Способы заканчивания скважины в продуктивном пласте

 ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ

Все обсадные колонны по своему назначению разделяются следующим образом.

Направление — первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раство­ром и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направ­ление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовы­ми почвами, насыпным песком или имеет другие специфические особенно­сти. Обычно направление спускают в заблаговременно подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направления за­бивают в породу, как сваю.

Кондуктор — колонна обсадных труб, предназначенная для разобще­ния верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.

Промежуточная обсадная колонна служит для разобщения несовмес­тимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.

Промежуточные обсадные колонны бывают следующих видов:

сплошные — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;

хвостовики — для крепления только необсаженного интервала сква­жины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую вели­чину;

летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с пре­дыдущими или последующими обсадными колоннами.

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостови­ками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тя­желых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, а также за­зоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода ме­талла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и сни­жению стоимости буровых работ.

Для тяжелых условий бурения (искривление ствола, большое ко­личество долблений) и конструкции скважины предусматриваются спе­циальные виды промежуточных обсадных колонн — поворотные или сменные.

Эксплуатационная колонна — последняя колонна обсадных труб, ко­торой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от ос­тальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или, наоборот, для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуата-

ционной колонны может быть использована (частично или полностью) по­следняя промежуточная колонна.

Основные параметры конструкций скважины — количество и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и ка­чество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

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

а)   геологические особенности залегания горных пород,  их физико-
механическая  характеристика,   наличие  флюидосодержащих  горизонтов,
пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва прохо­
димых пород;

б) назначение и цель бурения скважины;

в) предполагаемый метод заканчивания скважины;

г)  способ бурения скважины;

д) уровень организации техники, технологии бурения и геологическая
изученность района буровых работ;

е) уровень квалификации буровой бригады и организация материаль­
но-технического обеспечения;

ж)  способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

К объективным геологическим факторам относятся предполагаемая и фактическая стратиграфия и тектоника разреза, мощность пород с различ­ной проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержа­щих пород и пластовые давления.

Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывается как фактор неизменный.

В процессе разработки залежи ее первоначальные пластовые характе­ристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использова­ние новых видов воздействия на продуктивные горизонты с целью более полного извлечения нефти и газа из недр. Поэтому эти факторы необходи­мо учитывать при проектировании конструкции скважин.

Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. Поэтому необходимо обеспечи­вать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.

Все технико-экономические факторы субъективные и изменяются во времени. Они зависят от уровня и степени совершенствования всех форм организации, техники и технологии буровых работ в совокупности. Эти факторы влияют на выбор конструкции скважин, позволяют ее упростить, однако не являются определяющими при проектировании. Они изменяются в широких пределах и зависят от исполнителей работ.

Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны базироваться и определяться геологическими факто­рами.

Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях является рациональной. В первую очередь это относится к

глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнооб­разных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.

Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, ко­торая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначе­ние скважины и другие, отмеченные выше факторы, и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. По­следнее условие является принципиальным, так как практика буровых ра­бот четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на буре­ние интервала ствола между креплениями, тем меньше количество и тя­жесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.

Рассмотрим влияние некоторых перечисленных факторов на подбор рациональной конструкции скважины.

Геологические условия бурения. Чтобы обеспечить лучшие условия бурения, наиболее эффективную технологию проводки и предупредить возможные осложнения, необходимо учитывать:

а) характеристику пород,  вскрываемых скважиной,  с точки зрения
возможных обвалов, осыпей, кавернообразования;

б) проницаемость пород и пластовые (поровые) явления;

в) наличие зон возможных газо-, нефте- и водопроявлений и поглоще­
ний промывочной жидкости и условия, при которых эти осложнения воз­
никают;

г)  температуру горных пород по стволу;

д)         углы падения пород и частоту чередования их по твердости.
Детальный учет первых трех факторов позволяет определить необхо­
димые глубины спуска обсадных колонн.

Породы с низкой прочностью должны быть перекрыты обсадной ко­лонной (или колоннами) сразу же после вскрытия всей их толщины, так как при бурении могут образоваться обвалы и резко осложняются работы по проходке.

Зоны с различным характером осложнений (проявления и поглоще­ния) также должны быть изолированы друг от друга, если пластовые дав­ления превосходят давления гидроразрыва пород, так как предупреждение каждого из этих осложнений достигается прямо противоположными несо­вместимыми методами.

Температура горных пород в процессе бурения значительно влияет на вязкость, статическое напряжение сдвига (СНС) и водоотдачу бурового раствора: чем выше температура горных пород, тем труднее поддерживать эти параметры в допустимых пределах. Иногда кроме термостойких реа­гентов для прохождения таких зон требуются различные несовместимые системы буровых растворов, что вызывает необходимость разобщения по­добных зон обсадными колоннами. Значительная разница температур тре­бует применения различных типов тампонажных цементов.

