1.3. Конструкции скважины

Нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. С их помощью добывают нефть, нагнетают в пласты различные агенты, ведут контроль за разработкой месторождений и т.п. Незакрепленный ствол не всегда обеспечивает проведение этих операций. Поэтому возникает необходимость крепить ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды. С этой целью в скважину опускают обсадные трубы определенного назначения (рис. 4.2):

• направление - самая большая обсадная колонна, предназначенная для предохранения устья скважины от размыва, предохранения стенок скважины от осыпания, направления промывочной жидкости в желобную систему. В зависимости от прочности пород глубина спуска составляет от 5 до 40 м;

• кондуктор - изолирует водоносные пласты, перекрывает неустойчивые породы, обеспечивает возможность установки противовыбросового оборудования. Глубина спуска от 200 до 800 м;

• техническая колонна - служит для перекрытия пластов при трудных геологических условиях бурения (несовместимые по пластовым давлениям пропластки, зоны высокого поглощения, отложения, склонные к набуханию, осыпанию и т.п.);

• эксплуатационная колонна - необходима для эксплуатации скважины. Она спускается до глубины залегания продуктивного пласта. Ввиду сложности ее назначения большое внимание уделяется прочности и герметичности колонны.

К о н с т р у к ц и я с к в а ж и н ы х а р а к т е р и з у е т с я:

1. диаметром ствола сква­жины;

2. глубиной бурения,

3) диаметрами, толщиной стенок и глубиной спуска секции обсадных колонн;

4) высотой поднятия цементного раствора, 5) глубиной расположения зон перфорации; 6) инклинограммой.

Конструкции скважин разрабатываются с учетом следующих о с н о в н ы х ф а к т о р о в:

1) геологических особенностей залегания горных пород, их фи­шки механических характеристик, наличия флюидосодержащих горизонтов, величины пластовых давлений и температур, а также давления гидроразрыва проходимых пород;

2) назначения и цели бурения скважины;

3) уровня организации техники, технологии бурения и геологи­ческой изученности района буровых работ;

4) предполагаемого метода заканчивания скважины;

5) уровня квалификации буровой бригады и организации матери­ально-технического обеспечения;

6) способа бурения скважины;

7) способов и техники освоения, эксплуатации и ремонта скважин.

Основой выбора конструкции скважины служит д и а м е т р э к с п л у а т а ц и о н н о й к о л о н н ы, выбираемый в зависимости от ожидае­мого дебита нефти или газа и возможности выполнения геофизиче­ских, ремонтных, ловильных работ, а также монтажа и технического обслуживания скважинного оборудования для механизированной добычи нефти. В разведочных скважинах диаметр эксплуатацион­ной колонны определяется по числу промежуточных обсадных ко­лонн и с учетом требований, обеспечивающих извлечение качест­венного кернового материала и испытание вскрытых объектов на приток.

И н к л и н о г р а м м а определяет оптимальные интервалы установки оборудования и возможность проведения спускоподъемных опера­ций в скважине.

При проведении т е р м и ч е с к о г о в о з д е й с т в и я на пласт необходи­мо знать размеры цементного кольца, качество цементного раствора и камня.

В зависимости от г е о л о г и ч е с к и х у с л о в и й и условии бурения скважина может иметь две, три или больше обсадных колонн (рис. 1.1 [1]), которые собираются из последовательно свинченных обсадных труб.

Рис. 1.1. Конструкции скважин

О б с а д н ы е к о л о н н ы предназначены для изоляции стенок сква­жин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуа­тации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно зали­вается жидким цементным раствором; твердеющим через опреде­ленное время.

Ц е м е н т н о е к о л ь ц о предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического: разреза (в том числе и продук­тивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

В конструкции скважин используются следующие т и п ы о б с а д ­н ы х к о л о н н: н а п р а в л е н и е, к о н д у к т о р и п р о м е ж у т о ч н а я о б с а д н а я к о л о н н а.

Н а п р а в л е н и е - первая колонна труб, предназначенная для за­крепления устья скважин от обрушения и размыва промывочным раствором, поступающим в процессе бурения под кондуктор из скважины в систему циркуляции, для крепления верхнего интервала разреза, сложенного, в основном, наносами, Имеющими водопроявляющие пласты, подпитываемые грунтовыми водами.

Различают ш а х т н о е (или ш а х т о в о е) н а п р а в л е н и е и у д л и н е н н о е н а п р а в л е н и е. Ш а х т н о е н а п р а в л е н и е устанавливается, как правило, во всех случа­ях, и его длина; составляет 3—10 м. В зависимости от конкретных ус­ловий может устанавливаться у д л и н е н н о е н а п р а в л е н и е длина, которого может дости­гать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм_. Трубы, ис­пользуемые в качестве направления, на прочность не рассчитывают­ся и не впрессовываются.

К о н д у к т о р — служит для крепления верхних неустойчивых ин­тервалов разреза и изоляции водоносных или вечномерзлых пластов, а также установки устьевого оборудования: колонной головки, предназначенной для подвески последующих обсадных колонн и установки противовыбросового оборудования на период бурения. Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавли­вается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина – до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

П р о м е ж у т о ч н а я о б с а д н а я к о л о н н а - служит для крепления и изоляции зон геологического разреза, не совместимых по условиям бурения с нижележащими зонами, а также для предотвращения ос­ложнений и аварий в скважине в процессе бурения.

Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов с п л о ш н ы е, п о т а й н ы е (х в о с т о в и к) и л е т у ч к и.

С п л о ш н ы е о б с а д н ы е к о л о н н ы перекрывают весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала. Х в о с т о в и к служит для крепления только не обса­женного ствола скважины с перекрытием предыдущей обсадной ко­лонны не менее чем на 100 м.Л е т у ч к и- это специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для ликвидации осложнения и не имеющие свя­зи с предыдущими или последующими обсадными колоннами. Летучки, до устья скважины не наращиваются. Для летучек используются профильные трубы, которые расширяют­ся до вдавливания в стенки скважины.

Э к с п л у а т а ц и о н н а я к о л о н н а - последняя колонна труб, предна­значенная для разобщения продуктивных горизонтов и изоляции их от других горизонтов геологического разреза скважины, а также для извлечения нефти, газа и газоконденсата на поверхность известными способами или для закачивания агента в пласт.

Эксплуатационная колонна может быть одноразмерной (состоя­щей из обсадных труб одного диаметра) или комбинированной (со­стоящей из труб разных диаметров) в случае предполагаемого в ней большого объема работ по освоению, испытанию и ремонту и строительства скважины большой глубины (как правило, более 5500 м). Продуктивный пласт, как правило, обсаживается трубами такого же диаметра, как вся эксплуатационная колонна или меньшим диа­метром и цементируется, с последующей перфорацией.

При бурении в скважину последовательно спускается опреде­ленная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая после­дующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Дно скважины называется з а б о е м. После проведения цементиро­вания скважины образуется новый забой, который называется «и с к у с­ с т в е н н ы й з а б о й». В процессе эксплуатации на забой осаждаются при­меси, части изношенного оборудования или упущенный при проведе­нии подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «т е к у щ и й з а б о й».

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или башмак экс­плуатационной колонны устанавливается всегда (после прохожде­ния через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его об­воднение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной т.е. не дающей нефти.