Спроектировать конструкцию скважины – значит выбрать метод вскрытия продуктивных пластов, определить необходимое для данных геологических условий количество обсадных колонн, диаметры и глубину спуска этих колонн, диаметры долот для бурения ствола под каждую колонну, обосновать  интервалы.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико–экономических  факторах:

• геологические особенности залегания горныхпород;
• назначение и цель бурения скважины;
• состояние техники и технологиибурения;
• уровень квалификации буровойбригады;
• предполагаемый метод заканчиванияскважины;
• способы освоения, эксплуатации и ремонта скважины. Конструкция скважины должна обеспечивать:

– максимальное использование пластовой           энергии продуктивных горизонтов  в  процессе  эксплуатации  за  счет  выбора  оптимального диаметраэксплуатационной колонны и возможности достижения проектного уровня гидродинамической связи продуктивных отложений со стволом скважины;

– применение эффективного оборудования, оптимальных способов и режимов эксплуатации, поддержания пластового давления и других методов повышения нефтеотдачи пластов;

– условия безопасного ведения работ без аварий и осложнений на всех этапах строительства и эксплуатации скважины;

– условия охраны недр и окружающей среды: в первую очередь за счет прочности крепи скважины, герметичности обсадных колонн и кольцевых пространств, а также изоляции флюидосодержащих горизонтов друг от друга,  от проницаемых пород и дневнойповерхности;

– минимальную унификацию по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.

В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатацтонная колонна.

Направление – первая колонна обсадных труб с наибольшим диаметром, служащая для предотвращения размыва и обрушения горных пород вокруг устья скважины, изоляции верхних водоносных пластов, перекрытия избыточно льдистых мерзлых горных пород, а также для соединения скважины с желобной системой. В скважинах сооружаемых в акваториях, направление необходимо  для укрепления ствола в толще донных осадков. Глубина его спуска от 20 до 60 м (реже до 100-150 м), определяется конкретными геолого-техническими условиями региона (месторождения). Наличие направления – обязательно (исключение его из конструкции скважины должно быть технологически обосновано).

Кондуктор – колонна обсадных труб, спускаемая в скважину после направления, и служащая для установки противовыбросового оборудования, подвески последующих обсадных колонн. Глубина спуска кондуктора определяется из условия перекрытия верхних неустойчивых отложений, изоляции водоносных горизонтов, зон ММП с обязательным размещением башмака в плотных глинистых породах. Рекомендуется также перекрывать кондуктором неустойчивые отложения люлинворских глин (для месторождений Западной Сибири).

Промежуточные обсадные колонны предназначены для разобщения сравнительно глубоко залегающих интервалов несовместимых по условиям бурения. Они могут быт следующих видов: сплошные – перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья, независимо от крепления предыдущего интервала; хвостовики – для крепления только необсаженного участка скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину; летучки – служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющей связи с предыдущими или последующими обсадными  колоннами;«потайными»-перекрывающие лишь нижний участок скважины.

Эксплуатационная колонна – самая последняя колонна обсадных труб, предназначенная в основном для транспортировки добываемых пластовых флюидов на устье и нагнетания жидкостей в пласт в случае строительства нагнетательных скважин.

В технической литературе конструкцию скважин изображают следующим образом (рис.1): сплошными жирными линиями показывают  обсадные  колонны; число у верхнего конца – означает наружный диаметр колонны, у нижнего – глубину спуска. Если колонна перекрывает лишь нижний интервал скважины и не доходит до устья, то число у верхнего конца жирной линии означает глубину нахождения верхнего сечения колонны, диаметр же колонны показывают числом на уровне верхних концов остальных колонн (рис.1б)

Если верхний участок обсадной колонны составлен из труб большего диаметра, чем нижний, ее изображают ломаной жирной линией (рис. 1 в). У верхнего конца указывают оба диаметра, а у места излома линии – глубину стыковку участков. Такую колонну называют «комбинированной».

Интервалы цементирования показывают штриховкой; числа у верхней и нижней границ заштрихованного участка означают глубины интервала цементирования.

Рисунок 1 – Графическое изображение конструкции скважины:

а) со сплошными колоннами; б) с хвостовиком; в) с комбинированной колонной и хвостовиком.

 

Необходимое количество промежуточных обсадных колонн и глубины установки их башмаков определяются графически, по числу зон с несовместимыми условиями бурения, которые строятся сопоставлением градиентов пластовых (поровых) давлений (grad Рпл), давлений гидроразрыва (поглощения) пластов (grad Ргр), прочности и устойчивости пород  (grad  Руст).

где Z – глубина замера давления;

Р уст = Рпл × Кр – давление относительной устойчивости породы;

Кр – коэффициент резерва в таблице 1, регламентированный.

