Рис. 4.6. Конструкции забоев (а-д) скважин, предотвращающие вынос песка: 1,2 - забойный и гравийный фильтры; 3 - центратор; 4 - расширенная часть ствола скважины; 5 —проницаемый тампонажный состав; 6 — открытая по­ верхность искусственного фильтра

сивными пластовыми водами. Наиболее надежными считают гравийные фильтры. Их применение в 85-95 % случаев дает положительные результаты, однако они не предотвращают разрушения пород продуктивного пласта. В процессе их ис­ пользования гравий в фильтре оседает и в скважину начинает поступать песок.

4.3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ

4.3.1. ОТКРЫТЫЙ ЗАБОЙ

Низкая проницаемость прочных коллекторов - залог усло­ вий выбора конструкции скважин с открытым забоем. Сюда же следует отнести условия, когда отсутствуют высоконапорные горизонты, подошвенные воды и газовая шапка (в случае неф­ тяной залежи). Часто конструкция открытого забоя скважин предусматривает (в случае пористых и трещиноватых коллек­ торов) наличие пакеров. Они устанавливаются на перфориро­ ванном хвостовике, который не цементируется.

Использование конструкции открытого забоя скважины

предусматривает однородный прочный коллектор норового, трещинного, трещинно-норового или норово-трещинного типа: коллектор по своим геолого-физическим характеристикам не может быть зацементирован без резкого и значительного ухуд­ шения его коллекторских свойств в ПЗП.

Конструкция открытого забоя предусматривает раздельный способ эксплуатации. Коллектор должен сохранять устойчи­ вость при создании депрессии на пласт.

Устойчивость породы в призабойной зоне скважины опреде­ ляют для следующих случаев.

1. Из пласта извлекается жидкость или газ:

сжатии (определяется экспериментально), МПа; Н - глубина залегания коллектора, м; - пластовое давление, МПа; р - давление столба жидкости на забое скважины, МПа; g - ускоре­ ние силы тяжести, м2/с; р - средняя плотность вышележащих горных пород, кг/м3,

п

р, - плотность горных пород 1-го пласта, кг/м3; ht - толщина i-ro пласта, м; п - число пластов; £ - коэффициент бокового распора горных пород,

где р' - забойное давление при нагнетании жидкости (р' > р), МПа.

В табл. 4.1 приведены значения v для основных горных по­ род.

Рассчитаем устойчивость стенки скважины с открытым за­ боем.

Примем, что извлечение жидкости из продуктивного песча­ ника, залегающего на глубине 1500 м, имеющего прочность

Средние значения коэффициентов Пуассона для некоторых горных пород

15,5 МПа, предполагают вести при депрессии 2 МПа, а средняя плотность горных пород по разрезу скважины составляет 2250 кг/м3.

При заданных условиях давление жидкости на забой в пери­ од эксплуатации

р = 15,5 - 2,0 = 13,5 МПа.

Из табл. 4.1 найдем v = 0,30, после чего по формуле (4.4) вы­ числим

| = 0 ,3 /((1 - 0,3) = 0,43.

Определим условие прочности стенок скважины по выраже­ нию (4.5)

=30 МПа > 2[0,43(1(Гв*2250*9,8*1500 - 15,5) +

+(1 5 ,5 -1 3 ,5 ) = 19,1 МПа.

Удовлетворение данного условия указывает на возможность эксплуатации скважины открытым забоем.

Затем сравнивают условия залегания продуктивного гори­ зонта и его физико-механические свойства (см. приведенный выше пример).

При устойчивом и неустойчивом коллекторе, если grad > >0,1 МПа/10 м, а собственно коллектор имеет поровую прони­ цаемость kn > 0,1 мкм2 или трещинную проницаемость kr > > 0,01 мкм2, применяют конструкцию открытого забоя, пока­ занную на рис. 4.1, в.

Если коллектор обладает низкой поровой или трещинной проницаемостью (*п < 0,01 мкм2, *т < 0,01 мкм2), a grad р„ > >0,1 МПа/10 м, то при устойчивом коллекторе применяют кон­ струкцию забоя, представленную на рис. 4.1, б, а при неустой­ чивом коллекторе - конструкцию забоя, показанную на рис. 4.1, г.

При аномально низком пластовом давлении (grad р^ £

<0,1 МПа/10 м) независимо от величины проницаемости пород продуктивного объекта при устойчивом коллекторе применяют конструкцию забоя вида рис. 4.1, б; при неустойчивом коллек­ торе - конструкцию забоя вида рис. 4.1, г.

При создании конструкции забоя вида рис. 4.1, б до кровли продуктивного пласта спускают и цементируют эксплуатаци­ онную колонну, а вскрытие объекта производят с учетом плас­ тового давления, поровой и трещинной проницаемости коллек­ тора. При grad Рпл < 0,1 МПа/10 м, кп < 0,1 мкм2 или кт< < 0,01 мкм2 применяют специальные буровые растворы (раст­ воры на нефтяной основе, пены и др.). Перед вызовом притока в случае необходимости производят обработку призабойной зоны пласта (солянокислотная обработка, гидроразрыв пласта и др.).

В случае заканчивания скважины с конструкцией забоя вида рис. 4.1, в при grad > 0,1 МПа/10 м, ka > 0,1 мкм2 или кг > > 0,01 мкм2 вскрытие продуктивного объекта осуществляют совместно с вышележащими отложениями, до забоя спускают эксплуатационную колонну, оборудованную в нижней части фильтром, и скважину цементируют с подъемом тампонажного раствора от кровли продуктивного пласта, для чего используют пакеры типа ПДМ конструкции ВНИИБТ.

