Технологические процессы при строительстве скважин
Обновлено: 07.07.2024
Скважина. Этапы строительства, виды, назначение
давать возможность герметизировать устье в случае нештатных ситуаций.
Этапы строительства скважин:
- Бурения начального ствола большого диаметра глубиной до 30 м.
- Спуск в отверстие металлической трубы (называемой направлением).
- Уставление окружающего ее пространства обсадными трубами и цементирование с целью предотвращения размывания верхнего почвенного слоя в процессе дальнейшего бурения.
- Бурение ствола меньшего диаметра до глубины 500 - 800 м, в который опускается колонна из труб, называемая кондуктором, который предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.
- Заливка цементным раствором на всю глубину пространства между стенками трубы и горной породой.
- Бурение скважины на заданную проектом глубину после обустройства направления и кондуктора.
- Спуск в кондуктор эксплуатационную колонну - колонну труб еще меньшего диаметра. Если глубина залегания пласта - большая, то возможно использование промежуточных трубных колонн.
Скважины могут быть по направленности:
вертикальные, угол отклонения ствола которой от вертикали - не более 5 о ;
наклонно-направленные, угол отклонения ствола которой от вертикали - более 5 о .
Горизонтальные скважины, угол отклонения от вертикали ствола которой равен 90 о , относятся к наклонно-направленным.
С практической точки зрения, горизонтальная скважина - это скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.
Категории скважин, которые бурят с целью извлечения нефти, газа или воды из недр, а так же с целью поиска, разведки, выявления нефтегазоносных структур и т.д:
- структурно - поисковые - с целью уточнения тектоники, стратиграфии, литологии, оценки продуктивности горизонтов;без дополнительного строительства скважин;
- разведочные:
- для выявления продуктивных объектов;
- для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов;
- добывающие - (эксплуатационные) - для добычи нефти и газа из недр;
- нагнетательные - предназначены для закачки (нагнетания) в пласты воды (сжатого газа, воздуха) с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны пласта (ПЗП). Эти меры позволяют увеличить период фонтанного способа добычи нефти или повысить эффективность добычи;
- опережающие - для добычи нефти и газа с одновременным уточнением строения продуктивного пласта;
- оценочные - для определения начальной нефтеводонасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта (и других исследований);
- контрольные и наблюдательные - для наблюдения характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта;
- опорные скважины - для изучения геологического строения крупных регионов, чтобы установить закономерности залегания горных пород и выявить возможности образования в этих породах месторождений нефти и газа.
Скважины по количеству стволов могут быть:
многоствольные, которые имеют более 2 стволов и точка разветвления расположена выше уровня продуктивного горизонта;
многозабойные, которые имеют более 2 стволов и точка разветвления расположена в пределах продуктивного горизонта;
кустовые скважины, устья которых находятся близко друг к другу и несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ БУРЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН
Процесс спуска обсадной колонны в таком случае называется секционными, а колонна секционной.
При бурении глубоких скважин в сложных геологических условиях применяют многоколонные конструкции. Нередко выход долота из-под промежуточных колонн достигает 1500 м и более. В этих условиях в обсаженной скважине проводят большой объем буровых работ, значительно изнашиваются обсадные и бурильные трубы, уменьшается срок их службы. Для уменьшения износа применяют протекторные кольца.
Для цементирования нефтяных и газовых скважин используют цементный раствор - смесь вяжущих материалов (цементов), затворенных определенным количеством воды, часто с добавками химических реагентов. В связи с тем, что появились растворы, твердая фаза которых представлена не только портландцементом (а иногда и не включает последнего), более правильно называть их тампонажными растворами. Тампонажным растворам можно дать более общую формулировку: это раствор, получаемый после затворения тампонажного цемента водой (или иной жидкостью), обработанной химическими добавками (или без них) для повышения качества раствора и камня или облегчения проведения технологического процесса.
Тампонажным цементом называется продукт, состоящий из одного или нескольких вяжущих (портландцемента, шлака, извести, органических материалов и т.д.), минеральных (кварцевого песка, асбеста, глины, шлака или др.) или органических (хлопковых очесов, отходов целлюлозного производства и пр.) добавок, позволяющих после затворения водой или иной жидкостью получить раствор, а затем камень обусловленного качества.
