Читать книгу Строительство нефтяных и газовых скважин - А. С. Новиков - Страница 11

Скважина является капитальным долгосрочным сооружением. Поэтому ее конструкция должна быть прочной, обеспечивать герметичное разобщение всех проницаемых пород, вскрытых при бурении, безусловную возможность достижения проектной глубины и решения геологических и других последовательных задач в процессе бурения, осуществления запроектированных режимов эксплуатации, на всех этапах разработки месторождения, соблюдения требований законов об охране недр и защите окружающей среды от загрязнения. Вместе с тем конструкция скважин должна быть экономичной. [88]

На выбор конструкции скважины влияют многочисленные факторы:

• Назначение скважины (поисково-разведочная, эксплуатационная на нефть и газ;

• Нагнетательная;

• Проектная глубина;

• Особенности геологического строения месторождения (наличие тектонических нарушений, соляных штоков, количество продуктивных объектов и расположение их друг относительно друга и другие);

• Степень достоверности знаний об этом;

• Устойчивость горных пород;

• Характер изменения с глубиной коэффициентов аномальности пластовых давлений и индексов давления поглощения.

• Состав пластовых жидкостей (химический и по физическому состоянию):

а) капельная жидкость;

в) газ;

с) газожидкостная смесь;

• Положение устья скважины (на суше или в акватории водного бассейна);

• Профиль скважины;

• Способ и продолжительность бурения;

• Уровень развития технологии бурения;

• Метод вхождения в продуктивную толщу;

• Температурный режим в период бурения и эксплуатации;

• Дебит и способ эксплуатации данной скважины на разных этапах разработки месторождения;

• Степень совершенства эксплуатационного оборудования;

• Требования законов об охране недр и защите окружающей среды, экономичность (стоимость строительства при том или в ином варианте конструкции, стоимость единицы добываемой продукции);

• Субъективные моменты (квалификация инженерно-технического персонала);

• Традиции предприятия и проектной организации и другие.

Спроектировать конструкцию скважины – это значит определить необходимое для условий данного конкретного участка месторождения количество обсадных колонн, размеры этих колонн (диаметр, глубину установки нижнего конца и длину каждой, прочностные характеристики каждой трубы), диаметры долот для бурения ствола под каждую колонну, положение верхней и нижней границ интервалов цементирования и выбрать метод вхождения в продуктивную толщу. При решении этой задачи часто может быть получено несколько вариантов конструкции.). [88] За окончательную нужно принимать наиболее экономичный.

Рис. 3.2. График совмещенных давлений

Выбор числа и глубины спуска обсадных колонн

Приступать к проектированию конструкции рекомендуется с построения графиков изменения коэффициента аномальности Ка (Рис. 42) [88] пластовых давлений и индекса давлений поглощения Кп с глубиной. С помощью этих графиков можно определить те интервалы глубин, в пределах которых выполняется условие – Ка<ρо<Кn

Ка = Рпл/ρвgZпл (2.1.) Ка> = Кn

ρ_о = ρ_раств/ρ_воды

Кn = Рпогл/ρвg*Zпл (2.2.)

Где:

Рпл – пластовое давление Мпа;

Рпогл – давление поглощения Мпа;

ρ_раств – плотность раствора кг/м³;

g – ускорение силы тяжести;

Z – глубина кровли пласта, м.

Пусть, например, характер коэффициентов Ка и Кn в районе N соответствует изображенному на рисунке 43. При бурении до глубины 750 м можно использовать промывочную жидкость с относительной плотностью не менее 1,5–1,52, а ниже, до глубины 3150 м не менее 1,76–1,80 Для бурения ниже 3150 м требуется промывочная жидкость с ρ_о≥1,55–1,6 Рассуждая аналогично, можно прийти к выводу, что при заданной ситуации в скважину придется спустить четыре обсадные колонны. Такой первый вариант конструкции. Затем он корректируется с учетом других факторов, существенных для данной площади. Во многих районах нашей страны верхний интервал геологического разреза сложен многолетне мерзлыми породами. Мощность мерзлых пород колеблется от нуля до нескольких сот метров. Существует два типа многолетне мерзлых пород. К одному типу можно отнести такие породы, частицы которых более или менее прочно связаны между собой тем или иным цементирующим веществом (но не льдом); при растеплении, т. е. при повышении температуры и превращении льда в воду) связь между частицами сохраняется и порода вскрытая скважиной, ведет себя достаточно устойчиво. Такой тип мерзлоты называют пассивной. Обычно весь интервал мерзлоты, сложенный такими породами перекрывают кондуктором, башмак размещают на 100–200 м ниже подошвы мерзлоты в породе с устойчивой положительной температурой. Ко второму типу следует отнести породы, частицы которых взаимно связаны только льдом или в основном льдом. При растеплении таких пород связь между частицами утрачивается, как только лед растает, и они начинают интенсивно осыпаться в скважину. При бурении обычно используется промывочная жидкость с положительной температурой, процесс растепления мерзлоты за счет тепла, содержащегося в этой жидкости, идет непрерывно и из скважины на дневную поверхность выносится огромное количество осыпавшихся частиц горной породы, а в стволе скважины образуется огромная каверна, объемом несколько десятков кубометров, это породы в основном из активной мерзлоты. Нередко под основанием буровой образуется кратер диаметром 6–8 м. Каверны в многолетнемерзлых породах влекут за собой разрушение эксплуатационной колонны во время эксплуатации, несмотря на наличие кондуктора, и промежуточной колонны. Разрушение происходит за счет неравномерного промерзания каверны. Технологические приемы, предотвращающие образование каверн очень дороги, это специальные холодильные установки, монтируемые на устье скважины и растворы на углеводородной основе. Более простой и эффективный способ – это управление процессом замораживания каверны, при котором каверна промерзает равномерно.

