Рабочая конструкция нефтяной скважины: схема расположения колонн

В процессе глубинного бурения нефтяных скважин возникает необходимость в креплении их стенок. Это необходимо выполнять для достижения следующих целей:

• закрепления и цементации неустойчивых горных пород;
• отделения водоносных слоев;
• разобщения нефтеносных и газоносных пластов скважины;
• создания герметичного канала для беспрепятственного поднятия на поверхность нефти и газа;
• снижения гидравлических потерь.

Разделение и крепление стенок скважины выполняют с использованием обсадных труб, а пространство между обсадными трубами и стенкой выработки цементируют специальным раствором. Этот процесс называют цементацией.

Расположение в скважине обсадных труб, их диаметр, глубина спуска, высота цементации, диаметры буровых долот определяют конструкцию скважины. Сама конструкция — это набор элементов крепления скважины с указанием поперечных размеров, глубины и протяженности, что обеспечивает ее правильную разведку, оценку, бурение, добычу и эксплуатацию. Повышенное внимание уделяется забою.

Разработка и проектирование

Конструкция скважины определяется техническим проектом на разработку, строительство и бурение для конкретного региона. Основной ее целью является беспрепятственное бурение на заданную глубину для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов в общей системе добычи и разработки месторождения. Схема конструкции напрямую зависит от ряда факторов, а именно:

• геологического строения;
• методов и способов проведения буровых работ;
• прямого назначения скважины;
• технологии вскрытия продуктивных пластов;
• требований техники безопасности.

От правильности проектных решений зависит надежность, бюджетная стоимость, дебет и долгосрочная эксплуатация нефтяной или газовой скважины. Рабочий проект должен содержать полный комплекс решений и обоснований по вопросам крепления скважины, учитывая географическое положение региона и геологические условия проведения буровых работ.

Это в первую очередь обоснование конструкции различных участков скважины, способов и интервалов цементирования обсадной колонны, расчет и выбор материалов для обсадной колонны, принятие технических решений по методам вскрытия пластов нефти и газа, повышение устойчивости ствола, устройство гидроизоляции.

Исходные данные для проектирования и обоснования конструкции должны включать в себя:

• координаты расположения устья;
• глубины и способы бурения;
• диаметры колонн по интервалам и в зависимости от ожидаемого дебета;
• данные о геологии региона и геологические разрезы;
• особенности породы применимо к способам бурения;
• наличие и состав пластовых жидкостей;
• тип и назначение скважины;
• профиль;
• данные об интервалах продуктивных пластов;
• способы эксплуатации;
• давления внутри пластов;
• давления для гидравлического разрыва.

Особенности строения

На рис. 1 представлены различные схемы конструкции скважины:

• а — профиль скважины;
• б — концентрическое расположение колонн;
• в — графическая схема конструкции выработки;
• г — рабочая схема.

При составлении рабочей схемы в верхней части указывается диаметр каждого ряда обсадных колонн в миллиметрах, а в нижней части указывают глубину монтажа в метрах. Высота подъема цементного раствора показывается штриховкой с указанием конечной точки в метрах. Также на схеме указывается номер долота для производства буровых работ.

Конструкция скважины может включать в себя следующие колонны:

1. Направление. Эта колонна опускается первой, имеет небольшую глубину и устанавливается до начала буровых работ. Ее функцией является предохранение устья от разрушения, обвала и размыва буровым раствором.
2. Кондуктор. Эта колонна устанавливается после направления и служит для удержания водоносных горизонтов и слабоустойчивых верхних слоев пород. Далее монтируется башмак. Это утолщенная труба в нижней части кондуктора. При бурении в зонах низких температур с мерзлыми породами направление и кондуктор подбираются с учетом повышения температуры внутри породы.
3. С целью предотвращения осложнений при бурении в скважину опускают промежуточные колонны, которых может быть несколько.
4. Завершает эту цепочку эксплуатационная колонна. Она предназначена непосредственно для эксплуатации продуктивных пластов.
5. Хвостовик является потайной колонной в конструкции, которая необходима для закрепления скважин с большими глубинами.

Тонкости при проходке

Довольно часто колонны в скважину спускают секциями. Такой спуск является секционным, а сама колонна — многосекционной. При сложном бурении используют многоколонные конструкции горных выработок. В таких природных условиях буровые работы занимают много времени. В результате происходит значительный физический износ буровых и обсадных труб.

Для предотвращения преждевременного износа используют специальные протекторные кольца. Протекторы также относятся к конструкции скважины и представляют собой 2 резиновые оболочки в металлическом каркасе. Соединяются оболочки между собой с использованием металлических штырей. Протектор устанавливают на рабочих площадках или над ротором буровой при спусковых и подъемных операциях.

Для разделения пластов применяют цементирование. Производится цементирование с использованием специальных растворов. Цементный раствор готовят из специальных составов на воде с дополнительным введением химических ингибиторов и реагентов. Химия вводится для повышения качества, изменения характеристик и скорости твердения растворов. Эти растворы называются тампонажными. От тампонажного раствора напрямую зависит надежность разделения пластов и крепления конструкции скважины.

Скважина и ее конструкция должны обеспечить оптимальные условия для прохождения нефти с наиболее эффективным использованием энергии продуктивного пласта.