 

Таблица 1

Коэффициенты резерва

Глубина Z, м	£ 1200	>1200
Кр  не более	1,1	1,05

 

В газосодержащем пласте grad Рпл и grad Ргр рассчитываются для кровли и для подошвы.

Условия бурения в двух смежных зонах несовместимы, если технологические параметры бурения нижнего интервала приводят к возникновению осложнений в верхнем. Для того чтобы осложнения не возникали, до начала разбуривания нижней зоны, верхнюю необходимо надежно изолировать.

В предварительном варианте конструкции скважин количество обсадных колонн равно количеству зон с несовместимыми условиями бурения,  а глубины спуска  колонн соответствуют  границам  этих зон.

Затем конструкцию скважины корректируют:

 

1. Если ту или иную зону можно изолировать другим способом, кроме спуска обсадной колонны, и стоимость скважины при этом не возрастет, то соответствующую колонну из конструкции исключают;
2. Учитывая особенности геологического разреза, предусматривают направление и кондуктор, выбирают тип промежуточных колонн.
3. Уточняют глубины спуска тех колонн, на которых должно быть установлено противовыбросовое оборудование.

Минимальная глубина спуска кондуктора или промежуточной колонны уточняется из условия недопущения прорыва пластового флюида  под  башмаком колонны при закрытом устье во время ликвидации газопроявления.

Рисунок 2 – График изменения градиентов пластового давления и давления гидроразрыва горных пород с глубиной скважины

 

Задание: Необходимо построить график изменения градиентов пластового давления и давления гидроразрыва горных пород с глубиной скважины. Для этого нужно рассчитать градиенты пластового давления и давления гидроразрыва. На глубине замера отметить полученный результат (например: если рассчитывалось пластовое давление или давление гидроразрыва на глубине замера 600 м, то полученный результат отмечается на этой же глубине – 600 м.). Полученные значения соединяются линией как на рисунке 2. Глубина спуска колонн не указывается.

 

Таблица 2

Варианты заданий

 

№ варианта		Глубина замера, (м)	Давление, Р,(МПа)
			пластовое	гидроразрыва
1		2	3	4
1		600	6,1	9,5
		900	9,3	14,5
		1400	22,0	25,5
		1700	17,0	28,0
		1800	18,0	31,8
		2200	23,0	36,3
		2400	24,0	35,0
2		350	4,0	6,3
		650	7,0	9,5
		850	10,0	15,0
		1200	15,0	19,0
		1500	16,0	20,5
		1800	19,4	22,0
		2000	21,1	33,0
3		300	3,0	6,0
		700	7,5	11,0
		920	10,0	17,7
		1300	15,0	24,4
		1700	17,0	30,6
		2000	20,0	36,0
		2200	24,0	40,0
		2600	27,8	49,0
		3000	33,0	59,0
4		300	3,0	5,8
		700	7,2	9,6
		1200	15,0	21,3
		1600	19,0	23,2
		2200	25,5	36,0
		2400	28,3	41,5
		3000	32,5	45,0
5	180		1,8	3,3
	650		7,0	9,1
	900		9,5	15,0
	1500		17,0	22,0
	1800		27,0	32,0
	2100		25,0	35,0
	2500		33,0	47,0

 

 

Окончание таблицы 2
№ варианта	Глубина замера, (м)	Давление, Р,(МПа)
		пластовое	гидроразрыва
6	600	6,2	9,6
	1200	10,0	15,0
	1600	19,0	23,2
	2000	24,5	32,0
	2200	25,3	38,5
	2500	29,5	42,0
7	500	5,5	8,5
	870	10,0	11,3
	1300	18,5	22,1
	1800	25,6	32,4
	2000	28,0	37,4
	2300	29,5	40,7
	2700	31,0	47,3
8	350	4,2	7,0
	610	6,2	10,7
	950	11,6	17,0
	1500	18,0	23,0
	2000	20,0	27,0
	2300	26,7	36,8
9	200	2,0	3,5
	500	5,2	9,5
	700	8,0	12,5
	1100	17,0	20,2
	1300	17,8	24,0
	1500	18,0	20,7
	2100	24,3	34,8
	2500	29,7	47,0
	2800	33,6	48,1
10	380	4,0	6,2
	660	7,5	10,0
	930	10,0	13,0
	1700	18,5	26,6
	2200	23,4	30,0
	2500	25,0	42,5
	2700	28,3	44,8

 

Вариант выбирается (для номеров больше 10) по второй цифре порядкового номера фамилии студента в алфавитном списке группы. График можно оформить на миллиметровке или тетрадном листе в клетку.