Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии нефтегазодобычи. Учебное пособие
.pdf
Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так
называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между
стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.
Основные виды скважин:
вертикальные;
наклонно-направленные;
горизонтальные;
многоствольные или многозабойные.
Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой
от вертикали – не более пяти градусов. Если этот угол больше пяти
градусов, то это уже наклонно-направленный тип.
Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от
вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть
некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко
встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего
залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить
строго горизонтальные скважины смысла, как правило, нет. Проще и
эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания.
Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких
выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный
максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с
соблюдением оптимального азимута.
Скважины, у которых два и более стволов, называются
многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в
расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят
дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня
продуктивного горизонта, то этот тип называется многоствольным. Если
эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это –
многозабойный тип скважины.
51
Если основной ствол пробуривают до разрабатываемого пласта, а
уже внутри него бурятся дополнительные отростки, то это –
многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все
остальные выработки с несколькими стволами относятся к
многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип
скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных
горизонтах.
Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае
несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а
их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами
куст).
Деление скважин по своему назначению. Эта классификация
предусматривает следующие категории таких горных выработок:
– поисковые скважины;
– разведочные скважины;
– эксплуатационные скважины.
К категории поисковых относятся скважины, пробуриваемые в
процессе поиска новых нефтяных и газовых месторождений.
Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или
газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов
обнаруженных залежей углеводородного сырья и для уточнения исходных
параметров месторождения, которые необходимы при проектировании
способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое
внимание.
Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:
основные (добывающие и нагнетательные);
52
резервные;
контрольные;
оценочные;
дублирующие;
скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные
и так далее).
Сама добыча сырья производится через добывающие выработки,
которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.
Назначение нагнетательных скважин – воздействие на
разрабатываемый пласт с помощью нагнетания в него пара, газа или воды,
а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными,
приконтурными и законтурными.
Резервные необходимы для разработки отдельных и застойных зон, а
также зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.
Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон
контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта,
находящегося в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют
давление в продуктивных пластах.
Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к
разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры
запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.
Дублирующие используются во время замены ликвидируемых
вследствие физического износа или аварий скважин основного фонда.
Через специальные добывают техническую воду, сбрасывают
промысловые воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны и т. д.
Скважина состоит из трёх основных частей: устья, ствола и забоя.
Устье – это верхняя часть скважины, которая предназначена для
предотвращения обвалов и разрушений неплотных пород поверхностных
слоёв, а также для защиты от размытия буровым раствором. Ствол
определяет направление бурения и служит для удаления разрушенных
пород из скважины. Забой служит для укрепления колонн на глубине и для
добычи нефти из продуктивного пласта.
53
При бурении в скважину необходимо опускать колонны для
закрепления горных пород, окружающих ствол. Делают это
последовательно отдельными секциями. При сложных бурениях
осуществляют многоколонные выработки. Это существенно усложняет
техпроцесс, и следствием этого является существенный износ обсадных
труб и буровых. Чтобы снизить влияние фактора износа, применяют
защитные кольца, выполненные в виде металлического каркаса с двумя
резиновыми оболочками, закреплёнными на стальные штыри. Их
устанавливают над ротором буровой при выполнении операций спуска или
подъёма.
Разделяют горные пласты при помощи цементирования
специальными растворами. Поскольку требуется обеспечить не только
высокую прочность, но и работу в сложных условиях, при их замешивании
добавляют ингибиторы и реагенты. Они ускоряют процесс набора
прочности бетона, и в результате не приходится ждать по 30 дней, пока он
будет пригоден к эксплуатации. Другое название растворов –
тампонажные. Они являются ключевыми в конструкции нефтяной
скважины, так как служат для закрепления колонн и предотвращения их
деформации при смещениях плотных пород.
Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой
капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий.
Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной
поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако
пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала
вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных
различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся
под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины
необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты,
содержащие различные флюиды.
54
Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее
специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб,
соединенных последовательно между собой, составляет обсадную
колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы.
