Проектирование и обоснование конструкции скважины

Под конструкцией эксплуатационного забоя понимается конструкция низа обсадной эксплуатационной колонны в районе продуктивного пласта. Конструкция должна отвечать определенным требованиям:

1. Устройство ствола в процессе всего периода эксплуатации.

2. Проведение технологических операций по повышению нефтеотдачи.

3. Возможность проведения ремонтно-изоляционных работ.

4. Максимальная производительность скважины.

Из всех имеющихся способов устройства эксплуатационного забоя для конкретных условий данной скважины: коллектор неустойчивый, водоносный горизонт лежит ниже подошвы продуктивного пласта на 10 метров, выбираем следующий метод: ствол скважины выше продуктивного горизонта при первичном вскрытии остается открытым, не закрепленный обсадными трубами, вскрытие продуктивного горизонта осуществляется на промывочной жидкости, обеспечивающей сохранность открытого ствола скважины. В этом случае бурится до глубины, на 50 м ниже подошвы продуктивного горизонта. Затем в скважину спускается до забоя обсадная колонна и цементируется по всей длине, в последствии обсадная колонна и цементный камень в районе эксплуатационного объекта перфорируется [2].

Этот метод имеет следующие достоинства: прост в реализации; позволяет селективно сообщать скважину с любым пропластком продуктивной залежи; стоимость собственно буровых работ может быть меньше, чем при других методах.

Под несовместимыми условиями бурения понимают такое их сочетание, когда заданные параметры процессов бурения нижележащего интервала скважины вызовут осложнения в пробуренном вышележащем интервале, если последний не закреплен колонной. С этой целью строится график совмещенных давлений рис.2.1 на основании данных, представленных в табл.1.5 По графику определяется число и глубина спуска обсадных промежуточных колонн.

Давление столба промывочной жидкости должно превышать Рпл на глубине 0 - 1200 метров на 10 - 15%, но не более 1, 5 МПа, на глубине 1200 - 2500 м на 7 - 10%, но не более 2, 5 МПа, на глубине 2500 - 2830 м на 7 - 4%, но не более 3, 5 МПа [3].

Из графика следует, что интервалы, несовместимые по условиям бурения в разрезе отсутствуют. Необходимое условие Рпл < Рбр < Ргр выполняется.

Проектируемое число и глубины спуска обсадных колонн должны обеспечить:

Долговечность скважины.

Герметичное разобщение всех проницаемых пород.

Сохранность запасов полезных ископаемых.

Минимальную вероятность осложнений.

Минимальную металлоемкость.

Минимум затрат на единицу добываемой продукции.

Практически обязательными являются кондуктор и эксплуатационная колонна, направление отсутствует, так как бурение и крепление кондуктора длится двое суток и размыва устья не происходит.

Минимальная глубина спуска кондуктора Н _к рассчитывается по формуле, представленной в [1], исходя из условия предупреждения гидроразрыва горных пород:

Н_К ³ (РПЛ -10^-6× L × q_Ф) / (Δ Р_ГР - 0, 1× q_Ф) м, (2.1)

где РПЛ - максимальное пластовое давление в скважине, МПа; L - глубина скважины, м; q_Ф - удельный вес флюида, Н/м³; Δ Р_ГР - максимальный градиент гидроразрыва пород, МПа/м.

Н_К ³ (28, 5 - 10^-6× 2825× 0, 76× 10⁴) / (0, 2 - 0, 1× 0, 76× 10⁴) = 480 м.

Принимается глубина спуска кондуктора исходя из того, что скважина наклонно направленная, по вертикали 600 метров по длине ствола 650 м, исходя из выбранного способа вскрытия продуктивного горизонта, эксплуатационная колонна спускается на глубину 2825 (3100) м.

Расчет конструкции скважины осуществляется снизу в вверх. При этом исходным является диаметр самой нижней колонны, в нашем случае - эксплуатационной, который принимается в зависимости от ожидаемого дебита, притока и условий опробования, эксплуатации и ремонта скважины. Ожидаемый дебит проектируемой скважины равен 120 тонн/сутки. Для данного дебита рекомендуемый диаметр эксплуатационной колонны составляет 0, 146 м [].

Диаметр долота для бурения ствола под эксплуатационную колонну рассчитывается по формуле:

d^э_д=d^э_м+2× d_к м, (2.2)

где d^э_{д -} диаметр долота под данную колонну, м; d^э_м - наружный диаметр муфт обсадных труб, м; d_к - минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске, м.

Наружный диаметр муфт для обсадных труб диаметром 0, 146 м - 0, 166 м, минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске обсадных труб диаметром 0, 146 м - 0, 01…0, 015м [4].

d^э_д=0, 166+2× (0, 01…0, 015) =0, 186…0, 196 м.

Принимается диаметр долота равный 0, 2159 м, так как опыт бурения скважин на Игольско-Таловом месторождении показывает эффективность использования долот с этим диаметром на данном интервале.

Внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны (кондуктора) рассчитывается следующим образом:

d^к_в=d^э_д+2× d м, (2.3)

где d^к_в - внутренний диаметр кондуктора, м;

d^э_д - диаметр долота под эксплуатационную колонну, м;

d - минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода внутри данной колонны долота для бурения под эксплуатационную колонну, м.

