Особенности конструкций газовых скважин

Особенности конструкции и оборудования газовых скважин по сравнению с нефтяными, в частности с фонтанными скважи­нами, обусловлены отличиями свойств газа и нефти.

Физические свойства газа - плотность и вязкость, их изме­нение в зависимости от явления и температуры существенно отличаются от плотности и вязкости нефти и воды. Во многих случаях плотность газа значительно меньше плотности нефти и воды, а коэффициент динамической вязкости газа в 50-100 раз меньше, чем у воды и нефти.

Различие плотностей газа и жидкостей вызывает необхо­димость спуска кондуктора в газовых скважинах на большую глубину чем в нефтяных для предотвращения взрыва газом горных пород, загрязнения водоносных горизонтов питьевой воды, выхода газа на дневную поверхность.

Скорость движения газа в стволе скважины в 5—25 раз больше, чем скорость движения нефти. Извлечение газа из недр на поверхность происходит пока только за счет использования пластовой энергии. Газ некоторых месторождений содержит агрессивные, коррозионные компоненты (сероводород, угле­кислый газ). Отсюда к прочности и герметичности газовой скважины предъявляют более жесткие требования.

Газовые и газоконденсатные месторождения залегают в зем­ной коре на различных глубинах: от 250 до 10000 м и более. Для извлечения углеводородных компонентов пластового флюида на поверхность бурятся газовые и газоконденсатные скважины. Газовые скважины используются для: 1) движения газа из пла­ста в поверхностные установки промысла; 2) защиты вскрытых горных пород разреза от обвалов; 3) разобщения газоносных, нефтеносных и водоносных пластов; 4) предотвращения под­земных потерь газа.

Давление газа на устье газовой скважины всего на 5—10% меньше забойного давления или пластового давления в оста­новленной скважине. При истощении залежи или при особых условиях (открытый газовый фонтан, перекрытие ствола скважинным клапаном-отсекателем) устьевое давление при­ближается к атмосферному давлению. Значит, на обсадные трубы создаются большие давления и их перепады при наличии температурных напряжений. В случае малейшей негерметично­сти обсадной колонны вследствие малой вязкости газ проникает в вышележащие пласты, что может привести к загазованности территорий, образованию грифонов и создать взрывоопасные условия. Агрессивные компоненты не должны вызывать сни­жение прочности обсадных колонн и газопромыслового обо­рудования. Вследствие больших скоростей газа повышается опасность эрозии оборудования в газовой струе. Поэтому подби­рают соответствующие материалы обсадных колонн, повышают герметичность труб применением уплотнительных смазок для резьб или сварных соединений, цементируют трубы по воз­можности на большую высоту (до устья) и др. Герметичность колонн обсадных труб достигается различными способами: применением резьбовых соединений на концах труб и муфтах со специальной трапецеидальной формой поперечного сечения с тефлоновыми уплотнительными кольцами, использованием фторопластовой уплотнительной ленты, герметизирующих уплотнительных составов для муфтовых соединений. Герме­тичность заколонного пространства скважин обеспечивается применением цементов определенных марок, дающих газоне­проницаемый, трещиностойкий цементный камень.

Газовые скважины эксплуатируются в течение длительного времени в сложных, резко изменяющихся условиях. Действи­тельно, давление газа в скважинах доходит до 100 МПа, темпе­ратура газа достигает 523 К. В процессе освоения, исследований, капитального ремонта и во время эксплуатации скважин резко изменяются давление, температура, состав газа, движущегося в скважине.

Скважины - дорогостоящие капитальные сооружения. В общих капитальных вложениях в добычу газа удельный вес капитальных вложений в строительство скважин может составлять 60—80% в зависимости от глубины залегания место­рождения, геологических условий бурения скважин, географи­ческих условий расположения месторождений. Долговечность работы и стоимость строительства скважин определяются их конструкциями.

Конструкцией скважины называют сочетание нескольких колонн обсадных труб различной длины и диаметра, спускае­мых концентрично одна внутри другой в скважину. Колонны обсадных труб скрепляются с породами геологического разреза цементным камнем, поднимаемым за трубами на определенную высоту.

Конструкция скважины должна обеспечивать: доведение скважины до проектной глубины; осуществление заданных способов вскрытия продуктивных горизонтов и методов их эксплуатации; предотвращение осложнений в процессе бурения и эксплуатации; ремонт скважины; выполнение исследователь­ских работ; минимум затрат на строительство скважины, как законченного объекта в целом.

Конструкция добывающих газовых скважин зависит от многих факторов, в частности от пластового давления и от­ношения его к гидростатическому, геологических условий бурения, геолого-физических параметров пласта, физических свойств пластового флюида, разности давлений между пласта­ми, технологических условий эксплуатации скважин, режима эксплуатации пласта, экономических соображений.

При движении газа в стволе с забоя на поверхность, осо­бенно в высокодебитных скважинах, происходят большие по­тери давления на гидравлическое сопротивление, которые при дебите 0,5 млн. м³/сут в 2—3 раза превышают депрессию. Эти потери давления могут уменьшать дебит газовой скважины. При увеличении диаметра скважины (эксплуатационной ко­лонны) уменьшается расход пластовой энергии, но возрастают капитальные вложения на строительство скважины и снижается надежность. В настоящее время экономически оправдано при­менение в высокодебитных газовых скважинах эксплуатацион­ных колонн диаметром 219—245 мм.