Конструкция скважины

[EpikhinAV]

Элементы конструкции скважины

Часть 1

Скважина – это цилиндрическая горная выработка, длина которой многократно превышает ее диаметр, сооруженная без доступа человека на забой. Относительно данного определения стоит сделать несколько уточнений.

 

Например, понятие «цилиндрическая» обусловлено наиболее распространенным способом сооружения скважины – механический вращательный. Если бы при сооружении скважины использовались другие технологии, которые позволяли бы создавать ее с сечением отличным от окружности, то данное утверждение было бы не совсем корректным.

 

Понятие «без доступа человека на забой» подразумевает именно процесс строительства скважины. Это не исключает того, что после строительства скважины человек может спуститься на забой для решения каких-либо задач.

 

Скважина состоит из ряда элементов:

-            Устье;

-            Забой;

-            Ствол скважины;

-            Обсадная колонна;

-            Цементный камень;

-            Колонна НКТ;

-            Зона перфорации;

-            Фонтанная арматура.

 

Устье скважины – это верхняя точка скважины, откуда начинается бурение, где изначально размещается буровое оборудование, а затем устанавливается фонтанная арматура. Через устье скважины осуществляется доступ к подземной части скважины. Устье характеризуется следующими параметрами: координаты (широта и долгота), а также абсолютное положение относительно уровня мирового океана.

 

Забой скважины – это нижняя точка скважины на данный момент или на момент окончания бурения. Забой может характеризоваться по-разному. Существуют понятия: текущего и проектного забоя, искусственного и естественного забоя, эксплуатационного забоя. Забой характеризуется значениями координат (широта и долгота), а также глубиной измеренной (по стволу) и  абсолютной (по вертикали) с учетом альтитуды.

 

Текущий забой – это точка в скважине, на которой в данный момент ведутся работы. Не обязательно, чтобы он соответствовал глубине скважины на данный момент. К примеру, если глубина скважины 3220 м, а на глубине 2890 м ведутся работы по установке цементного моста, то текущий забой в момент проведения работ – 2890 м. Понятие текущего забоя часто упоминается в отчетах и сводках по бурению за определенный период.

 

Проектный забой – это конечная точка скважины, достижение которой определяет окончание бурения. Обычно проектный забой коррелирует с определенной точкой в продуктивном пласте.

 

Естественный забой – это забой, который представлен реальными горными породами. При проведении обыкновенного бурения работы обычно ведутся всегда на естественном забое.

 

Искусственный забой – это забой, который представлен внедренным элементом в стволе скважины – например, цементным мостом или опорой клина-отклонителя. Обычно искусственный забой используется для обхождения мест аварий в стволе скважины или для изменения траектории скважины в целях наклонно-направленного бурения.

 

Эксплуатационный забой – это забой, через который ведется эксплуатация скважины. Эксплуатационный забой бывает открытый, закрытый и смешанный.

 

Открытый забой – обычно представлен необсажнным стволом и применяется при условии, если пласт-коллектор сложен прочными горными породами.

 

Закрытый забой – представляет собой полностью обсаженную часть ствола, которая была затем проперфорирована любым из известных методов для обеспечения сообщения с продуктивным пластом. Обычно такой тип забоя применяется при пластах-коллекторах, сложенных неустойчивыми породами.

 

Смешанный забой – это тип забоя, который представлен обсаженной частью ствола с помощью специального фильтра без цементирования. Такой тип забоя применяется обычно в породах, которые достаточно устойчивы к обрушению, но склонны к интенсивному выносу песка.

[EpikhinAV]

Часть 2

Конструкция скважины - это совокупность информации о количестве и диаметре спущенных в скважину обсадных колонн, диаметрах буровых долот и интервалах цементирования по интервалам бурения.

 

Основное назначение конструкции скважины – это обеспечение беспрепятственного доступа на заданную глубину для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов в общей системе добычи и разработки месторождения, либо для проведения целевых исследований геологического разреза.

 

В общем виде к конструкции скважины предъявляется перечень требований:

1. Правильно выбранный диаметр для выполнения заданной функции. Если диаметр скважины будет слишком мал, то будет происходить интенсивный износ обсадной колонны восходящим или нисходящим потоком технологической жидкости или пластового флюида. Если диаметр скважины будет слишком большой, то «напор» флюида будет мал. Другими словами, придется прикладывать значительно больше усилий для подъема флюида к поверхности.

2. Получение максимального количества горно-геологической информации (при отборе керна и проведении геофизических исследований). Известно, что чем больше диаметр керна, тем больше исследований можно с ним провести. Кроме того, при прочих равных условиях – увеличение диаметра скважины позволяет более качественно и полно изучить оклоствольное пространство скважины.

3. Надежное разобщение пластов, которое обеспечивается качественным затрубным цементированием. Разобщение пластов должно исключить наличие заколонных перетоков между пластами.

4.  Возможность применения любого способа эксплуатации и оперативного контроля за работой скважины – конструкция скважины должна учесть возможность спуска в скважину колонны НКТ,  как для фонтанной и газлифтной эксплуатации, так и для применения типовых сборок УЭЦН или ШГН.

5. Возможность проведения ремонтных работ, в том числе аварийного глушения. Типоразмер скважины должен обеспечивать возможность использования широкого спектра типоразмеров ловильного оборудования, как на этапе сооружения, так и на этапе эксплуатации.

6. Минимальная металлоемкость конструкции скважины нацелена на снижение ее себестоимости, но верно заметить, что это должно обеспечиваться при должном уровне коэффициентов запаса прочности и герметичности. Конструкция скважины должна успешно проходить все необходимые контрольные испытания.

