КОНСТРУКЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН

Конструкция эксплуатационной скважины определяется числом рядов труб, спускаемых в скважину и цементируемых в процессе бурения для успешной проводки скважин, а также оборудованием ее забоя. В скважину спускают следующие ряды труб: направление, кондуктор, промежуточную и эксплуатационную колонны.

Направление – это колонна труб, спускаемая в скважину до некоторой глубины (100...200 м), которая цементируется от устья по всей длине и служит для надежного крепления верхних интервалов и предотвращения размыва устья скважины.

Кондуктор служит для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции верхних водоносных горизонтов от загрязнения, а также для возможности установки на устье противовыбросового и устьевого оборудования.

Промежуточная обсадная колонна предназначена для крепления и изоляции вышележащих зон, несовместимых по условиям бурения с нижележащими зонами для предотвращения осложнений и аварий при бурении последующих интервалов.

Эксплуатационная колонна крепит и разобщает продуктивные пласты и вышележащие зоны геологического разреза от продуктивных пластов, обеспечивает размещение в ней обору­дования для подъема жидкости или закачки необходимых агентов в пласт. Эксплуатационную колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки (пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т. п.). Диаметр труб эксплуатационной колонны выбирают в зависимости от типоразме­ра применяемого оборудования (рис. 4).

Конструкция скважин называется одноколонной, если она состоит только из эксплуатационной колонны, двухколонной – при наличии одной промежуточной и эксплуатационной колонны и т.д.

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.

Наиболее типичными по отрасли конструкциями скважин являются:

1. Одноколонная конструкция скважины глубиной до 4000 м для добычи нефти и закачки воды. Бурится в районах Урало-Поволжья, Западной Сибири, Кавказа, Казахстана и Средней Азии:

направление диаметром d = 426—299 м, глубиной h 150— 2500 м; эксплуатационная колонна диаметром d =168, 146, 140 мм, глубиной h 4000 м.

2. Одноколонная конструкция скважины глубиной до 2000м с открытым продуктивным интервалом для добычи нефти, кото­рая бурится в Урало-Волжском районе:

направление d = 426 мм, h 50 м;

кондуктор d = 324 мм, h 320 м;

эксплуатационная колонна d=219 мм.

3. Двухколонная конструкция скважины глубиной до 4600 м для добычи нефти и закачки воды. Бурится на Северном Кав­казе и Украине:

направление d = 530 — 426 мм, h 30м;

кондуктор d = 426 — 324 мм, h = 1150 м;

промежуточная колонна d = 299 — 219 мм, h 3250 м;

эксплуатационная колонна d = 146 мм, h 4600 м.

4. Трехколонная конструкция скважины глубиной до 4800 м для добычи нефти, газа и закачки воды в пласт. Бурится в Ура­ло-Волжском, западном и северном районах Туркмении и на Кавказе:

направление d = 630—324 мм, h 30 м;

кондуктор d = 426—324 мм, h 700 м;

промежуточная колонна d = 324—299 мм, h 3000 м;

эксплуатационная колонна d = 194—114 мм, h 4800 м.

Рис. 4. Конструкция эксплуатационной скважины:1 – направление; 2 – кондук-тор; 3 – буровой раствор; 4 – цементный камень; 5 – эксплуатационная колонна; 6 – продуктивный пласт; 7 – перфорациион-ные отверстия; 8 – колонная головка; 9 – задвижка; 10 – крестовина

Конструкция забоя скважины бывает двух типов – открытого и закрытого. Открытый забой, не обсаженный колонной, используют в твердых породах, где исключены обвалы. Встречается такой тип весьма редко. При закрытом забое продуктивный пласт обсаживают колонной с последующим цементированием и перфорацией. Оборудование забоя скважины может включать и другие элементы, например, гравийный фильтр и т. п.