Хемогенные отложения после полного вскрытия перекрывают обсадной колонной, т. к. полностью пластическое течение солей остановить на рабочих плотностях промывочной жидкости невозможно. А также одновременное вскрытие хемогенных пород с интервалами осложнений другого характера невозможно. В присутствии карналлита хемогенных отложениях образовываются большие каверны, что может осложнить дальнейшее углубление скважины без перекрытия их обсадной колонной.

Горные породы, залегающие близ дневной поверхности, обычно являются мало прочными и легко размываются потоками промывочной жидкости при бурении. Такие породы всегда перекрывают обсадной колонной-направлением или кондуктором. Если устье скважины должно быть расположено в акватории водного бассейна, обсадной колонной-направлением перекрывают всю толщу воды и донных осадков, башмак и направление устанавливают в плотных коренных породах: верхнее сечение направления должно возвышаться над водной поверхностью настолько, чтобы при самых сильных штормах гребни волн должны быть несколько ниже его.

При проектировании конструкции скважины необходимо учитывать также способ бурения, уровень технологии бурения в данном районе, геологические особенности разреза и профиль ствола скважины. В процессе бурения обсадные колонны изнашиваются долотами, бурильными замками и трубами. При большом объеме спуско – подъемных операций или весьма длительном вращении бурильной колонны обсадные трубы могут быть протертыми насквозь, особенно в местах резких искривлений или перегибов. В тех случаях, когда сильный износ обсадной колонны может быть причиной серьезной аварии или тяжелого осложнения, необходимо принимать эффективные предупредительные меры. К числу таких мер можно отнести, спуск дополнительной обсадной колонны, замену изношенного участка новым, поворот на некоторый угол участка колонны с односторонним износом.

Проектирование конструкции эксплуатационных и нагнетательных скважин целесообразно начинать с выбора вхождения в пласт, поскольку последний может повлиять на глубину спуска и диаметр эксплуатационной колонны. [88]

При проектировании конструкции первых поисково-разведочных скважин часто отсутствует достаточно достоверная информация о геолого-физических характеристиках породы (устойчивости, пластовых давлениях, давления поглощения, характеристики пластового флюида, коллекторских свойствах и т. д). Если есть основания полагать, что геолого-физические условия в данном районе весьма сложны, в ряде случаев допустимо предусмотреть в конструкции резервную колонну. Такую колонну спускают, если крайне необходимо перекрыть зону осложнений или несовместимых условий бурения, о которой при проектировании конструкции ничего не было известно, либо если в ходе строительства скважины выясняется, что проектную глубину ее нужно существенно увеличить. Если на кондуктор или промежуточную колошу должно быть установлено противовыбросовое оборудование, глубину спуска такой колонны, прежде всего в поисково-разведочных и газовых скважинах целесообразно выбирать с учетом наибольшего давления, которое может возникнуть в скважине после закрытия превентора при выбросе. Если это давление оказывается выше давления разрыва пород у предполагаемого места установки башмака данной колонны, глубину спуска нужно увеличить настолько, чтобы давление разрыва пород было больше максимального давления в скважине при выбросе. Опасность выброса, можно предотвратить, если оснастить буровую соответствующей аппаратурой для автоматического контроля за параметрами режимов бурения, параметров бурового раствора, газосодержанием раствора, превенторами (сферическим и срезным) и позаботиться о том, чтобы они надежно работали, а персонал был хорошо обучен и дисциплинирован. [88]