Успех цементировочных работ определяется техникой и технологией проведения процессов цементирования, качеством подготовительных работ, тампонажного материала и полнотой замещения бурового раствора тампонажным.
Скважины можно классифицировать по весьма широкому спектру критериев: по назначению, профилю ствола и фильтра, степени совершенства и конструкции фильтра, количеству обсадных колонн, расположению на поверхности земли, диаметру, глубине, количеству стволов и т.д.
По назначению различают скважины: опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплутационные, геотермальные, артезианские, нагнетательные, наблюдательные, специальные.
По профилю ствола и фильтра скважины бывают: вертикальные, наклонные, направленно-ориентированные, горизонтальные.
По степени совершенства выделяют скважины: совершенные, несовершенные по степени вскрытия продуктивных пластов, несовершенные по характеру вскрытия продуктивных пластов.
По конструкции фильтра скважины классифицируют на: незакрепленные, закрепленные эксплуатационной колонной, закрепленные вставным щелевым или сетчатым фильтром, закрепленные гравийно-песчаным фильтром.
По количеству находящихся в скважине колонн выделяют скважины: одноколонные (только эксплуатационная колонна), многоколонные (двух-, трех-, n-колонные).
По расположению на поверхности земли скважины различают: расположенные на суше, шельфовые, морские.
Назначение структурно-поисковых скважин - установление (уточнение) тектоники, стратиграфии, литологии разреза пород, оценка возможных продуктивных горизонтов.
Разведочные скважины служат для выявления продуктивных пластов, а также для оконтуривания разрабатываемых нефтяных и газовых месторождений.
Добывающие (эксплуатационные) предназначены для добычи нефти и газа из земных недр. К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и пьезометрические скважины.
Нагнетательные необходимы для закачки в пласт воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи.
Назначение оценочных скважин - определение начальной водонефтенасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта и проведение иных исследований.
Контрольные и наблюдательные скважины служат для наблюдения за объектом разработки, исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта.
Опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов с целью установления общих закономерностей залегания горных пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.
Современный процесс бурения скважины - это сложный технико-технологический процесс, состоящий из цепи звеньев, разрыв одного из которых может привести к различным осложнениям, авариям или даже к потере скважины.
Безотносительно к способу разрушения горных пород процесс бурения скважины включает ряд основных операций:
· спуск бурильных труб с породоразрушающим инструментом в скважину;
· разрушение породы на забое;
· вынос разрушенной породы из скважины;
· подъем бурильных труб из скважины для замены изношенного долота;
· крепление скважины обсадными колоннами и тампонирующим материалом.
Полный перечень технологических операций, обеспечивающих бурение скважины, включает:
· разрушение горных пород на забое;
· очистку скважины от шлама;
· регулирование внутрискважинного давления;
· регулирование физико-химического взаимодействия скважины с окружающими горными породами;
· изоляцию друг от друга технологически несовместимых и осложненных интервалов ствола;
· вскрытие продуктивных горизонтов;
· замену изношенного породоразрушающего инструмента, подземного оборудования и устройств;
· крепление ствола скважины;
· создание фильтра в продуктивной части ствола скважины;
· вызов притока флюида из пласта на дневную поверхность;
Применяются и целый ряд других операций, которые непосредственно не участвуют в проходке ствола скважины, но связаны с необходимыми проектными и строительными процедурами.
В связи с этим часто используют обобщенный термин «сооружение скважин», учитывающий подготовительную фазу к бурению, а также завершающую фазу после окончания бурения.
Цикл сооружения нефтяных и газовых скважин до сдачи их в эксплуатацию состоит из следующих основных последовательных звеньев:
· строительство наземных сооружений;
· проходка ствола скважины, осуществление которой возможно только при выполнении параллельно протекающих работ двух видов - углубления забоя посредством локального разрушения горной породы и очистки ствола от разрушенной (выбуренной) породы;
· разобщение пластов, состоящее из последовательных работ двух видов - закрепления стенок ствола обсадными трубами, соединенными в обсадную колонну, и герметизации (цементирование, тампонирование) заколонного (затрубного) пространства;
· освоение скважины как эксплуатационного объекта.