[EpikhinAV]

Часть 3

Элементы конструкции скважины

Ствол скважины (стенки скважины) – это цилиндрическая часть скважины, которая соединяет между собой какие-либо точки на траектории скважины (для локальных участков) или устье с забоем (для скважины в целом).

 

Ствол скважины может категорироваться в зависимости от перекрытия обсадными колоннами на открытый и закрытый. Открытый ствол скважины представлен горными породами, а закрытый или обсаженный – перекрывается обсадной колонной.

 

Также ствол скважины может иметь привязку к пространственному положению:

-  Вертикальный – если угол относительно вертикали не превышает 5 градусов;

-  Наклонный – если он имеет пространственное положение отличное от вертикали. Наклонный ствол может быть прямолинейным (для интервалов стабилизации) и искривленным (для участков набора, либо снижения параметров кривизны, а также для интервалов разворота скважины по азимуту).

-   Горизонтальный – если он имеет некоторую протяженность по продуктивному горизонту (при условии, что длина участка превышает мощность пласта в 2 раза).

-  Восстающий – если он имеет угол относительно вертикали превышающий 90 градусов.

 

Обсадная колонна – это труба, которая перекрывает определенный интервал скважины и отделяет горные породы от стволовой части, защищая ее от обвалов стенок.

 

Обсадные колонны могут делиться по типу (назначению), которое характеризуется условиями применения и особенностями геологического разреза. Выделяют термокейс, направление, кондуктор, промежуточную (техническую) колонну, эксплуатационную колонну, хвостовик, профильный перекрыватель.

 

Обсадные колонны разделяются по размещению на обычные и потайные. Обычные имеют сообщение с устьем скважины, а потайные – размещаются внутри скважины в виде пластырей или с помощью подвесных устройств.

 

Обсадные колонны могут отличаться материалом изготовления: самые распространенные в нефтегазовой отрасли – металлические, также встречаются пластиковые и асбестоцементные.

[EpikhinAV]

Часть 4

Элементы конструкции скважины

Обсадная колонна – это цилиндрическая труба, которая выполняет роль конструкционного элемента, обеспечивающего устойчивость стенок скважины.

Принято считать, что обсадные колонны представляют собой свинченные металлические трубы, но они могут изготавливаться и из других материалов.

 

Материалы изготовления обсадных колонн (в порядке убывания широты применения): металл, пластик, асбесто-цементный материал или бетон. В строительстве нефтяных и газовых скважин преимущественно используются металлические обсадных трубы (колонны).

 

Также можно встретить обсадные колонны нестандартных конструкций, например, термокейс, которые представляют собой металлическую трубу с двойной стенкой, а между стенками находится теплоизолятор.

 

Обсадные колонны также могут цементироваться или не цементироваться. Для цементируемых обсадных колонн характерно заполнение кольцевого пространства между внешней стенкой колонны и стенкой скважины цементным раствором, который затем переходит в состояние цементного камня. Заполнение цементным раствором может быть частичное или полное.

 

Обсадные колонны могут спускаться от устья до какой-то установленной глубины – обычные колонны. Также можно определить потайные обсадные колонны, которые не имеют связи с земной поверхностью. Потайные колонны могут размещаться в скважине путем подвешивания в предыдущей колонне (хвостовики) или устанавливаться локально открытой части ствола скважины (профильные перекрыватели). Также можно отнести к потайным колоннам частного типа - пластыри – это, условно, профильный перекрыватель, который устанавливается внутри другой обсадной колонны для перекрытия зоны дефекта.

[EpikhinAV]

Часть 5

Элементы конструкции скважины

Цементный камень – это элемент конструкции скважины, который представляет собой застывший тампонажный раствор, распределенный между стенкой скважины и обсадной колонной.

Функции цементного камня заключаются в том, чтобы обеспечить прочность и жесткость конструкции скважины (не допустить деформации от стороннего воздействия массива горных пород). Кроме того, цементный камень должен обеспеченность герметичность кольцевого канала, которая позволит осуществлять сообщение между устьем и забоем скважины только по внутритрубному каналу в процессе эксплуатации.

Цементирование может осуществлять по-разному:
- От устья до забоя – сплошное – такое цементирование является обязательным при креплении термокейсов, направляющих колонн и кондукторов. Кроме того, таким образом рекомендуют цементировать обсадные колонны разведочных скважин.
- С частичным перекрытием предыдущей колонны - «внахлест» - таким способом обычно закрепляются промежуточные и эксплуатационные колонны, причем для нефтяных скважин интервал перекрытия должен составлять не менее 150 м (по стволу), а для газовых скважин не менее 500 м (по стволу).
- Интервальное – когда производится цементирование определенного интервала, например, от муфты ступенчатого цементирования, установленной в хвостовике, до подвески хвостовика.

Также после цеметирования обсадной колонны в ее нижней части остается цементный стакан, который может быть нормативным (запланированным – от башмака до глубины посадки продавочной пробки в «СТОП» кольцо) и ненормативным (незапланированным и возникшим в результате инцидента - от башмака и до какой-либо глубины в трубном канале). Цементный стакан с технологической оснасткой после затвердевания цемента и его опрессовки разбуривается (нормализуется).

В наклонно-направленных и вертикальных скважинах имеет место элемент конструкции – ЗУМПФ – это нерабочая часть скважины, которая располагается ниже перфорационных отверстий и используется для скапливания механических примесей (например, продуктов перфорации) и песка, выходящего из пласта при эксплуатации