Насыщенные различными флюидами пласты разобщены
непроницаемыми горными породами – «покрышками». При бурении
скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются, и
создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного
излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных
пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии
спущенных в скважину обсадных колонн. В процессе бурения скважины в
неустойчивых горных породах возможны интенсивное
кавернообразование, осыпи, обвалы и т. д. В ряде случаев дальнейшее
углубление ствола скважины становится невозможным без
предварительного крепления ее стенок.
Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое
пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной
колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом. Это
составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные
наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще
водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ
наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому
процесс разобщения пластов называют цементированием.
Если давление в скважине Рс меньше пластового Рпл (давления
флюидов, насыщающих пласт), то флюиды из пласта будут поступать в
скважину, произойдет проявление. В зависимости от интенсивности
проявления сопровождаются самоизливом жидкости (газа) на устье
скважины (переливы), выбросами, открытым (неконтролируемым)
фонтанированием. Эти явления осложняют процесс строительства
скважины, создают угрозу отравлений, пожаров, взрывов.
55
При повышении давления в скважине до некоторой величины,
называемой давлением начала поглощения Рпогл, жидкость из скважины
поступает в пласт. Этот процесс называется поглощением бурового
раствора. Рпогл может быть близким или равным пластовому, а иногда
приближается к величине вертикального горного давления, определяемого
весом расположенных выше горных пород.
Иногда поглощения сопровождаются перетоками флюидов из одного
пласта в другой, что приводит к загрязнению источников водоснабжения и
продуктивных горизонтов. Снижение уровня жидкости в скважине
вследствие поглощения в одном из пластов обусловливает понижение
давления в другом пласте и возможность проявлений из него.
Давление, при котором происходит раскрытие естественных
сомкнутых трещин или образование новых, называется давлением
гидравлического разрыва пласта Ргрп. Такое явление сопровождается
катастрофическим поглощением бурового раствора.
Характерно, что во многих нефтегазоносных районах пластовое
давление Рпл близко к гидростатическому давлению столба пресной воды
Рг (далее просто гидростатическое давление) высотой Нж, равной глубине
Нп, на которой залегает данный пласт. Это объясняется тем, что давление
флюидов в пласте чаще обусловлено напором краевых вод, область
питания которых имеет связь с дневной поверхностью на значительных
расстояниях от месторождения.
Поскольку абсолютные значения давлений зависят от глубины Н, их
соотношения удобнее анализировать, пользуясь величинами
относительных давлений, которые представляют собой отношения
абсолютных значений соответствующих давлений к гидростатическому
давлению Рг, т. е.:
Рпл* = Рпл / Рг ;
Ргр* = Ргр / Рг
Рпогл* = Рпогл / Рг;
56
Ргрп* = Ргрп / Рг .
Здесь Рпл – пластовое давление; Ргр – гидростатическое давление
бурового раствора; Рпогл – давление начала поглощения; Ргрп – давление
гидроразрыва пласта.
Относительное пластовое давление Рпл* часто называют
коэффициентом аномальности Ка. Когда Рпл* приблизительно равно 1,0,
пластовое давление считается нормальным, при Рпл*, большем 1,0, –
аномально высоким (АВПД), а при Рпл*, меньшем 1,0, – аномально
низким (АНПД).
Одним из условий нормального не осложненного процесса бурения
является соотношение
а) Рпл* < Ргр* < Рпогл*(Ргрп*).
Процесс бурения осложняется, если по каким либо причинам
относительные давления окажутся в соотношении:
б) Рпл* > Ргр* < Рпогл*
или
в) Рпл* < Ргр* > Рпогл* (Ргрп*).
Если справедливо соотношение б), то наблюдаются только
проявления, если в), то наблюдаются и проявления, и поглощения.
Осложнения, возникающие при бурении
В процессе проводки скважины возможны разного рода осложнения,
в частности обвалы пород, поглощения промывочной жидкости, нефте-,
газо- и водопроявления, прихваты бурильного инструмента, аварии,
искривление скважин.
Обвалы пород возникают вследствие их неустойчивости (тре-
щиноватости, склонности разбухать под влиянием воды). Характерными
признаками обвалов являются:
1) значительное повышение давления на выкиде буровых насосов;
2) резкое повышение вязкости промывочной жидкости;
57
3) вынос ею большого количества обломков обвалившихся пород
и т. п.