В состав полного цикла сооружения скважины входят следующие работы:
· монтаж буровой установки;
· поинтервальное углубление ствола;
· поинтервальное крепление ствола и разобщение пластов;
· вскрытие продуктивных горизонтов;
· спуск и цементирование эксплуатационной колонны;
· сооружение фильтра в продуктивной части скважины;
· испытание скважины на приток пластового или приемистость нагнетаемого флюида;
· демонтаж буровой установки.
Технологические способы проходки ствола скважины можно классифицировать по принципу организации и передачи энергии для целей бурения, способу привода породоразрушающего инструмента, форме забоя скважины, по соотношению давлений на забое в системе «пласт-скважина», количеству проходимых из одного устья стволов.
По принципу организации энергии для бурения различают способы: вращательные, ударные, вибрационные, гидродинамические, термические, электрофизические, взрывные, химические, комбинированные.
По способу привода породоразрушающего инструмента способы делят на: роторный и погружными (забойными) двигателями.
По форме забоя выделяют способы: сплошным и кольцевым забоем.
По забойному давлению выделяют способы: с репрессией и с депрессией на пласты, а также сбалансированные.
По количеству проходимых стволов без перемещения буровой установки различают: индивидуальное, кустовое и многозабойное бурение.
ЦИКЛ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН
6) вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.
В ходе подготовительных работ выбирают место для буровой, прокладывают подъездную дорогу, подводят системы электроснабжения, водоснабжения и связи. Если рельеф местности неровный, то планируют площадку.
Монтаж вышки и оборудования производится в соответствии с принятой для данных конкретных условий схемой их размещения. Оборудование стараются разместить так, чтобы обеспечить безопасность в работе, удобство в обслуживании, низкую стоимость строительно-монтажных работ и компактность в расположении всех элементов буровой.
Различают следующие методы монтажа буровых установок : поагрегатный, мелкоблочный и крупноблочный.
При поагрегатном методе буровая установка собирается из отдельных агрегатов, для доставки которых используется автомобильный, железнодорожный или воздушный транспорт.
При мелкоблочном методе буровая установка собирается из 16. 20 мелких блоков. Каждый из них представляет собой основание, на котором смонтированы один или несколько узлов установки.
При крупноблочном методе установка монтируется из 2. 4 блоков, каждый из которых объединяет несколько агрегатов и узлов буровой.
Подготовка к бурению включает устройство направления и пробный пуск буровой установки.
В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.
Процесс бурения начинают, привинтив первоначально к ведущей трубе квадратного сечения долото. Вращая ротор, передают через ведущую трубу вращение долоту.
Во время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.
В процессе бурения скважина постепенно углубляется. После того как ведущая труба вся уйдет в скважину, необходимо нарастить колонну бурильных труб. Наращивание выполняется следующим образом. Сначала останавливают промывку. Далее бурильный инструмент поднимают из скважины настолько, чтобы ведущая труба полностью вышла из ротора. При помощи пневматического клинового захвата инструмент подвешивают на роторе. Далее ведущую трубу отвинчивают от колонны бурильных труб и вместе с вертлюгом спускают в шурф - слегка наклонную скважину глубиной 15. 16 м, располагаемую в углу буровой.
После этого крюк отсоединяют от вертлюга, подвешивают на крюке очередную, заранее подготовленную трубу, соединяют ее с колонной бурильных труб, подвешенной на роторе, снимают колонну с ротора, опускают ее в скважину и вновь подвешивают на роторе. Подъемный крюк снова соединяют с вертлюгом и поднимают его с ведущей трубой из шурфа. Ведущую трубу соединяют с колонной бурильных труб, снимают последнюю с ротора, включают буровой насос и осторожно доводят долото до забоя. После этого бурение продолжают.
В ходе работы на забое скважины долото изнашивается. Когда дальнейшая работа его становится малоэффективной, долото поднимают из скважины, заменяют новым, после чего бурильный инструмент вновь спускают в скважину.
При бурении на нефть и газ порода разрушается буровыми долотами, а забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоками непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора), реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.
Целью тампонажа затрубного пространства обсадных колонн является разобщение продуктивных пластов.
Хотя в процессе бурения продуктивные пласты уже были вскрыты, их изолировали обсадными трубами и тампонированием, чтобы проникновение нефти и газа не мешало дальнейшему бурению. После завершения проходки для обеспечения притока нефти и газа продуктивные пласты вскрывают вторично.
Для этого обсадную колонну и цементный камень перфорируют.
