4. Принципы проектирования конструкции скважин.

Конструкция скважины определяется заданием заказчика (добывающей организации) и геологическими условиями района работ. Обоснование конструкции проводится в два этапа. На первом этапе выбирается метод вхождения в пласт, число обсадных колонн и глубины их спуска. На втором – размеры колонн, диаметры долот, интервалы цементирования.

I. Обоснование количества и глубины спуска обсадных колонн (курс Гидроаэромеханики)

Для этого строится график совмещенных давлений, на котором выделяются зоны с несовместимыми интервалами бурения, границы которых определяют глубины спуска промежуточных обсадных колонн.

II. Определяют или уточняют глубину спуска кондуктора с учетом литологии, глубины водоносных горизонтов и распределения температуры по скважине. При этом башмак кондуктора должен находиться в прочных устойчивых породах, в зоне положительных температур.

III. Уточняют глубину спуска обсадной колонны, на которой будет установлено ПВО, при этом обязательно давление в скважине при полном замещении промывочной жидкости пластовым флюидом и закрытым превентором должно быть меньше, чем давление гидроразрыва пластов в этом интервале.

Для определения глубины спуска колонны сопоставляют график давления гидроразрыва, пластового и давления в скважине при закрытом устье. При этом устьевое давление будет меняться в зависимости от флюида.

Для нефтяной скважины:

Для газовой скважины: , где s=f (β, m, τ)

Если давление насыщения больше давления на устье, то на какой-то глубине из нефти выделится газ и устьевое давление будет рассчитываться, как для газовой скважины от давления насыщения:

s = f( β, m, τ, L)

На основании этих данных уточняется глубина спуска обсадной колонны.

5. Признаки несовместимых условий бурения по различным признакам.

При проектировании конструкции скважины в первую очередь выбирают число обсадных колонн и глубины их спуска исходя из недопущения несовместимости условий бурения отдельных интервалов ствола. 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. С этой целью строится совмещенный график изменения градиента пластового давления по глубине пласта и градиента давления поглощения. Линии изменения gradР_ПЛ и gradР_ПОГЛ определяют зоны совместимости внешних условий и значений плотности бурового раствора. Зоны совместимости определяют число обсадных колонн и глубины их спуска. Так же учитывается литологический состав (наличие соленасыщенных пластов, подверженных размыванию промывочной жидкостью).

6. Определение числа обсадных колонн и глубин их спуска, возможности упрощения конструкции скважины.

Число обсадных колонн и возможные глубины их спуска зависят от количества интервалов, несовместимых по условиям бурения. Для этого строят график совместимых давлений в координатах глубина (Н) и индексы (градиенты) давления. При этом используют характеристики пластового (порового) давления, давления поглощения или гидроразрыва пластов.

Расчетные формулы при этом следующие:

Величины давления для скважин бурящих на разведанных площадях на берутся на основе данных ранее пробуренных скважин. По новым площадям данные могут браться по аналогии с другими месторождениями.

В тех случаях, когда значения пластового давления и поглощения неизвестны, для расчета индексов (градиентов) и давлений поглощения (гидроразрыва) можно пользоваться эмпирической формулой Б. А. Итона:

где: - индекс геостатического давления (отношение геостатического давления к давлению столба пресной воды на той же глубине);

Ка - коэффициент аномальности;

- коэффициент Пуассона для горной породы.

Ориентировочно для крепких кварцевых песчаников  = 0,17; песчаников с контактным цементом – 0,20; для песчаников и алевролитов – 0,30; для известняков и доломитов – 0,25; аргиллитов – 0,30; уплотненных глин – 0,36; пластичных глин и каменной соли – 0,44.

Кроме этого при построении графика совместимых давлений учитывают устойчивость горных пород.

К_уст – градиент давления в скважине при котором породы сохраняют свою устойчивость

К_уст= Р_уст/ρ_в·g·z

После построения графика определяют плотности промывочной жидкости, по интервалам выделяя зоны с несовместимыми условиями бурения. Как правило, границы с несовместимостью условий бурения соответствуют глубинам спуска обсадных колонн. Плотность промывочной жидкости определяется по уравнениям:

Затем определяют глубины спуска направлений и кондуктора. При этом обязательно учитывают литологию разреза и глубину залегания пресноводного комплекса.

На следующем этапе определяют способ вхождения в продуктивную залежь и конструкцию забоя. От этого зависит глубины спуска эксплуатационной и промежуточной колонн, а также их диаметры.

После уточняют число обсадных колонн в зависимости от вида промывочной жидкости, от уровня используемой техники и технологии, которые позволяют допустить определенную степень риска и легко преодолеть некоторые осложнения.

При выборе числа обсадных колонн необходимо учитывать устойчивость горных пород и необходимость перекрытия многолетнемерзлых пород. Важно помнить о наличии флюидов, агрессивных по отношению к промывочным жидкостям, обсадным трубам и тампонажным материалам. В случае проектирования поисково-разведочных скважин желательно предусмотреть возможность спуска резервной обсадной колонны.

После этого уточняют глубину спуска обсадных колонн, на которых устанавливаются противовыбросовое оборудование. Для этого рассчитывают распределение давления жидкости (газа) по стволу скважины при полном замещении промывочной жидкости пластовым флюидом. Глубина спуска колонны должна быть такой, чтобы на любом участке открытого ствола скважины давление в скважине было меньше чем давление поглощения (гидроразрыва) пластов в этом же интервале с 10% запасом.