину песка и других твердых частиц из пласта.

По способу изготовления фильтры делятся на созданные в скважине путем перфорации обсадной колонны, изготовленные на поверхности и в призабойной зоне пласта. Фильтры, изготовленные на поверхности, могут быть трубными и внутриколонными. Трубные фильтры включаются в состав обсадной колонны, а внутриколонные спускают в необсаженную или обсаженную скважину, они могут быть извлечены из скважины и заменены.

Наиболее простыми являются фильтры с круглыми или щелевидными отверстиями. Изготовляются они из обсадных труб соответствующего диаметра и предназначены в основном для обеспечения связи пласта со скважиной.

Фильтры с круглыми отверстиями изготовляют из обсадных труб, в которых просверливают отверстия диаметром 1,5 – 20 мм, расположенные в шахматном порядке. Расстояния между отверстиями и их рядами принимают такие, которые обеспечивают достаточную прочность перфорированной трубы. Размеры и число отверстий, приходящихся на 1 м трубы, определяют на основании промыслового опыта.

Фильтры со щелевидными отверстиями также изготовляют из обсадных труб. Щели располагают в шахматном порядке. Ширина щелей 0,4 – 5 мм, в зависимости от устойчивости породы, слагающей пласт. Чем ниже устойчивость породы, тем меньше должна быть ширина щелей. Общая площадь щелевидных отверстий, приходящаяся на 1 м трубы, определяется на основании опыта эксплуатации фильтров на конкретном месторождении.

Проволочные фильтры изготовляют из обсадных труб, в которых сверлят отверстия диаметром 8 – 20 мм, прорезают щели шириной 5 и длиной 60 мм. Затем к трубе вдоль ее образующей приваривают стержни. Поверх стержней наматывают стальную, никелевую или бронзовую проволоку с определенным зазором между витками. Проволока может иметь различное сечение (круглое, прямоугольное, трапецеидальное). Расстояние между витками выбирают в зависимости от фракционного состава выносимых скважиной твердых частиц и вязкости нефти.

Кнопочные фильтры изготовляют из обсадных труб, в которых сверлят отверстия в шахматном порядке диаметром 8 – 20 мм. Затем в эти отверстия вставляют и закрепляют пробки-кнопки, имеющие щелевидные отверстия шириной 0,15 – 2,5 мм. Кнопки изготавливают из стали, бронзы, пластмасс.

Кольцевые фильтры изготовляют так же, как и фильтры с круглыми отверстиями. Затем над ниппелем трубы приваривают кольцевой упор и на трубу надевают стальные кольца. Расстояние между кольцами регулируют калибровочными металлическими пластинками. Затем кольца зажимают на трубе муфтой.

Гравийные фильтры представляют собой два фильтра со щелевидными отверстиями, концентрически вставленные один в другой. Кольцевое пространство между ними заполняют гравием. Внутренний фильтр делают из обсадной трубы, а внешний – из листового железа и даже проволочной сетки. Толщина слоя гравия составляет 20 – 25 мм. Различают гравийные фильтры с уплотнением гравия в скважине и уплотнением гравия на поверхности. Гравий, идущий на уплотнение гравийных фильтров, должен иметь округлую форму, достаточную механическую прочность и быть стойким против истирания и разъедающего действия кислот и щелочей. Размер гравия определяют по фракционному составу пластового песка и определяют из соотношения между диаметром гравия и песка.

Гравийные фильтры имеют следующие преимущества:

• в скважину поступает только мелкий песок, который легко выносится при эксплуатации;

• уменьшается разъедание песком наземного и подземного оборудования, в том числе и фильтров;

• в пласте сохраняются крупные фракции песка, которые, не создавая больших сопротивлений движению нефти, пропускают мелкие песчинки, чем увеличивают проницаемость пласта:

• крупные фракции песка, оставаясь в пласте, предотвращают обвалы, прорывы воды и другие нежелательные последствия;

• гравийные фильтры дают возможность в рыхлых, несцементированных породах создавать более расширенный забой, это увеличивает дренажную поверхность и повышает производительность скважин.

Металлокерамические фильтры изготовляют путем спекания под давлением керамической дроби. Кольца из такого материала одеваются на перфорированную трубу и на ней закрепляются. Металлокерамические фильтры обладают малым гидравлическим сопротивлением и задерживают самые мелкие фракции песка.

Осн.: 1. [90-100], 3. [13-42]

Контрольные вопросы:

1. Сколько существуют способов вскрытия пласта?

2. Перечислите типовые конструкции забоев скважин?

3. Какие преимущества имеет скважина с перфорированным забоем?

4. Какие бывают виды несовершенных скважин?

5. Что называют коэффициентом гидродинамического совершенства?

6. Какие существуют скважинные фильтры?