Выбор конструкции скважины и расчет равнопрочной эксплуатационной колонны

Принципы проектирования конструкции скважины, обоснование ее конструкции и плотности бурового раствора по интервалам бурения. Расчет диаметров долот и обсадных колонн. Требования безопасности и защита окружающей среды при применении промывочной жидкости.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

Скважина создается последовательным разрушением горных пород и извлечением их на поверхность. Начало скважины называется устьем, дно - забоем. Диаметр скважины находится в пределах 59…1000мм. При обычном бурении разрушается вся масса породы. При бурении с отбором внутреннего столбика породы разрушается только кольцевое пространство у стенок скважины, а керн извлекается в неразрушенном состоянии для изучения геологического строения месторождения.

Целевое назначение скважин может быть различным. Все скважины, бурящиеся в целях региональных исследований, поиска, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений или залежей, подразделяют на следующие категории:

- опорные скважины;

- параметрические скважины;

- структурные скважины;

- поисковые скважины;

- разведочные скважины;

- эксплуатационные скважины;

- специальные скважины.

В процессе бурения скважины возможны различные процессы - интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы, межпластовые перетоки, самопроизвольный излив пластовых флюидов на поверхность, обводнение продуктивных пластов, загрязнение источников водоснабжения и атмосферы, коррозия спущенных в скважину обсадных колонн и т.д.

Для исключения таких явлений кольцевое пространство между стенкой скважины и обсадной колонной заполняется тампонирующим материалом.

Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр и длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с продуктивным пластом.

Сведения о диаметрах, толщинах стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, о типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятие конструкции обсадной колонны.

Бурение скважин применяется не только в нефтяной и газовой промышленности. Скважины бурятся также в целях разведки и добычи других полезных ископаемых, водоснабжения населённых пунктов, тушения подземных пожаров, газификации углей, вентиляции шахт, исследования грунтов на месте предполагаемого возведения различных промышленных и гражданских сооружений и т. п.



1. 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 эксплуатационной 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 проходимых 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 материально-технического обеспечения;

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



2. Обоснование конструкции скважины и плотности бурового раствора по интервалам бурения

Геологический разрез скважины представлен пластами значительной толщины. Верхняя граница пласта называется кровлей, и нижняя - подошвой пласта. Замеры пластового давления и давления гидроразрыва осуществляются лишь в отдельных точках. В задании даны замеры лишь в одной тючке. При приведении расчетов принимается, что относительные давления в пределах пласта постоянные, т.е.

; (2.1)

, (2.2)

где и - относительные пластовое давление и давление гидроразрыва;

- давление столба воды на глубине замера соответствующих давлений:

, (2.3)

где - плотность воды;

g - ускорение силы тяжести;

z - глубина бурения по вертикали, на которой произведен замер соответствующего давления.

Принять = 1000 кг/м³, g=9,81 м/с².

Найдём давление столба воды:



Р_в1 = 1000•9,81•400 = 3,92 (МПа);

Р_в2 = 1000•9,81•1100 = 10,79(МПа);

Р_в3 = 1000•9,81•2300 = 22,56(МПа);

Р_в4 = 1000•9,81•2800 = 27,47(МПа);

Р_в5 = 1000•9,81•2900 = 28,45(МПа);

Р_в6 = 1000•9,81•3000 = 29,43(МПа);

Найдём относительное пластовое давление:

Р_п1^' = 4,3/3,92 = 1,097;

Р_п2^' = 11/10,79 = 1,02;

Р_п3^' = 22/22,56 = 0,98;

Р_п4^' = 29/27,47 = 1,06;

Р_п5^' = 30/28,45 = 1,05;

Р_п6^' = 31/29,43 = 1,05;

Найдём давление гидроразрыва:

Р_гр1^' = 7,1/3,92 = 1,8;

Р_гр2^' = 14/10,79 = 1,297;

Р_гр3^' = 25/22,56 = 1,11;

Р_гр4^' = 33/27,47 = 1,2;

Р_гр5^' = 37/28,45 = 1,3;

Р_гр6^' = 36/29,43 = 1,22;

Пласты совместимы для бурения, если относительные плотности бурового раствора , рассчитанные по величинам названных давлений для этих пластов, удовлетворяют неравенству:



, (2.4)

где - минимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по пластовому давлению;

- максимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по максимально допустимому давлению в скважине из условий гидроразрыва или экологических требований по предупреждению загрязнения буровым...