Конструкция скважины и диаметры обсадных колонн

Основные конструктивные параметры скважин — число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема цементного раствора в затрубном пространстве.

Конструкции скважин разрабатываются с учетом следующих основных факторов:

· геологических особенностей залегания горных пород, их физико-механических характеристик, наличия' флюидосодержащих горизонтов, величины пластовых давлений и температур, а также давления гидроразрыва проходимых пород;

· назначения и цели бурения скважины;

· уровня организации техники, технологии бурения и геологической изученности района буровых работ;

· предполагаемого метода заканчивания скважины;

· уровня квалификации буровой бригады и организации материально-технического обеспечения;

· способа бурения скважины;

· способов и техники освоения, эксплуатации и ремонта скважин.

Наряду с технологическими, эксплуатационными и экономическими факторами при выборе и расчете конструкции скважин необходимо учитывать параметры и режимы работы буровых машин, обеспечивающих бурение и крепление скважины. Недооценка этого фактора приводит к неоправданному увеличению мощности буровых лебедок, насосов, ротора, забойных двигателей, а также грузоподъемности вышек и талевой системы. В результате возрастает масса буровых комплексов, ухудшаются их транспортабельность и монтажеспособность, увеличиваются материальные и трудовые затраты, связанные с ремонтом и техническим обслуживанием. Поэтому одно из важных направлений совершенствования конструкций скважин — уменьшение диаметров, а следовательно, и веса обсадных колонн за счет уменьшения конечного диаметра скважины, рационального сочетания диаметров обсадных колонн и долот, использования в компоновках промежуточных и эксплуатационных колонн высокопрочных обсадных труб с муфтами уменьшенного диаметра и безмуфтовых обсадных труб.

Основой выбора конструкции скважины является диаметр эксплуатационной колонны, назначаемый в зависимости от ожидаемого дебита нефти или газа и возможности выполнения геофизических, ремонтных, ловильных работ, а также монтажа и технического обслуживания скважинного оборудования для механизированной добычи нефти. В разведочных скважинах диаметр эксплуатационной колонны определяется по числу промежуточных обсадных колонн и с учетом требований, обеспечивающих извлечение качественного кернового материала и испытание вскрытых объектов на приток. С уменьшением диаметра эксплуатационной колонны уменьшаются диаметры промежуточных колонн, кондуктора, направления, используемых долот.

Одновременно следует учитывать, что сопротивление труб наружному и внутреннему давлению возрастает с уменьшением их диаметра. Поэтому масса и стоимость обсадных колонн малого диаметра снижаются при уменьшении как диаметра, так и толщины стенки и группы прочности используемых труб. При строительстве скважин малого диаметра экономятся энергия, металл, цемент, буровой раствор, химические реагенты, утяжелитель. Указанные и некоторые другие преимущества скважин малого диаметра приобретают особую важность при кустовом бурении на море и суше.

Уменьшение диаметра скважин позволяет сократить расстояние между их устьями и увеличить число скважин на одном кусте, в результате чего снижаются затраты на строительство морских оснований и обустройство площадей для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Так, в Каспийском море (Банка Дарвина) с индивидуального морского основания вместо обычных 16—24 были пробурены 32 скважины малого диаметра.

Диаметр долот для бурения под обсадную колонну выбирают в зависимости от диаметра муфты используемых обсадных труб:

(6.3)

где D — диаметр долота; D — диаметр муфты обсадной трубы; — диаметральный зазор между стволом скважины и муфтами обсадных труб.

Зазор между стволом скважины и диаметром муфт должен быть достаточным для беспрепятственного спуска обсадной колонны. Величина зазора выбирается в зависимости от диаметра обсадной колонны с учетом глубины ее спуска, искривленности ствола, устойчивости стенок скважины и других

Таблица 6.1

Диаметр, мм	Диаметральный зазор, мм	Диаметр, мм
обсадной колонны	муфты обсадных труб		обсадной колонны	муфты обсадных труб	Диаметральный зазор, мм

факторов. Опыт бурения, накопленный за последние годы, свидетельствует о стремлении уменьшить зазор между стволом скважины и муфтами обсадных колонн. Обсадные колонны диаметром 114—219 мм успешно спускают в скважины при диаметральных зазорах 6— 18 мм. Вследствие уменьшения диаметральных зазоров достигается дополнительная экономия средств, расходуемых на строительство скважин. Этому же способствует применение безмуфтовых обсадных труб и сварных колонн.

В табл. 6.1 приведены наибольшие значения диаметральных зазоров между стволом скважины и муфтами обсадных труб, рекомендуемых на основе опыта бурения в Азербайджане.

Диаметры промежуточной колонны, кондуктора и направления определяют по диаметру долота для бурения под последующую колонну. Так, диаметр промежуточной колонны выбирают по диаметру долота для бурения ствола скважины под эксплуатационную колонну. При этом внутренний диаметр промежуточной колонны должен быть больше диаметра долота, выбранного для бурения ствола скважины под эксплуатационную колонну, чтобы обеспечить возможность его спуска на забой для дальнейшего углубления скважины. В соответствии с этим внутренний диаметр каждой ранее спускаемой колонны определяется из условия

(6.4)

где d — наименьший внутренний диаметр обсадной трубы; D — диаметр долота для бурения ствола под последующую колонну обсадных труб; — зазор между внутренним диаметром обсадной трубы и долотом.

С учетом допусков на диаметры обсадных труб и долот величина зазора Д должна быть не менее 4—6 мм и не более 10—20 мм [34]. По полученному результату из ГОСТ 632—80 выбирают обсадную трубу, минимальный внутренний диаметр которой наиболее близко соответствует расчетному. На рис. 6.2 приведена номограмма для выбора диаметров обсадных колонн и долот, используемых при разработке технических проектов на бурение нефтяных и газовых скважин [41].

Рис. 6.2. Номограмма для выбора диаметров обсадных труб и долот: Обсадные трубы: а — гладкие безмуфтовые ОГ/м; б — с высокогерметичными соединениями ОТТГ (ГОСТ 632—80); в — безмуфтовые раструбные с высаженными концами ТБО-4; г — безмуфтовые с высадкой на одном конце ТБО (ГОСТ 632—80); д — с трапецеидальной резьбой ОТТМ (ГОСТ 632—80); е — с треугольной резьбой (ГОСТ 632—80); А— долота, проходящие через отверстие труб; Б — долота, обеспечивающие зазор между стенкой скважины и резьбовым соединением труб; В — несовместимые долота и трубы