Технология создания конструкции забоя, показанной на рис. 4.1, г, идентична таковой при заканчивании скважины с конст­ рукцией забоя, показанной на рис. 4.1, б. Дополнением ее явля­ ется перекрытие неустойчивого порово-трещинного коллектора хвостовиком-фильтром. В случае, если кровля продуктивного объекта сложена неустойчивыми породами и не перекрыта экс­ плуатационной колонной, при установке хвостовика-фильтра используют заколонные пакеры ВНИИБТ, ТатНИПИнефти и других изготовителей, располагаемые в неперфорированной его части у кровли продуктивного горизонта и в башмаке эксплуа­ тационной колонны с целью предупредить обрушения стенок скважины и зашламления открытого ствола.

4.3.2. ЗАБОЙ СМЕШАННОГО ТИПА

Конструкции забоя смешанного типа используются в одно­ родном коллекторе норового, трещинного, трещинно-порового или порово-трещинного типа; при наличии близко расположен­ ных напорных горизонтов или газовой шапки у кровли пласта, а также низких значениях поровой или трещинной проницаемос­ ти пород (соответственно кп < 0,01 мкм2 или кг < 0,01 мкм2); если коллектор сложен прочными породами, сохраняющими устойчивость при создании депрессии на пласт при эксплуата­

ции скважины, а также при раздельном способе эксплуатации продуктивных объектов.

Выбор конструкции забоя смешанного типа предусматривает соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта с учетом его физико-механических свойств; оценку по выражению (4.5) устойчивости пород призабойной зоны пласта. При устойчивом коллекторе применяют конструкцию забоя ви­ да рис. 4.1, д, а при неустойчивом коллекторе - конструкцию забоя вида рис. 4.1, е.

Технологии создания конструкций забоев вида рис. 4.1, д и е по существу аналогичны. Скважину бурят до проектной глуби­ ны со вскрытием всей мощности продуктивного объекта. Экс­ плуатационную колонну спускают до глубины, обеспечиваю­ щей перекрытие и изоляцию близко расположенных у кровли пласта напорных объектов, газовой шапки или верхней неус­ тойчивой части продуктивных отложений. После цементирова­ ния колонны ее перфорируют в интервале высокопродуктивной части объекта, а перед вызовом притока в случае необходимости осуществляют обработку призабойной зоны пласта. В отличие от конструкции забоя, показанной на рис. 4.1, а, в конструкции вида рис. 4.1, е забой, представленный неустойчивыми коллек­ торами трещинного или порово-трещинного типа, перекрывают потайной колонной-фильтром.

4.3.3. ЗАКРЫТЫЙ ЗАБОЙ

Конструкции с закрытым забоем применяют для крепления неоднородных коллекторов с целью изолировать близко распо­ ложенные пласты в неоднородном коллекторе норового, тре­ щинного, трещинно-норового или порово-трещинного типа, в котором отмечается чередование устойчивых и неустойчивых пород, водо- и газосодержащих пропластков с различными пла­ стовыми давлениями, в случае, если коллектор характеризует­ ся высокими значениями норовой кпили трещинной ктпроницаемости пород (*„ > 0,1 мкм2 или kT> 0,01 мкм2), а также для обеспечения совместной, раздельной или совместно-раздельной эксплуатации объектов.

При выборе конструкции закрытого забоя (см. рис. 4.1, а) устанавливают соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта общепринятым положениям.

Расчет основных элементов конструкции закрытого забоя производится в соответствии с действующими руководящими документами.

где dlyd2 - соответственно размеры наиболее мелких и наиболее крупных зерен пластового песка, мм.

Применяют и проницаемый полимерный тампонажный со­ став Контарен-2.

Материал включает состав ТС-10, уротропин, наполнитель ШРС-С, получаемый при совместном помоле шлака, руды и соли (хлористого натрия), и водный раствор едкого натра. На­ чальная прочность материала при сжатии не ниже б МПа, а по­ сле вымывания из него соли 3,5-5,0 МПа; соответственно про­ ницаемость камня 0,12-0,20 и 1-5 мкм2. Вымывание солевого наполнителя осуществляют при прокачивании через искусст­ венный фильтр водных растворов ПАВ с концентрацией 0,5 - 1,0 % из расчета 1-2 м8 на 1 м интервала перфорации. Материал устойчив к воздействию кислот и не разрушается при темпера­ турах до 200 вС.

Выбор конструкции забоя для предотвращения выноса песка производят в следующем порядке. Устанавливают соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта. Оп­ ределяют средний фракционный состав пластового песка по следующей схеме.

Просушивают в сушильном шкафу до постоянного значения пробу песка массой 1,2-1,5 кг, из которой отбирают 1 кг песка и производят его рассев на ситах с размерами ячеек 1,2; 0,6; 0,3 и 0,15 мм, фиксируя при этом частные и полные остатки на си­ тах. Результаты рассева вносятся в табл. 4.2 аналогично тому, как показано в приводимом ниже примере.

По формуле (4.1) определяют средний размер песка:

_______60_____________ = 0,24 ММ.

40+1,37.5+0,1 71-2,5+0,02-2,6

Рас. 4.7. Схема выбора конструкции забояскважин 246