При проектировании конструкции скважины на нефть и газ обосновывается требуемое количество обсадных колонн и глубин их спуска.
С этой целью строится график изменения коэффициента аномальности пластовых давлений ka и индекса давлений поглощения kпогл.
На основании данных изменения коэффициента ka и индекса kпогл выделяются зоны с несовместимыми условиями бурения (условия в двух смежных зонах несовместимы, если для перехода к разбуриванию нижней из них ρбр или состав бурового раствора нужно изменять так, что это приведет к возникновению осложнений в верхней зоне).
Для разбуривания пород в зонах с несовместимыми условиями бурения необходимо нормировать величину относительной плотности бурового раствора (ρ0)
ρ0=ρбр/ρв (6.4)
где ρбр - плотность бурового раствора, кг/м3; ρв - плотность воды, кг/м).
Опасность возникновения осложнений (поглощений, газонефтепроявлений, нарушений устойчивости горных пород) сводится к минимуму при соблюдении следующих условий
(6.5)
где ka - коэффициент аномальности пластового давления; ky - индекс давления устойчивости породы - отношение давления относительной устойчивости породы ρ на глубине Ну к давлению столба воды такой же высоты
(6.6)
Py=ρбрgНу (6.7)
Приступить к разбуриванию нижерасположенной зоны можно, если надежно изолировать предыдущую путем спуска обсадной колонны и цементирования заколонного пространства тампонажным раствором.
Необходимая величина ρ0 нормируется с соблюдением следующих условий:
а) условие предупреждения притока пластовых флюидов
ρ0=kpka (6.8)
где kp - коэффициент резерва: kр=1,10-1,15 в скважинах глубиной до 1200 м; kр=1,05-1,10 в скважинах глубиной 1200-2500 м и kр=1,04-1,07 в скважинах глубиной 2500 м;
б) условие предупреждения потери устойчивости стенок скважины
ρ0≥ky (6.9)
где kу - индекс давления относительной устойчивости породы
ky=Py/ρв, (6.10)
где Ру - давление относительной устойчивости горных пород на глубине Ну
Py=ρбрgHy. (6.11)
Если разница между Рпор в породе и давлением в скважине превышает величину депрессии
kу=kа пор - Рдеп/Рв, (6.12)
где Рдеп - депрессия на пласт, определяемая опытным путем; Рв - давление столба воды (в МПа) плотность ρв=1000 кг/м3.
в) условие предупреждения статической репрессии на продуктивный пласт
ρ0=ka-Рреп(д)/Рв, (6.13)
или
Рв-Рпл≤Рдиф(д), (6.14)
где Рреп(д), Рдиф(д) - соответственно допустимые репрессия и дифференциальное давления на пласт.
Ниже приведены рекомендуемые значения Рреп(д) и Рдиф(д).
|
Глубина Н,м |
≤1200 |
1200-2500 |
>2500 |
|
Допустимая репрессия в МПа, не более, |
1,5 |
2,5 |
3,5 |
Статическую репрессию на глубине Н можно вычисляют по формуле
Рреп=(ρ0-ka)Pв; (6.15)
г) условие поддержания величины ρ0 при разбуривании хемогенных пород
ρ0≥ρо.н. (6.16)
где ρо.н - относительная плотность водного раствора, полностью насыщенного солями разбуриваемой хемогенной горной породы;
д) условие предупреждения поглощения бурового раствора
ρо.э < kпогл(6.17)
где ρо.э - относительная эквивалентная плотность столба бурового раствора, равная; kпогл - индекс давления поглощения.
ρо.э = ρ0 + (gradρг.д+Ру.к)/Рв
где gradρг.д - градиент гидродинамического давления в кольцевом пространстве на участке от устья до глубины Н; Ру.к - избыточное давление в кольцевом пространстве у устья.
Предварительно выбранный вариант конструкции скважины, удовлетворяющий только условиям бурения с учетом пластовых давлении и давлений, при которых возможны осложнения, должен быть откорректирован с учетом других существенных факторов: наличие в разрезе неустойчивых, трещиноватых или многолетнемерзлых пород, хемогенных отложений, необходимость установки противовыбросового оборудования и др.
Так, если в районах распространения многолетнемерзлых пород встречаются интервалы, в которых твердые минеральные частицы сцементированы только льдом, всю толщу таких пород перекрывают кондуктором,. башмак которого устанавливается ниже границы мерзлоты не менее, чем на 100 м в устойчивой породе с положительной температурой
Для предотвращения растворения солей возможен вариант, когда надсолевая толща перекрывается одной, а хемогенная толща - другой обсадными колоннами.
Если на рассматриваемую колонну должно быть установлено противовыбросовое оборудование, башмак ее следует устанавливать на такой глубине, чтобы, в случае возникновения газонефтеводопроявления при дальнейшем углублении и выброса бурового раствора из скважины, породы, залегающие ниже башмака, не могли быть разорваны тем высоким давлением, которое придется создать для глушения проявления.
Относительное давление по воде в закрытой скважине - отношение давления Рh на глубине h в скважине с закрытым устьем, частично или полностью заполненной пластовой жидкостью, к давлению столба пресной воды
(6.19)
Ориентировочно глубина спуска кондуктора (если принять давление газа у башмака его равным пластовому) и минимальная глубина спуска промежуточной колонны (Н, м) для безопасного вскрытия пластов может быть рассчитана из выражения
(6.20)
где Рпл h - пластовое давление на глубине h, МПа, Ргр - градиент давления разрыва пласта (ориентировочно для газовых скважин эта величина равна Ргр=0,02МПа/м и требует уточнения для каждого месторождения).
В последнее время все большее распространение получает схема вскрытия продуктивного пласта горизонтальной скважиной. В этом случае направляющий участок горизонтальной скважины до кровли продуктивного пласта закрепляется эксплуатационной колонной, а конечный интервал горизонтальной скважины, располагающийся в продуктивном пласте, в большинстве случаев (устойчивый коллектор) остается открытым либо закрепляется перфорированной потайной колонной (хвостовиком). В редких случаях при проведении гидроразрыва пласта может быть спущена и зацементирована потайная колонна с последующей ее перфорацией в заданных интервалах.
После определения требуемого количества обсадных колонн необходимо уточнить глубину спуска каждой колонны. Если ниже спущенной колонны будут вскрываться пласты с АВПД, глубина спуска уточняется с таким расчетом, чтобы были перекрыты интервалы слабых пород, в которых возможен гидроразрыв после полного замещения бурового раствора в скважине пластовым флюидом и герметизации устья скважины.