В настоящее время, в основном, используют перфораторы двух типов: стреляющие (торпедного и пулевого типов) и гидроабразивного действия.
После перфорации скважину осваивают, т.е вызывают приток в нее нефти и газа.
Для этого уменьшают давление бурового раствора на забой одним из следующих способов:
1) промывка – это замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью - водой или нефтью;
2) поршневание (свабирование) - это снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы (НКТ) и подъема на стальном канате специального поршня (сваба). Поршень имеет клапан, который открывается при спуске и пропускает через себя жидкость, заполняющую НКТ. При подъеме же клапан закрывается, и весь столб жидкости, находящийся над поршнем, выносится на поверхность.
От использовавшихся прежде способов уменьшения давления бурового раствора на забой, продавливания сжатым газом и аэрации (насыщения раствора газом) в настоящее время отказались по соображениям безопасности.
Устье скважины оснащено колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте.
Основные технические характеристики колонных головок отражены в их шифрах.
Начало бурения скважины — момент первого спуска бурильной колонны для проходки, а окончание бурения — момент окончания выброса бурильных труб на мостки после промывки скважины и испытания колонны на герметичность.
Для определения продолжительности наиболее трудоемкого этапа — бурения скважины — составляется баланс календарного времени.
Баланс календарного времени включает в себя следующие элементы:
1. Производительное время бурения tпр, в том числе :
- время на проходку — tм — механическое бурение, tсп — спускоподъемные работы;
- время на подготовительно-вспомогательные работы (смена долота, приготовление глинистого раствора и т.д.) tпвр;
- время на крепление скважины (спуск обсадной колонны и ее цементирование) tкр.
2. Время на ремонтные работы (проведение профилактики оборудования, устранение неисправностей, возникающих в период бурения и крепления скважины) tрем.
3. Время на ликвидацию осложнений, возникающих в стволе скважины по геологическим причинам, tос.
4. Непроизводительное время tH, включающее в себя :
- время на ликвидацию аварий tа;
- потери времени из-за простоев по организационно-техническим причинам tп.
Баланс календарного времени бурения и крепления имеет следующий вид:
Баланс календарного времени и его отдельные элементы служат основой определения различных скоростей бурения, определяющих темпы строительства скважины.
Техническая скорость бурения (vТ) определяется проходкой за 1 мес производительных работ буровой установки (м/ст.-мес):
где Нп — общая проходка (плановая или фактическая) за определенный период времени (глубина скважины), м;
720 — продолжительность 1 ст. - мес бурения, ч.
Показатель технической скорости используется для сравнительной оценки эффективности новой техники, различных способов бурения.
Коммерческая скорость бурения определяется проходкой за 1 мес работы буровой установки (м/ст.-мес):
На величину коммерческой скорости влияют факторы технико-технологического и организационного характера. Повышение vK требует сокращения и ликвидации непроизводительного времени, уменьшения абсолютных затрат производительного времени путем ускорения проведения операций. Это может быть достигнуто на основе совершенствования буровой техники и технологии, механизации трудоемких операций, улучшении организации производства.
Цикловая скорость строительства скважины (м/ст. - мес) определяется проходкой за время цикла сооружения скважины:
где Тц — время цикла сооружения скважины, ч.
Цикловая скорость характеризует технический и организационный уровни буровых работ, отражает эффективность совместного действия бригад, участвующих в цикле сооружения скважины (вышкомонтажных буровых бригад и бригад по испытанию скважин).
Нефть, Газ и Энергетика
Таблица 5. Структура производственного цикла строительства скважины
Механизация этих работ является наиболее эффективным средством ускорения и облегчения проведения.
К основным относятся: вышкомонтажные работы, бурение и крепление ствола скважины, ее испытание.
Важнейшие виды вспомогательных процессов следующие:
Таблица 6. Формы организации работ по строительству скважин
Рис. 6. Производственная структура управления буровых работ (управления разведочного бурения)
В ее состав входят:
Повышение темпов ведения этих операций обеспечивается использованием буровых лебедок новых конструкций, средств механизации.
Чем больше фактический дебит по сравнению с расчетным, тем выше цена скважины и прибыль бурового предприятия.
Нефть, Газ и Энергетика
операция технологическая - часть технологического процесса, представляющая собой совокупность рабочих действий (приемов); характеризуется однородностью технологического содержания, единством (неизменностью) предмета труда, оборудования и рабочих приспособлений.
