Лекция № 4. Конструкция скважины. Часть 1

спуска колонн;
- интервалы затрубного цементирования;
- диаметры обсадных колонн;
- диаметры скважин

под каждую колонну.


Конструкция скважины должна обеспечить:

- Выбранный способ заканчивания;
- Проходку до проектной глубины;
- Надёжную герметическую связь между объектом и поверхностью;
- Надёжную изоляцию всех горизонтов как друг от друга, так и от поверхности;
- Возможность использования эксплуатационного оборудования;
- Возможность проведения исследовательских и ремонтных работ;
- Надёжную охрану недр;
- Минимальную материалоёмкость и стоимость.

кондуктор;
- техническая колонна;
- профильный перекрыватель/летучки;
- эксплуатационная колонна;
- хвостовик.
Конструкция скважины, содержащая

направление, кондуктор и эксплуатационную колонну называется одноколонной (направление и кондуктор не входят в число).
Обсадная колонна, не доходящая до устья скважины, называется потайной.

пород и предохранения устья от размыва;
- обвязки циркуляционной системы.





ТИПЫ ОБСАДНЫХ

КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

при эксплуатации скважин с многолетнемерзлыми горными породами происходит активное их

растепление, в результате чего возникают их просадки, обвалы, которые могут приводить к ряду осложнений и даже аварий в процессе бурения и эксплуатации скважин.
Сближение устьев скважин значительно уменьшает расходы на отсыпку кустовых площадок из-за существенного уменьшения размеров самой площадки.
Эта проблема может быть решена путем применения термоизолирующего направления обсадной трубы (термокейс). Колонна изготавливается из стальных труб разных диаметров по технологии «труба в трубе» с заливкой межтрубного пространства теплоизолирующим материалом - пенополиуретаном (ППУ).
Конструкция состоит из двух секций - верхней и нижней, соединяемых при помощи фланцев или сварным швом. Нижний элемент снабжен крепежом для временного крепления опорных деталей, упирающихся в устье скважины при установке колонны. Место соединения элементов теплоизолируется пенополиуретановыми скорлупами, далее устанавливается стальная обечайка и стягивается хомутами. После завершения монтажа опорные детали снимаются, и колонна устанавливается в рабочее положение. Пространство между колонной и скважиной заполняется цементным раствором.

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Устройство термокейса:
1 - цементный раствор, 2 - обсадная труба,
3 - цементный раствор, 4 - термокейс,
5 - тепловая изоляция ППУ, 6 - обечайка,
7 - фланец, 8 - скорлупа ППУ, 9 - гайка
приварная, 10 - заглушка

его спуска;
- закрепления стенок скважин;
- подвески последующих обсадных колонн;
- установки

противовыбросового оборудования;
- разделения интервалов с:
интенсивными осыпями и обвалами, например, в солевых отложениях;
интенсивными и катастрофическими поглощениями бурового раствора;
прихватоопасными зонами, например, сильнонабухающими глинами;
каверно- и карстообразованием;
газонефтеводопроявлениями.

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

флюидосодержащих горизонтов;
- ликвидации возможных осложнений (если таковые не ликвидируются другими

способами);
- разделения интервалов, несовместимых по условиям бурения (если использование раствора необходимой плотности для бурения интервала вызывает осложнения в вышележащем интервале).

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

т.е. откладываются значения градиентов пластовых давлений и давлений гидроразрыва по

глубине скважины.
Как видно, бурение «зоны 2» при плотности бурового раствора, используемого при бурении «зоны 1», приведет к флюидопроявлению, т.к. при этом гидростатическое давление столба бурового раствора ниже пластового давления. Следовательно, бурить «зону 2» необходимо при большей плотности бурового раствора.
При бурении «зоны 3» при плотности бурового раствора, используемого при бурении «зоны 2», произойдет гидроразрыв пласта. При этом бурение «зоны 3» при меньшей плотности вызовет флюидопроявление в «зоне 2». Таким образом, для бурения представленной скважины до проектной глубины с соблюдением условия совместимости необходимо включить в предварительный вариант конструкции скважины промежуточную колонну (до глубины 1680 метров по схеме).
Таким образом, под несовместимостью условий бурения понимают такое их сочетание, когда заданные параметры технологических процессов бурения нижележащего интервала вызывают осложнения в пробуренном вышележащем интервале, если последний не закреплен обсадной колонной, а проведение дополнительных специальных технологических мероприятий по предотвращению этих осложнений невозможно.