Минимально необходимый радиальный зазор равен 0, 005…0, 01м.

d ^к_в=0, 2159+2× (0, 005…0, 01) =0, 2259…0, 2359 м.

Принимаем обсадные трубы с диаметром наружным 0, 2445 м.

Диаметр долота для бурения ствола под кондуктор рассчитывается по формуле 2.2 Наружный диаметр муфт для обсадных труб диаметром 0, 2445 м - 0, 270 м, минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске обсадных труб диаметром 0, 270 м - 0, 02…0, 025 м [4].

d ^к_д=0, 270+2× (0, 02…0, 025) =0, 310…0, 320 м.

Выбираем долото диаметром 0, 2953 м, так как опыт бурения скважин на Игольско-Таловом месторождении показывает эффективность использования долот с этим диаметром на данном интервале.

Сводные данные о диаметрах долот и обсадных колонн приведены в табл.2.1

Таблица 2.1 Диаметр долот и обсадных колонн

2.2.2 Обоснование и расчёт профиля проектной скважины

Проектирование профилей наклонно направленных скважин заключается, во-первых, в выборе типа профиля, во-вторых, в определении интенсивности искривления на отдельных участках ствола, и, в-третьих, в расчете профиля, включающем расчет длин, глубин по вертикали и отходов по горизонтали для каждого интервала ствола и скважины в целом [5].

Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении.

Профили скважины классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские - расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. В данном разделе рассматриваются только плоские профили [5].

Исходя из условий, представленных в специальной части дипломного проекта, для реализации поставленных задач применим пятиинтервальный профиль скважины (рис.2.2). Данный тип профиля скважины включает вертикальный участок, участок набора зенитного угла, участок стабилизации зенитного угла, участок падения зенитного угла до 0⁰ или близких к нему значений и второй вертикальный участок.

При проведении расчетов пользуемся следующими условными обозначениями: h - глубина скважины по вертикали, м; S - общий отход скважины (смещение), м; n - вертикальная проекция n-го интервала, м; Sn - горизонтальная проекция n-го интервала, м; ln - длина n-го интервала, м; Rn - радиус кривизны n-го интервала, м; L - глубина скважины по стволу, м; qn - зенитный угол скважины в конце n-го интервала, град.

При расчете пятиинтервального профиля скважины пользуются следующими проектными данными: глубина скважины по вертикали (до подошвы продуктивного пласта) h=2760 м; общий отход скважины S=1149 м; возможная длина интервала стабилизации l₃=2249 м; радиус кривизны 4-го интервала R₄=498 м; устанавливается длина пятого вертикального участка H₅=250м.

Далее определяются промежуточные параметрыR₀ и Н по формулам:

R₀= R₂+ R₄ м; (2.4)

R₀= 401+498=899 м;

Н= h-Н₁-Н₅ м; (2.5)

Н= 2760-100-250=2410 м.

Зенитный угол в конце второго интервала по формуле 2.6 составит:

q₂=arcsin (R₀ · H- (R₀-S) × (H²-S· (2·R₀-S) ²) ^{0, 5}/ (H²+ R₀² - S · (2 ·R₀-S))) град; (2.6)

q₂=arcsin (899· 2410- (899-1149) · (2410²-1149· (2·899-1149) ²) ^{0, 5}/ (2410²+ 899² - 1149 · (2 ·899-1149))) =27, 75 град

Расчет профиля на втором интервале ведется по следующим формулам:

l₂ =0, 01745· R₂ q₂ м; (2.7)

l₂ =0, 01745· 401 ·27, 75 =194 м;

Н₂= R₂ ·sinq₂ м; (2.8)

Н₂= 401 sin27, 75=186 м;

S₂= R₂ · (1-cos q₂) м; (2.9)

S₂= 401 · (1-cos 27, 75) =46 м.

Остальные параметры определяются по следующим формулам:

Н₃= h - Н₁ - Н₅- (R₂+ R₄) · sinq₂ м; (2.10)

Н₃= 2760-100 - 250- (401+ 498) · sin27, 75=1992 м

l₃= Н₃/cos q₂ м; (2.11)

l₃= 1991/cos 27, 75=2249 м;

S₃= Н₃ · tg q₂ м; (2.12)

S₃= 1991 · tg27, 75=1046 м;

l₄ =0, 01745· R₄ ·q₂ м; (2.13)

l₄ =0, 01745· 498 ·27, 75=242 м;

S₄= R₄ · (1-cos q₂) м; (2.14)

S₄= 498 · (1-cos 27, 75) =57 м;

Н₄= R₄ ·sinq₂ м; (2.15)

Н₄= 498 ·sin27, 75=232 м;

L= Н₁+ l₂+ l₃+ l₄+ Н₅ м; (2.16)

L= 100+ 194+ 2249+ 242+ 250=3035 м

h= Н₁+ Н₂+ Н₃+ Н₄+ Н₅ м; (2.17)

h= 100+186+1992+232+250=2760 м

S= S₂+ S₃+ S₄ м; (2.18)

S= 46+1046+57=1149 м.

Все расчетные параметры заносятся в программу на проводку наклонно направленной скважины отображенной в табл.2.2

Таблица 2.2 Программа на проводку наклонно направленной скважины

При проведении скважины интенсивность пространственного искривления не должна превышать 1, 5 град/10 метров.