Конструкции геотермальных скважин

Выбор конструкции скважин определяется геологическими усло­виями (число колонн обсадных труб, глубина их спуска и интер­валы, проходимые без крепления) и целевым назначением сква­жины (разведочная, эксплуатационная, нагнетательная и т. д.), определяющим ее конечный диаметр. Минимальные конечные диа­метры устанавливаются для скважин вспомогательного назначе­ния (гидронаблюдательных, нагнетательных и др.), наибольшие - для разведочных, в дальнейшем переходящих в эксплуатационные, и эксплуатационных. По зарубежным данным, самый распростра­ненный конечный диаметр скважин на термы - 219 мм, реже - 168 мм; для вспомогательных- 125-150 мм [5].

На выбор конструкции скважины влияют размеры используе­мого водоподъемного устройства (обычно это центробежный на­сос) и место его расположения в стволе (в кондукторе, в проме­жуточной или эксплуатационной колонне), а также намечаемый срок эксплуатации скважин, который, по зарубежному опыту, со­ставляет 30-50 лет [5]. Для облегчения монтажа насоса, произ­водства ремонтных работ и наблюдений за динамическим уров­нем флюида в скважине разницу между наружным диаметром насоса и внутренним диаметром колонны обсадных труб прини­мают не более 50 мм. Значительное увеличение зазора приводит к утяжелению конструкции и удорожанию работ.

Во всех случаях конструкция скважины должна обеспечить получение необходимого количества теплоносителя в единицу времени с учетом снижения (депрессии) уровня столба флюида в скважине при длительной ее эксплуатации. Этим определяется глубина спуска той колонны, в которой устанавливается центро­бежный насос. Если насос устанавливается в эксплуатационной колонне, одновременно выполняющей роль фильтра в термоза­борной части скважины, то такая колонна может быть ступенча­той - с большим диаметром в верхней части для размещения цен­тробежного насоса и с меньшим диаметром в продуктивной зоне.

Вскрытие продуктивного пласта может осуществляться с от­крытым стволом (трещиноватые устойчивые породы), со спуском фильтровой колонны «впотай» в эксплуатационной колонне спуском эксплуатационной колонны с фильтровой частью или с последующей перфорацией эксплуатационной колонны против продуктивной зоны. Однако последний способ сложнее и дороже других.

При вскрытии напорных геотерм диаметр эксплуатационной колонны устанавливается по требуемому дебету и условию обеспечения минимальных гидравлических сопротивлении движущегося по скважине теплоносителя. Диаметры эксплуатационных колонн лежат в приделах 219-244мм. Толщина стенок обсадных труб принимаются с учетом прочности на смятие в продуктивной зоне в приделах 9-10 мм. Коэффициент запаса прочности рекомендуют, например в Исландии, равным 2.

Равнопрочную колонну обсадных труб выбирают с учетом воздействия температурного фактора при подъеме тампонажного раствора, как правило, до устья скважины.

Для крепления стенок геотермальных скважин в зарубежной практике используются обсадные трубы по стандарту АНИ. В глубоких скважинах применяют трубы с трапецеидальной резьбой, в обычных – с округленной или остроугольной резьбой. Трубы оснащаются высокогерметичными резьбовыми соединениями и тефлоновыми уплотнительными кольцами.

В условиях сероводородной агрессии при содержании до 25-30% принимаются трубы из стали марки С-95. возможные глубины спуска обсадных труб в геотермальных скважинах приведены в табл. 7.2

В условиях коррозионного воздействия горячего флюида и кислотообразующих газов при проектировании конструкции скважин

Таблица 8.2

Глубина спуска обсадных труб в условиях геотерм [5]

*-промежуточная колонна; **- эксплуатационная колонна; ***- трубы из стекловолокна.

в качестве меры профилактики предусматривают использование обсадных труб из сталей специальных марок, устойчивых к агрессивному действию и минерализованных вод, например

С-95. Однако эта проблема еще полностью не решена. Во Франции для предупреждения коррозии применяют обсадные трубы из стекловолокна с цементированием затрубного пространства и футеровкой их внутренней поверхности. Сила сцепления (МПа) цементного камня с трубами из стекловолокна и особенно при их песчаном покрытии выше, чем со стальными:

Из стали______________________3 5

Из стекловолокна______________4 10,5

С песчаным покрытием _________6 15,5

Трубу из стекловолокна имеют наружный диаметр 177,8 мм, внутренний – 152,4 мм. Внутренняя их футеровка служит для снижения теплопередачи от теплоносителя в породы.

Конструкция скважины, как правило, включают от 3 до 5 колонн труб (направление, кондуктор, одну-две промежуточные, эксплуатационную колонны, иногда еще «хвостовик»), что

Рис. 8.1. Конструкции геотермальных скважин:

а – Ставропольский край; б – Дагестан; в - Камчатка

объясняется необходимостью перекрытия зон осложнений (обвалы, поглощения) и предотвращения потерь тепла окружающие породы при циркуляции теплоносителя по стволу скважины. Типовые конструкции скважин ряда геотермальных месторождений СНГ приведены на рис. 7.1.