Совмещенный график давлений

скважины.
Представлены колоннами-летучками и профильными перекрывателями.
На рисунке представлена конструкция скважины

с колонной-летучкой, проектирование которой необходимо в связи с наличием интервалов, несовместимых по условиям бурения.

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

мере их вскрытия (главным образом, для перекрытия зон катастрофических поглощений);
•

наращивания обсадных колонн снизу без уменьшения внутреннего диаметра скважины;
• разобщения водоносных пластов от продуктивных до спуска эксплуатационных колонн;
• разобщения отдельных участков в горизонтальных скважинах;
• подвески хвостовиков в скважинах с помощью профильных подвесных устройств;
• герметизации обсадных колонн в случае их повреждений;
• возврата скважины.

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

в – двухканальный; г – желобчатый.
Образцы профильных труб:
а – двухканальные;

б – восьмилучевой; в – двенадцатилучевой.

процесс раздачи цилиндрическим или коническим пуансоном.
Однако данный способ увеличения

диаметра трубы характеризуется значительными по величине усилиями раздачи, а также частым заклиниванием конусного пуансона в раздаваемой трубе.
С этой точки зрения более надежным в настоящее время является способ увеличения внутреннего диаметра труб развальцевателем. По сравнению с раздачей осесимметричным пуансоном этот способ требует приложения значительно меньших по величине осевых нагрузок.
При использовании одношарошечных развальцевателей необходима дополнительная спускоподъемная операция и между поверхностью трубы и вальцующей шарошкой действуют значительные силы трения скольжения, увеличивающие вращательный момент на буровой инструмент.
С целью возможности установки профильного перекрывателя за одну спускоподъемную операцию и уменьшения сил трения скольжения разработано несколько конструкций развальцевателей, работающих на принципе качения деформирующих элементов по внутренней поверхности трубы.
Среди вариантов развальцевателей, работающих на принципе качения, наиболее простым является трехшарошечный развальцеватель

скважинах диаметром 215,9 мм:
а – транспортное положение перекрывателя; б –

выправленный давлением жидкости перекрыватель; в – развальцованный перекрыватель; г – продолжение углубления скважины долотом диаметром 190,5 мм

Такая технология локального крепления пластов профильными трубами эффективна, когда встречаются единичные зоны осложнений, и после изоляционных работ остается незначительный интервал для добуривания скважины.

1 технология

скважинах диаметром 215,9 мм:
а – расширение ствола скважины; б –

выправленный перекрыватель; в – развальцовывание; г – продолжение углубления скважины долотом диаметром 215,9 мм

Такая технология заключается в том, что экспандируемые трубы устанавливаются в скважине с предварительно увеличенным диаметром с помощью раздвижного расширителя, что позволяет продолжать бурение долотами того же диаметра.

2 технология

ОЛКС за одну спускоподъемную операцию:
а – вскрытие пласта с одновременным

расширением диаметра скважины; б – выправление профильных труб давлением жидкости; в – развальцовывание перекрывателя; г – продолжение углубления скважины таким же долотом и инструментом, которым бурилась скважина до установки перекрывателя

Такая технология предусматривает совмещение операций расширения диаметра скважины в зонах осложнений с процессом их вскрытия, а операции установки перекрывателя – с процессом его калибровки развальцевателем.

3 технология

транспортировки флюида на поверхность.