Производственный процесс строительства каждой скважины состоит из практически неизменной совокупности технологических процессов, выполняемых в определенной последовательности. Поэтому весь комплекс работ, связанных со строительством скважины, образует "цикл строительства скважины". Технологические процессы принято объединять в этапы (фазы) строительства скважины.
Производственный цикл строительства скважины имеет следующую структуру:
Этап строительства скважины
1. Строительно-монтажные и подготовительные работы
к бурению скважины
1.1. Землеустроительные работы
1.2. Сооружение оснований и фундаментов, монтаж буровой установки и оборудования
1.3. Строительство вспомогательных сооружений и монтаж инженерных коммуникаций
1.4. Подготовительные работы к бурению скважины
2. Бурение скважины
2.1. Углубление скважины
2.2. Промывка ствола скважины
2.3. Крепление скважины обсадной колонной
2.4. Цементирование скважины (разобщение пластов)
3. Заканчивание скважины
3.1. Первичное вскрытие продуктивного пласта
3.2. Оборудование ПЗП
3.3. Вторичное вскрытие продуктивного пласта
3.4. Испытание и освоение скважины
3.5. Специальные работы
4. Заключительные работы по окончании бурения скважины
4.1. Демонтаж оборудования и буровой установки
4.2. Утилизация и захоронение технологических отходов бурения, рекультивация земельного участка
Нефть, Газ и Энергетика
Основу технико-технологических решений при бурении нефтяных и газовых скважин составляет технический проект, содержание которого определяет все основные технические решения, номенклатуру и количество технических средств для реализации выбранной технологии на всех этапах строительства скважин. Эффективность технологических решений определяется степенью научной обоснованности принимаемых решений и достоверностью исходной информации.
При этом большую роль играет накопленный в регионах опыт, так как проектирование многих технологических процессов требует постоянного уточнения математических моделей и логических принципов выбора технологических решений в зависимости от конкретизации геолого-геофизических условий бурения. Представленная ниже схема проектирования технологии бурения является обобщением научных и практических достижений в отрасли за последние десятилетия.
1. Выбор профиля скважины
На начальном этапе разработки технологии бурения нефтяных и газовых скважин необходимо определить профиль ствола скважины для наклонно-направленного бурения, который во многом определяет выбор расчетных схем для последующих этапов. В частности, от этого решения зависят расчеты бурильных и обсадных колонн, выбор компоновок низа бурильных колонн и т. д.
1.1. Выбор и расчет профиля скважины. Выбор профиля зависит от геологических условий на месторождении, глубины скважины по вертикали, величины отклонения, интенсивности набора и падения зенитного угла на данном месторождении при бурении с отклонителем или без него и др
2. Выбор конструкции скважины
Выбор конструкции скважины зависит от комплекса неуправляемых и управляемых факторов. К неуправляемым факторам следует отнести геологические условия месторождения: глубину залегания продуктивных пластов, их продуктивность и коллекторские свойства; пластовые и поровые давления, а также давления гидроразрыва проходимых пород; физико-механические свойства и состояние пород, вскрываемых скважиной с точки зрения возможных обвалов, осыпей, кавернообразования, передачи на обсадные колонны горного давления и т.д.
К управляемым факторам можно отнести способ бурения; число продуктивных горизонтов, подлежащих опробованию; способ вскрытия продуктивных горизонтов; материально-техническое обеспечение.
Конструкция скважины считается рациональной, если она обеспечивает минимальную стоимость ее строительства, а также выполнение технических (существующие технические средства и материалы, условия их доставки), технологических (освоенные технологические приемы, организация труда основных и вспомогательных подразделений) и геологических (проявление пластовых флюидов, поглощение буровых и тампонажных растворов, обвалообразование и пластическое течение горных пород) ограничений и требований к надежности и долговечности скважины (обеспечение успешного испытания, освоения и эксплуатации).
2.1. Выбор глубин спуска и диаметра обсадных труб
При проектировании конструкции скважины в первую очередь выбирают число обсадных колонн и глубины их спуска исходя из недопущения несовместимости условий бурения отдельных интервалов ствола.
Высота подъёма тампонажного раствора в затрубном пространстве определяется на основании действующих отраслевых инструктивных и методических материалов.
