Методические указания Выбор конструкций скважины

Конструкция скважин определяется числом спускаемых обсадных колонн, глубиной их установки, диаметром применяемых труб, диа­метром долот, которыми ведется бурение под каждую колонну, высотой подъема тампонажного раствора в затрубном пространстве и конструкцией забоя.

Характеристики указанного перечня показа­телей при выборе конструкции скважины в об­щем случае зависят от комплекса неуправля­емых и управляемых факторов. К неуправляе­мым факторам следует отнести геологические условия месторождения: глубину залегания продуктивных пластов, их продуктивность и коллекторские свойства; пластовые и поровые давления, а также давления гидроразрыва проходимых пород; физико-механические свой­ства и состояние пород, вскрываемых скважи­ной с точки зрения возможных обвалов, осы­пей, кавернообразования, передачи на колон­ны горного давления и т. д.

К управляемым факторам можно отнести цель и способ бурения; число продуктивных горизонтов, подлежащих опробованию; способ вскрытия продуктивных горизонтов; матери­ально-техническое обеспечение.

Отметим, что часть из перечисленных управ­ляемых факторов по конъюнктурным сообра­жениям или директивным указаниям может быть переведена в число неуправляемых; в этом случае число управляющих воздействий проектировщика может быть значительно огра­ничено или даже сведено на нет и выбор кон­струкции превращается в уточнение глубин установки обсадных колонн.

Конструкция во многом определяет воз­можность доведения скважин до проектной глубины и оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели бурения.

В зависимости от предъявляемых требова­ний к скважине (управляемых факторов) и геологических условий месторождения (неуп­равляемых факторов) можно спроектировать более или менее рациональную конструкцию.

Общепринято рациональной считать конст­рукцию, которая обеспечивает минимальную стоимость строительства скважины, а также выполнение технических (существующие тех­нические средства и материалы, условия их доставки), технологических (освоенные техно­логические приемы, организация труда основ­ных и вспомогательных подразделений) и геологических (проявление пластовых флюи­дов, поглощение буровых и тампонажных ра­створов, обвалообразование и пластическое те­чение горных пород) ограничений и требова­ний к надежности и долговечности скважины (обеспечение успешного испытания, освоения и эксплуатации). Однако в понятие рациональ­ности могут входить, кроме стоимости, и другие критерии в зависимости от задания на проектирование.

Выбор глубин спуска и диаметра обсадных труб

При проектировании конструкции скважины в первую очередь выбирают число обсадных колонн и глубин 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 р_пп по глубине L_пл пласта (В_пл =р_пл/L_пл), градиента давления р_гр гидро­разрыва (B_гр= р_гр /L_пл) и градиента гидро­статического давления столба бурового ра­створа (В_бр=р_бр). Величины р_пп, р_гр или определяют на основании данных промысло­вых исследований, или прогнозируют. В ин­тервалах залегания высокопластичных пород (например, галита при высоких давлении и температуре) вместо рпд для определения рпл может быть использовано боковое гор­ное давление. В интервалах интенсивных по­глощений бурового раствора, ликвидировать которые в процессе бурения не удается, вме­сто р_пп при определении В_пл можно исполь­зовать давление, при котором происходит ин­тенсивное поглощение.

Рисунок 1 - Совмещенный график давлений для выбо­ра конструкций скважин

Линии изменения В_пл, B_гр, В_бр определяют зоны совместимости внешних условий и значений одного из основных параметров буро­вого раствора—его плотности (рис. 1).

Зоны совместимости определяют число об­садных колонн и глубины их спуска. С этой целью:

по литологической характеристике разреза выделяют интервалы с однородной характе­ристикой пластовых давлений и давлений гид­роразрыва;

на совмещенный график наносят точки В_пл и B_гр для каждого выде-

ленного интервала и строят ломаную линию градиентов (1—19— точки градиентов пластовых давлений, 20— 39—точки градиентов давлений гидрораз­рыва);

параллельно оси ординат проводят линии АВ, ЕF, КL и ОР касательно к крайним от­резкам ломаной линии градиентов пласто­вого давления и линии СD, GН, МN QS

касательно к крайним отрезкам ломаной ли­нии градиентов давления гидроразрыва;

выделенные зоны АВDС, ЕFНG, КLNМ, ОРSQ – это зоны совместимых условий бурения;

линии АВ, ЕF, КL, ОР определяют гранич­ные условия по пластовым давлениям для соответствующих интервалов разреза, а ли­нии СD, GН, МN, QS — по давлениям гид­роразрыва; перечисленные линии являются крайними значениями градиентов В_бр гидро­статических давлений (или плотности бурового раствора);

зоны совместимых условий бурения явля­ются зонами крепления скважин обсадными колоннами; соответственно число зон опре­деляет число обсадных колонн.

Глубина спуска обсадной колонны (установ­ки башмака) принимается на 10—20 м ниже окончания зоны крепления (зоны совместимых условий), но не выше глубины начала сле­дующей зоны совместимых условий. Плотность бурового раствора, применяемого при бурении, в данной зоне крепления, долж­на находиться в пределах зоны совместимых условий и удовлетворять требованиям «Еди­ных технических правил ведения работ при бурении скважин».

Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется местоположением продуктивных пластов, способами заканчивания и эксплуа­тации скважины, а также конструкцией за­боя.

Диаметры обсадных колонн и долот выби­рают снизу вверх, начиная с эксплуатацион­ной колонны. При заканчивании скважины открытым стволом выбор диаметров обсад­ных колонн (и долот) начинается с открытой части ствола.

Диаметр эксплуатационной колонны зави­сит от способа заканчивания скважины, усло­вий ее эксплуатации и задается заказчиком на буровые работы. При этом учитывают вид до­бываемого из недр продукта, ожидаемый де­бит, пластовое давление, современные методы проведения геофизических, ремонтных и ловильных работ, размеры инструмента и уст­ройств, перемещаемых в обсадной колонне в процессе бурения. В качестве эксплуатацион­ных колонн для нефтяных месторождений используются обсадные трубы диаметрами 114, 127, 140, 146 и 168 мм. Для газовых скважин нередко применяют эксплуатационные колонны и большего диаметра—219 мм и более.

Наиболее значимые требования, по кото­рым определяется диаметр эксплуатационной колонны, диктуются условиями надежной экс­плуатации скважины (добыча нефти или га­за, разобщение продуктивных горизонтов и изоляция их от других горизонтов, закачивание агентов в пласты).

Диаметры промежуточных обсадных колонн, а также кондуктора и направления вы­бирают в соответствии с величиной кольце­вого зазора между долотом и спускаемой об­садной колонной и кольцевого зазора между обсадной колонной и спускаемым в нее до­лотом для бурения последующего интервала (не менее 3—5 мм на сторону).

Наружный диаметр обсадных колонн, мм 114, 127 141, 146, 159 168, 194

Минимальный зазор, мм 10-15 15—20 20-25