Технология крепления скважины на нефть и газ включает установку в устье первой обсадной колонны длиной обычно до 20 м, называемой направлением (рис. 5). Для обеспечения вертикальности или наклонной направленности последующему стволу скважины и для перекрытия неустойчивых верхних пород и изоляции газоводяных притоков спускают вторую колонну обсадных труб — т. н. кондуктор длиной от десятков до сотен м. В кольцевое (затрубное) пространство между стенками скважины и кондуктором с помощью промывочной или специальной жидкости через кондуктор закачивается цементный раствор. После окончания бурения до проектной глубины и проведения геофизических работ, выявляющих наличие продуктивных горизонтов (нефть, газ и др.), в скважину спускают эксплуатационную колонну обсадных труб. Во избежание перетоков нефти или газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пласты пространство скважины за эксплуатационной колонной также заполняется цементным раствором. В сложных геологических условиях (водоносные, поглощающие горизонты и др.), когда проходка скважин без дополнительного крепления невозможна, между кондуктором и эксплуатационной колонной спускается промежуточная (техническая) колонна. Если после кондуктора спускается только эксплуатационная колонна, конструкция скважины называется одноколонной (при одной или двух промежуточных колоннах конструкция скважины называется двух- или трехколонной.

На месторождениях Западной Сибири распространено кустовое бурение.

Кустовое бурение – сооружение групп скважин с общего основания ограниченной площади, на котором размещается буровая установка и оборудование. Производится при отсутствии удобных площадок для буровых установок и для сокращения времени и стоимости бурения. Расстояния между устьями скважин не менее 3 м.

Рис. 5. Скважинные направления для условий вечной мерзлоты:

а – с теплоизоляцией и циркуляцией охлаждающего агента по трубкам; б – с циркуляцией охлаждающего агента по трубкам; в – с циркуляцией охлаждающего агента по межтрубному пространству; 1, 2, 3 – соответственно внутренняя, промежуточная и внешняя трубы; 4 – циркуляционные трубки;

5 – теплоизоляция; 6 – раструб; 7,8 – соответственно входной и отводной патрубки

Конструкция скважин в вечномерзлых породах зависит от типа этих пород, определяемого минимальной температурой и склонностью оттаявших пород к усадкам.

Встречаются четыре типа вечномерзлых пород: высокотемпературные (Т_м > —3°С) — непросадочные слабо­льдистые, просадочные сильнольдистые; низкотемпературные (Т_м< —3°С) — непросадочные, проса­дочные.

Рис. 6. Конструкция скважины: а...д – нагнетательная; е – эксплуатационная; ж – для ВДОГ; 1 – направление; 2 – кондуктор;

3– промежуточная колонна; 4 – эксплуатационная колонна

На севере европейской части СССР и в Восточной Сибири наиболее часто встречаются вечномерзлые породы первого типа. Конструкция скважин для пород этого типа принципиально не отличается от конструкции скважин для обычных немёрзлых пород. Необходимым условием при подборе обсадных колонн является учет дополнительных напряжений, которые могут воз­никнуть при длительных остановках скважин и повторном про­мерзании оттаявших вокруг скважины пород.

Рис. 7. Конструкции термоизолированных труб: а — сплошная термоизолированная труба: б — термоизолированная труба с переводником; 1 — наружная труба; 2 — внутренняя труба; 3—муфта; 4 — компенсатор линейных удлинений; 5 — уплотнения; 6 – теплоизолирующий материал; 7, 8 — переводники

Для вечномерзлых пород остальных типов целесообразно применение специальных конструкций, обеспечивающих сохра­нение мерзлого состояния пород в процессе эксплуатации сква­жины (рис. 7). Для этих целей должны быть использованы теплоизолированные насосно-компрессорные трубы и специаль­ные скважинные направления, спускаемые на всю толщину мерз­лых пород.

Теплоизолированная насосно-компрессорная труба (рис. 7) представляет собой две коаксиально расположенные трубы, в зазоре которых помещен изолирующий материал (базальтовое волокно, полиуретан и др.). Неотъемлемая часть теплоизолиро­ванной трубы — компенсатор линейных удлинений, так как внутренние и наружные элементы НКТ работают в различных температурных диапазонах. Существует несколько типов конструкций компенсаторов.

Специальные скважинные направления рассчитаны на циркуляцию охлаждающего агента в них. Обычно направления перекрывают верхнюю высокольдистую часть разреза ствола скважины. Глубина спуска специального направления составляет около 20 м.