Технология бурения нефтяных и газовых скважин

бурения скважин
Томск-2015 г.
Курс лекций
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Институт природных ресурсов
Кафедра

бурения скважин

конструкции скважины
2

обсадных колонн, диаметрах буровых долот и интервалах цементирования по интервалам

бурения.

5

и забой скважины
продуктивный горизонт и зона перфорации
7

и забой скважины
продуктивный горизонт и зона перфорации
8

5 до 300 м), которую опускают в верхнюю (направляющую) часть

ствола, чтобы изолировать верхний наносный слой почвы и отвести восходящий поток бурового агента из ствола скважины в очистную систему, цементируется по всей длине

10

ствол буровой скважины, предназначеная для перекрытия верхних неустойчивых отложений, водоносных

и поглощающих пластов, зон многолетнемёрзлых пород и т.п. На неё устанавливают противовыбросовое оборудование; кольцевое пространство за колонной обычно цементируют по всей длине.

11

после кондукторной для крепления неустойчивых пород, разобщения зон осложнений, зон

несовместимых по условиям бурения и водоносных горизонтов.

12

предотвращения гидроразрыва пластов, устойчивости стенки ствола буровых скважин, разделения зон

применения различных буровых агентов, а также с учетом наличия в разрезе зон осложнений.

13

крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и

извлечения из скважины нефти или газа или, наоборот, для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна. Цементируется полностью, либо в «нахлест» с предыдущей обсадной колонной.

14

обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не

имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами. Обычно они являются не извлекаемыми.
Существует исполнение извлекаемых профильных перекрывателей, при использовании которых идет развальцовывание лишь верхней и нижней цилиндрических частей, а извлечение с помощью специального инструмента.

15

поперечном сечении либо цилиндрическое, либо лепестковое исполнение. Обычно производится предварительное

расширение интервала, в который будет установлен перекрыватель.
Затем сам перекрыватель спускается на колонне бурильных труб, в которые после этого сбрасывается шарик, перекрывающий отверстие в башмаке перекрывателя. С помощью цементировочного агрегата производится его «впрессовка» в стенки скважины, а после извлечения бурильных труб – развальцовывание специальным инструментом.

16

специальной системе подвески в предыдущей обсадной колонне («внахлёст» на 20-50

м). Хвостовик может как цементироваться, так и не цементироваться, что обусловлено в первую очередь прочностью пород разрабатываемого пласта-коллектора.

17

и забой скважины
продуктивный горизонт и зона перфорации
18

с помощью долота одного диаметра и преимущественно с применением одной

запроектированной технологии бурения.

19

и забой скважины
продуктивный горизонт и зона перфорации
20

конкретная обсадная колонна. Обсадные колонны могут цементироваться до устья (в

основном, направление и кондуктор) и «внахлест» с предыдущей (обычно, технические и эксплуатационные). Для нефтяных скважин величина перекрытия предыдущей колонны – 150 м, для газовых скважин – 500 м. Обсадные колонны разведочных скважин цементируются обычно на всю длину.

21

и забой скважины
продуктивный горизонт и зона перфорации
22

– самая нижняя часть скважины, «дно».
Стенки скважины – боковая часть

цилиндрической основы скважины. Продуктивный горизонт – пласт в разрезе, в котором находятся природные ресурсы.
Зона перфорации – часть обсадной колонны в интервале продуктивного пласта, в которой делаются отверстия для эксплуатации.

23

типа. Близко расположенных водонапорных и газоносных горизонтов нет. Подошвенные воды

отсутствуют.

Коллектор однородный, прочный, гранулярного или трещинного типа. В кровле пласта – газовая шапка или близко расположенные напорные объекты.

Коллектор неоднородный.

Коллектор слабосцементированный, гранулярный, большой пористости и проницаемости, с нормальным или низким пластовым давлением. При его эксплуатации имеет место разрушение пласта и вынос песка из скважины.

