Расчёт конструкции скважины (стр. 1 из 2)

Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом лежат осадочные породы. В строении нефтяных и газовых месторождений принимают участие только горные породы.

Важными признаками строения осадочных горных пород, имеющими существенное значение при их разрушении, являются их текстура и структура. Под структурой горной породы понимаются те её особенности, которые обусловлены формой, размерами и характером поверхности образующих их материалов. Большинство осадочных пород сложено рыхлыми сцементированными минеральными обломками различных размеров, имеющие неправильные очертания. Основная структурная особенность осадочных пород, характеризующая их механические свойства, - структура цементов, связывающих отдельные обломки.

Текстура указывает на особенности строения всей породы в целом и выявляет взаимное пространственное расположение минеральных частиц. Основные особенности текстуры осадочных пород – слоистость, сланцеватость (способность породы раскалываться по параллельным плоскостям на тонкие пластинки) и пористость (п. – это отношение объёма всех пустот к объёму всей породы, выраженное в процентах).

По природе сил сцепления между частицами осадочные породы делятся на 3 группы: скальные, связные и сыпучие. Силы сцепления скальных пород

(песчаников, известняков, мергелей и др.) характеризуются молекулярным притяжением частиц друг к другу, а также наличием сил трения.

Силы сцепления пластичных пород (глинистых) характеризуются взаимодействием коллоидных частиц, адсорбирующихся на поверхности обломков, а также наличием сил трения.

Сыпучие породы (песок) не обладают сцеплением ни в сухом состоянии, ни при полном насыщении водой. Только при ограниченном насыщении водой у сыпучих пород наблюдаются силы сцепления, обусловленные трением.

Всем породам, присущи силы внутреннего трения, зависящие от давления, прижимающего частицы друг к другу.

3. Выбор технологических регламентов бурения скважин

3.1. Требования к конструкции скважины

При проектировании к конструкции скважины предъявляется множество требований: экономичность, минимальная металлоёмкость, недопущение геологических осложнений, увеличение коммерческих скоростей бурения и т.п. Но главный критерий надёжности конструкции скважин – недопущение грифонообразования после герметизации устья привозникшем флюидообразовании или в процессе его ликвидации.

Пластовый флюид при поступлении в ствол скважины снижает средневзвешенную плотность промывочной жидкости в затрубном пространстве. Величина снижения плотности указывается геологической службы предприятия в технической части проекта на строительство данной скважины; она колеблется в широком диапазоне и может достигать на газовых месторождения 100%. Поэтому после закрытия превенторов в случае флюидопроявления в стволе скважины возникает внутреннее давление

(рис.1).

Py Py’ P B

1 2 Рисунок 1.Распределение внутреннего давления

по стволу скважины: 1 – в начале проявления;

2 – при полном замещении промывочной

H

жидкости газом и поглощении его на глубине Н.

Lскв

Во время длительного простоя вследствие выделения из флюида газа, пузырьки которое всплывают, на устье скважины образуется газовая шапка. Но при достижении на устье определённого давления начинается поглощение в пласт и может произойти полное замещение промывочной жидкости в стволе скважины пластовым или попутным газом. Поэтому при газовом факторе более 100 м3/т нефтяная скважина рассчитывается как газовая. В результате всплытия газа и соответственно оттеснения жидкости в пласт из ствола скважины величина внутреннего давления перераспределена по глубине (рис.1). Поэтому для предотвращения гидроразрыва пород в открытой части ствола, а следовательно, и грифонообразования надо чтобы внутреннее давление, действующее на горные породы, было меньше давления начала поглощения.

Давление начала поглощения и гидроразрыва для глиносодержащих пород практически мало отличается друг от друга. А в сильно кавернозных или имеющих большую открытую пористость породах давление начала поглощение немного превосходит пластовое.

Давление поглощения можно высчитать как по известным формулам с помощью коэффициента Пуассона, так и по более точному методу определения давления начала поглощения пород – нагнетание промывочной жидкости в ствол скважины. После разбуривания цементного стакана и башмака обсадной колонны необходимо бурить ствол скважины на 1-2 м и довести все параметры промывочной жидкости до указанных в геолого-техническом наряде (ГТН) величин, закрыть превентор и закачать промывочную жидкость через бурильные трубы до начала поглощения её в пласт.