Углы падения горных пород и частота чередования их по твердости при прочих условиях оказывают доминирующее влияние на темп искрив­ления ствола в процессе бурения. Чем больше углы падения пород (при­мерно до 60°) и чем чаще породы с различной твердостью переслаиваются, тем выше темп набора кривизны.

Колебания зенитного и азимутного углов являются основной причиной образования желобных выработок в стволе и препятствуют достижению обсадными колоннами проектных глубин в стволе вследствие их заклини-

вания при спуске в желобах. Для успешного выполнения заданной про­граммы крепления необходимо, чтобы углы искривления ствола были ми­нимальными. Проектная конструкция нарушается, что, как правило, приво­дит к ликвидации скважины в результате невозможности довести ее до за­данной глубины.

Назначение скважины. Сочетание обсадных колонн различных диа­метров, составляющих конструкцию скважины, зависит от диаметра экс­плуатационной колонны.

Диаметр эксплуатационных колонн нагнетательных скважин обуслов­лен давлением, при котором будет закачиваться вода (газ, воздух) в пласт, и приемистостью пласта. При выборе диаметра эксплуатационной колонны разведочных скважин на структурах с выявленной продуктивностью нефти или газа решающим фактором является обеспечение условий для проведе­ния опробования пластов и последующей эксплуатации промышленных объектов.

В разведочных скважинах (поискового характера) на новых площадях диаметр эксплуатационной колонны зависит от необходимого количества спускаемых промежуточных обсадных колонн, качества получаемого кер-нового материала, возможности проведения электрометрических работ и испытания вскрытых перспективных объектов на приток. Скважины этой категории после спуска последней промежуточной колонны можно бурить долотами диаметром 140 мм и меньше с последующим спуском 114-мил­лиметровой эксплуатационной колонны или колонны меньшего диа­метра.

Наиболее жесткие требования, по которым определяют диаметр экс­плуатационной колонны, диктуются условиями эксплуатации скважин. Снижение уровня жидкости при добыче нефти или воды в обсадной ко­лонне и уменьшение давления газа в пласте обусловливает возникновение сминающих нагрузок. Вследствие этого обсадная колонна должна быть со­ставлена из труб такой прочности, чтобы в процессе эксплуатации не про­изошло их смятия (необходимая прочность обсадной колонны на сминаю­щие и страгивающие усилия и внутреннее давление).

При проектировании конструкций газовых и газоконденсатных сква­жин необходимо учитывать следующие особенности:

а)  давление газа на устье близко к забойному, что требует обеспечения
наибольшей прочности труб в верхней части колонны;

б)  незначительная вязкость газа обусловливает его высокую прони­
кающую способность, что повышает требования к герметичности резьбо­
вых соединений и колонного пространства;

в)  интенсивный нагрев обсадных колонн приводит к возникновению
дополнительных температурных напряжений на незацементированных уча­
стках колонны и требует учета этих явлений при расчете их на прочность
(при определенных температурных перепадах и некачественном цементи­
ровании колонны перемещаются в верхнем колонном направлении);

г)  возможность газовых выбросов в процессе бурения требует уста­
новки противовыбросового оборудования;

д)  длительный срок эксплуатации и связанная с ним возможность кор­
розии эксплуатационных колонн требуют применения специальных труб с
противокоррозионным покрытием и пакеров.

Общие требования, предъявляемые к конструкциям газовых и газо­конденсатных скважин, заключаются в следующем:

прочность конструкции в сочетании с герметичностью каждой обсад­ной колонны и цементного кольца в колонном пространстве;

качественное разобщение всех горизонтов и в первую очередь газо­нефтяных пластов;

достижение запроектированных режимов эксплуатации скважин, обу­словленных проектами разработки горизонта (месторождения);

максимальное использование пластовой энергии газа для его транс­портировки по внутрипромысловым и магистральным газопроводам.

Запроектированные режимы эксплуатации с максимальными дебитами и максимальное использование пластовой энергии требуют увеличения диаметра эксплуатационной колонны.

Метод вскрытия пласта. Метод вскрытия определяется главным обра­зом особенностями продуктивных пластов, к которым относятся пластовое давление, наличие пропластковых и подошвенных вод, прочность пород, слагающих пласт, тип коллекторов (гранулярный, трещиноватый и др.).

При нормальных (гидростатических) и повышенных давлениях экс­плуатационную колонну цементируют через башмак.

При пониженных пластовых давлениях, отсутствии пропластковых и подошвенных вод и достаточной прочности пород пласта в некоторых слу­чаях после вскрытия объекта эксплуатационную колонну, имеющую фильтр против продуктивных горизонтов, цементируют через боковые от­верстия, расположенные над кровлей этих горизонтов (так называемое манжетное цементирование), или «обратным» цементированием.

Однако в ряде случаев до вскрытия продуктивных горизонтов, при на­личии в разрезе пластов с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) или обваливающихся пород, скважины бурят с промывкой забоя буровыми растворами повышенной плотности. Вскрытие объекта с исполь­зованием указанных растворов часто сопровождается их поглощением трещиноватыми коллекторами.