26

2- цементное кольцо; 3- зона перфорации; 4- продуктивный пласт; 5-

заколонный пакер; 6- фильтр в колоне; 7- подвеска фильтра; 8- водоносный пласт; 9- фильтр-хвостовик; 10- гравийный фильтр; 11- зона проникновения; 12- фильтр из тампонажного материала

27

для заканчивания скважин в условиях, когда применение тампонажного материала недопустимо

из-за ухудшения коллекторских свойств пласта. Продуктивный объект остается открытым или перекрывается не зацементированным фильтром.

28

продуктивных горизонтов друг от друга с целью обеспечения их разработки

по системе снизу вверх или для совместно-раздельной эксплуатации. Применяется также при неоднородном коллекторе. Продуктивный объект перекрывается сплошной или потайной колонной с обязательным его цементированием.

29

элементы конструкций открытого и закрытого забоев. Такие конструкции рациональны в

однородной залежи для изоляции близко расположенных от кровли объектов напорных горизонтов. С этой целью в верхнюю часть продуктивного объекта спускают и цементируют эксплуатационную колонну. Нижняя часть пласта остается открытой или перекрывается не зацементированным фильтром.

30

создание в призабойной зоне искусственных барьеров, которые снижают поступление песка

в скважину. С этой целью используют механические фильтры (ж) или фильтры из проницаемых материалов (з).

31

проницаемости, k, kT не должен выходить за границы следующих шести

классов: k, kT мкм2 >1,0; 1,0÷0,5; 0,5÷0,1; 0,1÷0,05; 0,05÷0,01; 0,01÷0,001, однородный по величине - градиент Рпл (не меняется в пределах коллектора) и имеет один тип флюида. Если хотя бы по одному из перечисленных показателей пласт неоднородный, то он называется неоднородным.

К устойчивым коллекторам относят коллекторы, породы которых при проектных депрессиях в процессе освоения и эксплуатации скважины сохраняют устойчивость и не разрушаются под воздействием фильтрационных и геостатических нагрузок.

К непрочным, слабосцементированным коллекторам относят поровые коллекторы, состоящие из низкопрочных песчаников, продукты разрушения которых при эксплуатации скважин выносятся на поверхность вместе с флюидом.

32

пластовое давление
∆pпл0,11 МПа/10м
Аномально низкое пластовое давление
∆pпл

МПа/10м

33

расстояние от пласта (например, водонапорного) до продуктивного меньше 5 метров,

то он считается близко расположенным

Среднезернистые
0,25-0,5 мм

Крупнозернистые
0,5-1 мм

Мелкозернистые
0,1-0,25 мм

34

прочности коллектора
σсж ≥ 2[K(Ргорн-Рпл)+(Pпл-Рз)]
σсж - граница прочности пород продуктивного пласта

при одноосевом сжатии, Мпа (для песчаников 30 Мпа)
К- коэффициент бокового распора - К= μ/(1- μ)
μ - коэффициент Пуассона
Рпл - пластовое давление
Рз - минимальное давление столба жидкости на забое скважины
Pгор i - горное давление

35

скважи­ны давлений гидроразрыва пород, пластовых давлений и давлений столба буро­вого

раствора. График стро­ится на основании горно-геологических усло­вий. При недостатке фактических данных они могут быть получены эмпириче­ским путем (прогнозные данные).

Цель: поиск интервалов несовместимых по условиям бурения.

37

отношение пластового давления в рассматриваемой точке пласта к глубине этой

точки.

Градиент давления гидроразрыва – отношение давления гидроразрыва в рассматриваемой точке пласта к глубине этой точки.

Градиент гидростатического столба бурового раствора – отношение давления гидростатического столба БР в рассматриваемой точке скважины к глубине этой точки.

Эквивалент градиента давления - плотность жидкости, столб которой в скважине на глубине определения создает давление, равное пластовому или давлению гидроразрыва.

39

глубиной до 1200 м гидростатическое давление в скважине, создаваемое столбом

бурового раствора, должно превышать пластовое на 10-15%, а для скважин глубиной >1200 м – на 5-10%.

Выделение интервалов с аномальной характеристикой давлений

Поиск значений эквивалентов давлений

Нанесение на график точек и линий эквивалентов давлений

Площадь ограниченная справа линией эквивалента давления гидроразрыва и слева линией эквивалента пластового давления – зона совместимых условий

Проектирование технических колонн

Число зон совместимых условий бурения = количество обсадных колонн

Не выполняется

Глубина спуска обсадной колонны принимается на 10-20 м выше окончания зоны совместимых условий, но не выше глубины начала следующей зоны совместимых условий.