Закачку необходимо производить порциями по 40-50 л с интенсивностью 40-60 л/мин, после каждой порции давать выдержку времени 1,5-2 мин для стабилизации давления. Точка А отклонения от прямолинейной зависимости указывает на начало поглощения пород (рис . 2).

P, МПа

B Рисунок 2. График давления

pпог при закачивании в пласт воды

рн.п A (кривая 1) и промывочной

жидкости (кривая 2)

2

1

V, м3

Продолжать закачку до получения 2-3 точек стабилизации давления (точка В). Но желательно, закачать в пласт менее 0,5 м3.

Давление начала поглощения будет значительно ниже при закачке воды в пласт (рис. 2). В процессе углубления скважины периодически проводят аналогичные закачки промывочной жидкости в пласт, установив предварительно над забоем пакер. Давление снижают плавно со скоростью

0,5-1 МПа/мин через штуцер, иначе произойдёт обвал стенок скважины.

Затем по формулам рассчитывается градиент поглощения пород и строится график по глубине скважины или по фактическим значениям поблизлежащим скв.(рис.3). На графике проводят градиенты пластовых(поровых) давлений и давлений начала поглощения. Параллельно оси глубин снизу вверх проводят эквивалентны давлений промывочной жидкости для интервалов максимальной мощности. Граничными критериями интервала применения промывочной жидкости одинаковой плотности является условие, что сотая доля плотности жидкости лежит в пределах от минимального градиента поглощения пород до произведения коэффициента запаса на максимальный градиент пластового давления.

Рисунок 3. График совмещённых

давлений для выбора конструкции

скважины:

1,2,3 – градиенты давлений порового,

промывочной жидкости и

поглощения

В первом приближении границы изменения эквивалентов давления промывочной жидкости и являются глубинами спуска обсадных колонн

(рис. 3). Определённые таким методом глубины спуска обсадных колонн H должны удовлетворять условию прочности горных пород в интервале необсаженного ствола скважины (т. е. До момента спуска следующей обсадной колонны) в случае ликвидации флюидопроявления: H боль Hсл*k. Где k – коэффициент на который влияют проектные градиенты пластового давления га глубине Hсл (глубина следующей ОК) и начала поглощения пород под башмаком обсадной колонны на глубине Н; коэффициент безопасности; плотность промывочной жидкости.

Соблюдение этой зависимости обязательно, так как известны случаи грифонообразования на глубине спущенной колонны более 1200 м. Проверив правильность расчёта глубины спуска последующей промежуточной колонны, уточняют глубины спуска всех предыдущих колонн вплоть до кондуктора.

Во время эксплуатации скважины, а также открытого фонтана, происходит прогрев ОК, цементного камня за ними и всего комплекса горных пород. Поэтому при наличии в разрезе многолетнемёрзлых пород с открытой льдистостью обсадная колонна (кондуктор или первая промежуточная) должна быть спущена на 50-100 м ниже границы нулевой изотермы в плотные породы. В противном случае даже после нескольких часов фонтанирования скважины (из неперекрытого ОК пласта) происходит оотаивание пород, провал устья и грифонообразование.

3.2. Выбор конструкции скважины

Геологическая служба предприятия обуславливает диаметр эксплуата-ционной колонны. Диаметры обсадных колонн, глубины спуска которых определены согласно рис. 1, рассчитывают снизу вверх. Соотношение меж-ду диаметрами эксплуатационной колонны и долота выбираются по данным показанным на рисунке 4 и формулам.

Рисунок 4

Затем подбирают промежуточную колонну, исходя из диаметра долота под эксплуатационную колонну. Подбор остальных промежуточных колонн и кондуктора, а также долот проводят аналогично.

Для глубоких скважин после определения конструкции проводят проверочный расчёт обсадных труб на прочность. Определив минимально необходимые толщины стенок труб промежуточных колонн, задаются величиной абсолютного износа труб и проверяют их на механический износ в процессе бурения и СПО под следующую колонну по специальной методике. А именно, все ОК, спускаемые в искривлённые участки ствола скважины, проверяются на проходимость в этих участках.