2.3. Расчет обсадных колонн
Расчёт обсадных колонн проводят при проектировании с целью выбора толщин стенок и групп прочности материала обсадных труб, а так же для проверки соответствия заложенных при проектировании нормативных коэффициентов запаса прочности ожидаемым с учётом сложившихся геологических, технологических, конъюнктурных условий производства.
3. Проектирование процессов углубления и промывки скважин
Технико-экономическая эффективность строительства нефтяных и газовых скважин во многом зависит от обоснованности процесса углубления и промывки. Проектирование технологии этих процессов включает в себя выбор способа бурения, типа породоразрушающего инструмента и режимов бурения, конструкции бурильной колонны и компоновки ее низа, показателей свойств и типов бурового раствора, необходимых количеств химических реагентов и материалов для поддержания их свойств, гидравлической программы углубления. Принятие проектных решений обуславливает выбор типа буровой установки, зависящей, помимо этого, от конструкции обсадных колонн и географических условий бурения
Для ряда указанных вопросов еще не выработано однозначных, а тем более научно-формализованных правил. При принятии многих решений (выбор режимно-технологических параметров бурения, некоторых свойств буровых растворов и др.) оказывается необходимым использовать результаты обобщения промыслово-статического материала, получаемого при бурении опорно-технологических и первых разведочных скважин.
3.1. Выбор породоразрушающего инструмента.
Выбор типа породоразрушающего инструмента базируется на информации о физико-механических свойствах пород и литологическом строении разреза пород и, во многом, зависит от конкретных региональных условий.
3.2. Выбор типа бурового раствора и расчет необходимого количества материалов для поддержания его свойств.
Выбор типа бурового раствора до настоящего времени не имеет формализованных правил и поэтому производится на основании анализа практикибурения и опыта инженеров по буровым растворам.
Основа выбора допустимых типов буровых растворов соответствие их составов разбуриваемым породам на всем интервале бурения до спуска обсадной колонны.
Процедура выбора типа бурового раствора состоит из следующих операций: получение от геологической службы информации о разрезе скважины; идентификацию пород разреза; установление типов буровых растворов, которые могут быть использованы при разбуривании пород данного класса; определение оптимальной последовательности применения буровых растворов.
Разрез скважины разбивают на интервалы, для каждого из которых выбирают допустимые типы буровых растворов, причем на каждом интервале ими могут быть только растворы, применимые на всех вышележащих интервалах в пределах не обсаженной части скважины. Затем рассчитывают стоимость 1 м3 каждого раствора, допустимого на данном интервале.
На следующем этапе определяют объемы растворов, необходимые для бурения каждого интервала. На последнем этапе рассчитывают количество материалов и химических реагентов, необходимых для реализации выбранной последовательности буровых растворов с учетом затрат материалов на поддержание свойств раствора.
В результате по всем интервалам бурения должна быть получена следующая информация: наименование и компонентный состав бурового раствора, его необходимый объем и стоимость, расход материалов на поддержание свойств бурового раствора, степень его очистки.
3.3. Выбор способа бурения и режимно-технологических параметров углубления.
В качестве исходной информации для принятия решения о способе бурения используют следующие данные: глубину бурения и забойную температуру, профиль ствола и диаметры долот, тип породоразрушающего инструмента и бурового раствора.
После принятия решения о способе бурения , типах используемых долот и буровых растворов необходимо подобрать осевую нагрузку на долото, частоту вращения долота, расход бурового раствора и время пребывания долота на забое, т.е. режим бурения.
В случае выбора способа бурения с забойными гидравлическими двигателями, после расчёта осевой нагрузки на долото необходимо выбрать тип забойного двигателя. Этот выбор осуществляется с учётом удельного момента на вращение долота, осевой нагрузки на долото и плотности бурового раствора. Технические характеристики выбранного забойного двигателя учитываются при проектировании частоты оборотов долота и гидравлической программы промывки скважины.
Для поиска этих значений в настоящее время используются три подхода:
- экспериментальный, состоящий в поиске оптимальных управляющих воздействий в процессе планируемых экспериментов при бурении опорно-технологических скважин;
- экспериментально-статистический, основывающийся на сборе и переработке информации об отработке долот при массовом бурении на регионе;
- аналитико-статистический метод, использующий математические модели углубления, коэффициенты которых определяются на основе обработки статистических данных по отработке долот.