40

наличии ин­тервалов, несовместимых по условиям бурения, а также при существовании

зон осложнений, когда другие способы их ликвидации не дают положительных результатов.

Кондуктор и эксплуатационная колонна - обязательны при любой конструкции скважины.

Если направление не проектиру­ется, то необходимо решить вопрос о создании замкнутого цикла циркуляции промывочной жидкости при бурении под кондуктор.

Глубина спуска направле­ния определяется по опыту сооружения скважин на данном месторождении или по требованию заказчика (5-300 м).

41

спуска кондуктора
перекрытие всей толщи рыхлого неустойчивого интервала разреза;
разобщение

водоносных горизонтов, залегающих в интервале спуска кондуктора;
установку на устье противовыбросового оборудования;
при наличии несовместимых интервалов возможность их разделения.

 

42

колонн определяется глубиной залегания несовместимых по условиям бурения интервалов или

глубин­ной интервалов, осложненных поглощениями, проявлениями и обвалами.

Эксплуатационная колонна, как правило, опускается до забоя скважины, перекрывая все продуктивные горизонты.

43

и газовой промышленности:
направление, кондуктор, потайные колонны цементируются на всю

длину;
промежуточные и эксплуатационные колонны цементируются с учетом перекрытия башмака предыдущей колонны на высоту не менее 150-300 м для нефтяных скважин и не менее 500 м для газовых скважин.

44

снизу вверх.
1. Определение диаметра эксплуатационной колонны по ожидаемому дебиту
45

диаметра муфты обсадной колонны
Необходимо стремиться к упрощению конструкции скважины и

уменьшению её металлоёмкости

46

диаметра долота под эксплуатационную колонну
 
По ГОСТ 20692- 75 принимается

ближайший диаметр долота, в сторону увеличения.

4. Определение внутреннего диаметра кондуктора

Dk=Dд+(10-14)
где Dд – диаметр долота под предудущую колонну, мм;
10-14 – зазор для свободного прохода долота внутри кондуктора.

47

обсадных труб под кондуктор по ГОСТ 632-80
48

пункты 2-5 заданное число циклов равное числу обсадных колонн
Итог
Сводная таблица

по конструкции скважины

49

«конструкция скважины»?
Какие бывают обсадные колонны?
Что такое направление?
Что такое кондуктор
Что такое

потайная колонна?
Что такое профильный перекрыватель?
Что такое техническая колонна?
Что такое хвостовик?
Что такое эксплуатационная колонна?
Что такое интервал бурения?
Что такое интервал цементирования?
Что значит цементирования «в на хлёст»?
Что такое устье, стенки и забой скважины?
Что такое интервал перфорации?
Чем одноколонная скважина от многоколонной отличается?
Какие виды коллекторов бываю?
Что означает конструкция открытого забоя?
Что означает конструкция закрытого забоя?
Что означает конструкция забоя смешанного типа?

«устойчивый коллектор»?
Что значит «нормальное», «аномально высокое» и «аномально низкое» давление?
Что

значит «низко-» и «высокопроницаемый» пласт?
Какие бывают песчаники по размеру зерен?
Какой напорный пласт считается близкорасположенным?
Какие существуют способы эксплуатации?
Какая конструкция забоя рекомендуется при раздельном способе эксплуатации?
Какая конструкция забоя рекомендуется при совместно способе эксплуатации?
Что такое совмещенный график давлений?
Для чего нужен совмещенный график давлений?
Что такое градиент давления?
Расскажите алгоритм построения графика совмещенных давлений?
Что обозначает термин «несовместимые условия бурения»?
Что определяет глубину спуска кондуктора?
Что определяет глубину спуска направления?
Что определяет глубину спуска технической колонны
Какие правиле соблюдаются при цементировании в на хлест?
Приведите алгоритм расчета диаметров обсадных колонн при проектировании конструкции скважины?
Как выбирается диаметр долота относительно того, что рекомендуется в расчетах?