Хвостовик служит для:
- закрепления стенок скважин;
- разобщения

флюидосодержащих горизонтов;
- транспортировки флюида на поверхность;
- для крепления необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;
Хвостовик заменяет либо эксплуатационную колонну (самый распространенный случай), либо промежуточную (используется реже).
Преимуществами заканчивания скважины хвостовиками являются упрощение конструкции скважины за счет уменьшения длины и диаметра спускаемых в нее обсадных колонн; сокращение материальных и временных затрат на строительство скважины.
Недостатками хвостовика являются возможная негерметичность в подвеске хвостовика; затруднения, возникающие при первичном цементировании вследствие малых кольцевых зазоров между хвостовиком и скважиной; сложность спуска до проектной глубины.

ТИПЫ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

независимо друг от друга уз­лов:
узла якоря 1, обеспечивающего подвеску хвосто­вика

в технической колонне;
узла гидромеханического пакера 2, обеспечиваю­щего герметизацию межтрубного пространства;
узла гидравлического разъединителя 3, обеспечива­ющего спуск узлов устройства в скважину вместе с хво­стовиком, проведение технологических операций, связан­ных с промывками, приведение в действие всех устройств с последующим автоматическим разъединением транс­портировочной колонны и устройства;
узла механического разъединения 4, дублирующего работу гидравлического, в случае невозможности созда­ния внутреннего давления.
Последовательность подвески и разъединения це­ментируемого хвостовика заключается в следующем:
спуск устройства в скважину в составе хвостовика на транспортировочной колонне труб;
проведение промывок с ограничением по давле­нию (не более 75% от давления заякоривания);
проведение цементирования хвостовика с пуском цементировочной пробки после закачки тампонажного раствора, для отделения цементного раствора от прода­вочной жидкости;
продавливание тампонажного раствора в затруб­ное пространство хвостовика с ограничением по давле­нию продавки после срезки подвесной пробки (не более 75% от давления разъединения) и получение сигнала «СТОП»;
приведение в действие узла якоря, что производится путем повышения внутреннего избыточного давления до 14 МПа;
приведение в действие узла гидравлического разъединения, что обеспечивается повышением давления до 20 МПа;
в случае несрабатывания гидравлического узел механического разъединения приводится в действие вращением транспортировочной колонны вправо;
приведение в действие узла пакера осуществляется путем частичной разгрузки веса транспортировочной колонны на «голову» хвостовика;
проведение промывки и подъем транспортировочной колонны.

Подвеска хвостовика цементируемая:
1 – узел якоря, 2 – узел пакера,
3 – узел гидравлического разъединителя,
4 – узел механического разъединителя

https://www.youtube.com/watch?v=ByJ-21mEp78

для необсаженного ствола скважины:
Бурение участка ствола для установки расширяемого хвостовика.

2. Спуск в скважину вместе с расширяемым хвостовиком расширяющего узла и пускового устройства. 3. Цементирование расширяемого хвостовика. 4. Установка запираемой снизу пробки для обеспечения расширения хвостовика. 5. Расширение хвостовика, устанавливаемого в открытом стволе. 6. Расширение втулки подвески хвостовика. 7. Разбуривание башмака расширяемого хвостовика с обратным клапаном

Halliburton, Schlumberger, Enventure, Weatherford, Baker Oil Tools, READ Well Services – другие сервисные компании, занимающиеся
продвижением технологии расширяемых труб.

одного проходного диаметра (Monodiameter, Monobore wells, Slender wells). Идея заключается

в том, чтобы устанавливать расширяемые хвостовики (подобные системе OHL) в скважине последовательно один за другим.
К достоинствам технологии относится следующее:
— переход на новую конструкцию скважины, обеспечивающий снижение диаметра и количества спускаемых колонн;
— снижение отходов бурения, особенно шлама, снижение потребного количества материалов (цемента, бурового раствора, металла);
— возможность применения меньшего по геометрическим параметрам и мощности оборудования (подводное оборудование, райзер, буровая установка и т. д.);
— снижение затрат энергии и выбросов в атмосферу;
— возможность строительства скважин со сверхбольшим отходом от вертикали.