Поглощение промывочной жидкости – явление, при котором
жидкость, закачиваемая в скважину, частично или полностью поглощается
пластом. Обычно это происходит при прохождении пластов с большой
пористостью и проницаемостью, когда пластовое давление оказывается
меньше давления столба промывочной жидкости в скважине.
Интенсивность поглощения может быть от слабой до
катастрофической, когда выход жидкости на поверхность полностью
прекращается.
Для предупреждения поглощения применяют следующие методы:
1) промывка облегченными жидкостями;
2) ликвидация поглощения закупоркой каналов, поглощающих
жидкость (за счет добавок в нее инертных наполнителей – асбеста, слюды,
рисовой шелухи, молотого торфа, древесных опилок, целлофана; заливки
быстросхватывающихся смесей и т. д.);
3) повышение структурно-механических свойств промывочной
жидкости (добавкой жидкого стекла, поваренной соли, извести и т. п.).
Газо-, нефте- и водопроявления имеют место при проводке
скважин через пласты с относительно высоким давлением, превышающим
давление промывочной жидкости. Под действием напора воды происходит
ее перелив или фонтанирование, а под действием напора нефти или газа –
непрерывное фонтанирование или периодические выбросы.
К мероприятиям, позволяющим избежать газо-, нефте- и во-
допроявлений, относятся:
1) правильный выбор плотности промывочной жидкости;
2) предотвращение понижения ее уровня при подъеме колонны
бурильных труб и при поглощении жидкости.
Прихваты бурильного инструмента возникают по следующим
причинам:
58
1) образование на стенках скважины толстой и липкой корки, к
которой прилипает бурильный инструмент, находящийся без движения;
2) заклинивание бурильного инструмента в суженных частях ствола
или при резких искривлениях скважины, при обвалах неустойчивых пород,
при осаждении разбуренной породы в случае прекращения циркуляции.
Ликвидация прихватов – сложная и трудоемкая операция. Поэтому
необходимо принимать все возможные меры, чтобы их избежать.
Аварии, возникающие при бурении, можно разделить на четыре
группы:
1) аварии с долотами (отвинчивание долота при спуске инструмента
вследствие недостаточного его закрепления, слом долота в результате
перегрузки и т. д.);
2) аварии с бурильными трубами и замками (слом трубы по телу;
срыв резьбы труб, замков и переводников и т. д.);
3) аварии с забойными двигателями (отвинчивание; слом вала или
корпуса и т. д.);
4) аварии с обсадными колоннами (их смятие; разрушение резьбовых
соединений; падение отдельных секций труб в скважину и т. д.).
Для ликвидации аварий применяют специальные ловильные
инструменты (рис. 6): шлипс, колокол, метчик, магнитный фрезер, паук и
другие. Однако лучше всего предотвращать аварии, строго соблюдая
правила эксплуатации оборудования, своевременно осуществляя его
дефектоскопию, профилактику и замену.
При бурении вертикальных скважин вращательным способом часто
встречается самопроизвольное искривление скважин, т. е. отклонение
положения их ствола от вертикального. Искривление вертикальных
скважин влечет за собой ряд проблем: нарушение запланированной сетки
разработки нефтяных и газовых месторождений, повышенный износ
бурильных труб, ухудшение качества изоляционных работ, невозможность
использования штанговых насосов при эксплуатации скважин и т. д.
59
Рисунок 6 – Ловильные инструменты: а – шлипс; б – колокол;
в – метчик; г – магнитный фрезер; д – паук
Причинами искривления скважин являются геологические,
технические и технологические факторы. К геологическим относятся
наличие в разрезе скважин крутопадающих пластов; частая смена пород
различной твердости; наличие в породах, через которые проходит
скважина, трещин и каверн. Техническими факторами, способствующими
искривлению скважин, являются несовпадение оси буровой вышки с
центром ротора и осью скважины; наклонное положение стола ротора;
применение искривленных бурильных труб и т. д. К технологическим
факторам, обусловливающим искривление скважин, относятся создание
чрезмерно высоких осевых нагрузок на долото; несоответствие типа
долота, количества и качества промывочной жидкости характеру
проходимых пород.
В соответствии с перечисленными факторами принимаются меры по
предотвращению искривления скважин. В сложных геологических
условиях применяется особая компоновка низа бурильной колонны,
включающая калибраторы и центраторы. Кроме того, необходимо:
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]