Однако оптимизация режимных параметров на стадии проектирования имеет недостаточную для практики эффективность. Поэтому при проектировании вырабатывается нормативное задание режимно-технологических параметров и числа необходимых долот, а поиск оптимальных управляющих воздействий необходимо осуществлять в оперативном режиме на буровой, что соответствует тенденциям мировой практики.
3.4. Выбор компоновки и расчет бурильной колонны Конструкция бурильной колонны определяется условиями бурения и конструкцией скважины. При проектировании бурильных колонн возможны следующие ситуации: необходимо выбрать рациональную компоновку бурильной колонны, удовлетворяющую всем инженерным по несущей способности; необходимо дать оценку с позиций проверки на прочность какого-либо варианта компоновки колонны.
При выборе компоновки колонны бурильных труб в качестве исходной информации используются: геометрические параметры профиля ствола скважины, диаметр обсадной колонны на предыдущем интервале бурения, способ бурения, плотность бурового раствора, потери давления в забойном двигателе и долоте, вес забойного двигателя.
В результате расчета должны быть получены диаметры, толщины стенок, группы прочности и длины секций для всех ступеней колонны, а также величины фактических коэффициентов запасов прочности для сравнения с нормативными коэффициентами
3.5. Выбор буровой установки
Буровые установки - это комплексные системы, включающие все основные и вспомогательные агрегаты и механизмы, которые необходимы для строительства скважин.
Буровую установку выбирают по ее допустимой максимальной грузоподъемности, обуславливающей с некоторым запасом вес в воздухе наиболее тяжелых бурильной и обсадной колонн.
Для принятой по грузоподъемности и условной глубине бурения буровой установки в зависимости от региональных условий, связанных со степенью обустройства (дороги, линии электропередач, водоснабжение и др.) и климатической зоной, выбирают тип привода, схему монтажа и транспортирования, а также учитывают необходимость комплектования отопительными установками, дополнительными агрегатами и оборудованием.
3.6. Выбор гидравлической программы промывки скважины
Под гидравлической программой понимается комплекс регулируемых параметров процесса промывки скважины. Номенклатура регулируемых параметров следующая: показатели свойств бурового раствора, подача буровых насосов, диаметр и количество насадок гидромониторных долот.
При составлении гидравлической программы предполагается:
- исключить флюидопроявления из пласта и поглощения бурового раствора;
- предотвратить размыв стенок скважины и механическое диспергирование транспортируемого шлама с целью исключения наработки бурового раствора;
- обеспечить вынос выбуренной горной породы из кольцевого пространства скважины;
- создать условия для максимального использования гидромониторного эффекта;
- рационально использовать гидравлическую мощность насосной установки;
- исключить аварийные ситуации при остановках , циркуляции и пуске буровых насосов.
Перечисленные требования к гидравлической программе удовлетворяются при условии формализации и решения многофакторной оптимизационной задачи. Известные схемы проектирования процесса промывки бурящихся скважин основаны на расчетах гидравлических сопротивлений в системе по заданным подаче насосов и показателям свойств буровых растворов.
Подобные гидравлические расчеты проводятся по следующей схеме. Вначале, исходя из эмпирических рекомендаций, задают скорость движения бурового раствора в кольцевом пространстве и вычисляют требуемую подачу буровых насосов.
По паспортной характеристике буровых насосов подбирают диаметр втулок, способных обеспечить требуемую подачу. Затем по соответствующим формулам определяют гидравлические потери в системе без учета потерь давления в долоте. Площадь насадок гидромониторных долот подбирают исходя из разности между максимальным паспортным давлением нагнетания (соответствующим выбранным втулкам) и вычисленными потерями давления на гидравлические сопротивления.
4. Проектирование процесса крепления.
Процесс крепления скважин складывается из нескольких технологических операций, проектирование которых должно наряду с обеспечением высокого качества работ минимизировать стоимость проводки скважин при выполнении плановых сроков и безусловном недопущении осложнений.
4.1. Выбор способа спуска и цементирования обсадной колонны.
Каждую скважину крепят в конкретных геологических условиях, и геологические пласты, составляющие разрез , налагают определенные ограничения на процесс спуска и цементирования обсадной колонны, нарушение которых приводит к различного рода осложнениям или авариям. Для реализации процесса используют оборудование и материалы с их ограниченными техническими характеристиками. Кроме того, гидродинамические процессы, происходящие в скважине при промывке, спуске, цементировании колонны и ОЗП, также влияют на выбор способа крепления.
