2.3. Обоснование требуемого количества обсадных колонн и глубин их спуска.

Разработка конструкции скважины осуществляется на основе анализа особенностей геологического разреза и накопленного опыта строительства скважин в данном районе. При этом особое внимание обращается на возможное упрощение и облегчение конструкции скважины с учетом имеющегося опыта. Если буровые работы в данном районе ранее не проводились и имеются сомнения в достоверности представленного геологического разреза,то в конструкции первой скважины может быть предусмотрена резервная колонна на случай возникновения непредвиденной ситуации.

При изучении геологического разреза в нем выделяются осложненные интервалы (интервалы катастрофических поглощений, высокопластичных глин, соленосные и т.п.), которые необходимо изолировать обсадными колоннами, и интервалы с несовместимыми условиями бурения. Несовместимыми считаются условия в тех смежных интервалах, которые по показателям пластовых давлений (коэффициент аномальности пластового давления – k_а) и давлений гидроразрыва (индекс давления поглощения – k_п) невозможно проходить открытым стволом с буровым раствором одной плотности без угрозы возникновения осложнений в виде перетоков.

Для разделения разреза на интервалы с несовместимыми условиями строится совмещенный график давлений, на котором по интервалам глубин откладываются известные значения коэффициента аномальности пластового давления , индекса давления поглощения и соответствующие значения относительной плотности бурового раствора, рассчитанные по формуле:

(2.1)

где – коэффициент запаса, определяющий величину репрессии на пласт.

В соответствии с [ 27 ] значения коэффициента запаса задается в следующих пределах:

Интервал, м ......................... <1200 1200-2500 >2500

......................................... 1,1-1,15 1,05-1,1 1,04-1,07

Репрессия на пласт, МПа ... 1,5 2,5 3,5

При этом, как видим, ограничивается максимально допустимая величина репрессии на пласт.

Совмещенный график давлений и выделенные интервалы с несовместимыми условиями приведены на рис. 2.1.

Как следует из анализа ситуации, представленной на рис. 2.1, на глубине 300 м скважина входит в интервал , что превышает индекс давления поглощения в

Рис.2.1. Совмещенный график давлений для обоснования конструкции

вышележащем пропластке. Поэтому на этой глубине следует провести границу интервалов с несовместимыми условиями и для их разобщения спустить кондуктор. Рассуждая подобным образом, мы приходим к выводу, что с глубины 2100 м необходимо резко повысить плотность бурового раствора с 1,22-1,23 до 1,63-1,64. Поэтому вышележащий интервал должен быть изолирован промежуточной колонной. Таким образом, с учетом эксплуатационной колонны, которая спускается в продуктивный пласт, скважина должна быть оборудована еще направлением, кондуктором и промежуточной колонной.

После определения потребного количества обсадных колонн необходимо уточнить глубину спуска каждой колонны. Если ниже спущенной колонны будут вскрываться пласты с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), глубина спуска уточняется с таким расчетом, чтобы были перекрыты интервалы слабых пород, в которых возможен гидроразрыв после полного замещения бурового раствора в скважине пластовым флюидом и герметизации устья скважины. Возникновение повышенного давления в скважине в случае притока пластового флюида можно проиллюстрировать на следующем примере.

Пример 2.1. И с х о д н ы е д а н н ы е. Пусть на глубине z₁ = 2300 м вскрывается газоносный пласт с коэффициентом аномальности пластового давления . Необходимо определить максимальное давление на стенки открытого ствола на глубине z₂ = 2200 м, которое может возникнуть в процессе вымывания газовой пачки при герметизированном устье, а также рассчитать допустимое давление на устье, если на глубине 2200 м индекс давления поглощения горной породы .

Р е ш е н и е.

Пластовое давление в газоносном пласте

МПа

2. Необходимая плотность раствора для вскрытия газоносного пласта

= k_з· k_а · = 1,1·1,5·1000 = 1650 кг/м³

3. Гидростатическое давление бурового раствора на глубине 2200 м

р_{г.ст. =} · g · z₂ = 1650 · 9,8 · 2200 =35,6 МПа

4. Гидростатическое давление на глубине 2200 м после перемещения газовой пачки к устью

= р_г.ст. + р_пл = 35,6 + 33,8 = 69,4 МПа

5. Давление гидроразрыва пород на глубине 2200 м

р_г.р. = k_п· · g · z₂ =2,1· 1000 · 9,8 · 2200 = 45,3 МПа

Как видим, давление гидроразрыва 45,3 МПа значительно ниже того, что может возникнуть при закрытом устье, и велика опасность гидроразрыва пород и интенсивного поглощения. Чтобы избежать осложнения, надо либо предусмотреть изоляцию интервала с k_п = 2,1 до вскрытия газоносного пласта, либо рассчитать допустимое давление на пласт и уровень допустимого давления на устье при вымывании газовой пачки.

6. Допустимое давление на глубине 2200 м во избежание гидроразрыва пород

р_доп.2200 = 45,3 : 1,05 = 43,1 Мпа, где к=1,05 – коэфициент запаса[ .. ]

7. Допустимое давление на устье скважины при вымывании газовой пачки

р_доп.у. = р_доп.2200 – р_г.ст. = 43,1 – 35,6 = 7,5 МПа

Если же в процессе вымывания газовой пачки давление в открытом стволе превысит допустимое и может возникнуть опасность гидроразрыва пород, то указанный интервал должен быть перекрыт обсадной колонной до вскрытия продуктивного пласта.

Подобными расчетами возможных изменений давления в скважине в результате их сопоставления с допустимыми с точки зрения гидроразрыва или потери устойчивости породы в стенках скважины определяется необходимость перекрытия обсадной колонной того или иного интервала. В любом случае глубина спуска обсадной колонны устанавливается с таким расчетом, чтобы ее башмак находился в устойчивых прочных малопроницаемых породах.