В качестве критериев, определяющих выбор способа спуска колонны и ее цементирования, приняты грузоподъемность оборудования, допустимое время пребывания ствола скважины в не обсаженном состоянии и режим качественного цементирования обсадной колонны в один прием. Режим цементирования зависит от пластовых давлений и давлений гидроразрыва или поглощения пластов, допустимого давления в устьевом оборудовании и технических устройствах; режима течения тампонажного раствора, обеспечивающего качественное заполнение затрубного пространства; времени безотказной работы цементировочного оборудования.
4.2. Выбор тампонажного раствора.
Многообразие геолого-технических условий при бурении нефтяных и газовых скважин, рост глубин, вызвавший, необходимость закачивания больших объемов тампонажных растворов в сжатые сроки, и повышение требований к качеству работ по креплению обусловили применение широкой номенклатуры тампонажных цементов и химических реагентов, используемых в тампонажных растворах.
Выбор тампонажных материалов для цементирования обсадных колонн обуславливается литофациальной характеристикой разреза. Основными факторами, определяющими состав тампонажного раствора, являются температура, пластовое давление, давление гидроразрыва, наличие солевых отложений, вид флюида и т.д.
Для цементирования скважин необходимо применять только тампонажные материалы, выпускаемые промышленностью по технологическим регламентам и удовлетворяющие требованиям соответствующих стандартов.
4.3. Выбор буферной жидкости
Буферные жидкости повышают степень вытеснения бурового раствора из затрубного пространства скважины, предотвращая его смешение с тампонажным раствором и удаляя часть глинистой корки со стенок.
Буферную жидкость выбирают согласно следующим критериям:
- типу основы бурового раствора (водная или неводная),
4.4. Выбор технологической оснастки и режима спуска обсадной колонны.
Под понятием «технологическая оснастка обсадных колонн» подразумевается определенный набор устройств, которыми оснащают обсадную колонну для обеспечения качественного ее спуска и цементирования.
4.5. Расчет режима цементирования.
При гидравлическом расчете цеметирования должны выполняться технико-технологические требования к давлению в системе цементирования.
- суммарное давление не должно превышать предельно допустимых давлений для цементировочной головки и цементировочного агрегата;
- давление в затрубном пространстве должно быть меньше давления гидроразрыва пластов.
4.6. Выбор способа испытания обсадных колонн на герметичность.
Герметичность и прочность зацементированных обсадных колонн проверяют созданием внутреннего или внешнего избыточного давления при нагнетании в колонну жидкости или снижения уровня жидкости внутри колонны.
5. Выбор комплекса геофизических исследований.
Для обеспечения достоверной геологической информации в перспективных интервалах выбирается комплекс геофизических исследований. Выбор основного и дополнительного комплексов зависит от типа скважины, интервалов исследования, свойств бурового раствора.
6. Проектирование процесса испытания скважин.
Заключительный технологический этап при бурении нефтяных и газовых скважин связан с испытанием продуктивных горизонтов. В комплекс работ по испытанию входят создание гидравлической связи скважины с пластами при наличии закрытого забоя, выбор способа вызова притока из пластов и при необходимости методов активного воздействия на призабойную зону с целью устранения вредного влияния на продуктивные пласты процессов бурения при вскрытии.
6.3. Выбор способа перфорации.
При осуществлении перфорации возможны значительные деформации обсадной колонны, образования трещин в цементном камне и нарушение их сцепления. Поэтому выбор способа перфорации и проектирования технологических режимов должно проводиться только при соблюдении требований действующих руководящих документов.
6.4. Выбор способа вызова притока из пласта.
В настоящее время используются следующие способы вызова притока из пласта: замена на раствор меньшей плотности; замена на газированную жидкость; замена на пену; снижение уровня жидкости в скважине. На основе выбора способа вызова притока получают ответы на следующие вопросы: режимные показатели процесса (забойное давление и депрессия на пласт, темп снижения забойного давления, производительность агрегатов и давление нагнетания рабочих агентов, продолжительность процесса); технические средства (номенклатура и количество); реагенты и материалы (номенклатура и количество); стоимость работ.
Читайте также: