Количество обсадных колонн и глубина их спуска

При проектировании конструкции скважины на нефть и газ обосновывается требуемое количество обсадных колонн и глубин их спуска.

С этой целью строится график изменения коэффициента аномальности пластовых давлений k_a и индекса давлений поглощения k_погл.

На основании данных изменения коэффициента k_a и индекса k_погл выделяются зоны с несовместимыми условиями бурения (условия в двух смежных зонах несовместимы, если для перехода к разбуриванию нижней из них ρ_бр или состав бурового раствора нужно изменять так, что это приведет к возникновению осложнений в верхней зоне).

Для разбуривания пород в зонах с несовместимыми условиями бурения необходимо нормировать величину относительной плотности бурового раствора (ρ₀)

ρ₀=ρ_бр/ρ_в              (6.4)

где ρ_бр - плотность бурового раствора, кг/м3; ρ_в - плотность воды, кг/м).

Опасность возникновения осложнений (поглощений, газонефтепроявлений, нарушений устойчивости горных пород) сводится к минимуму при соблюдении следующих условий

       (6.5)

где k_a - коэффициент аномальности пластового давления; k_y - индекс давления устойчивости породы - отношение давления относительной устойчивости породы ρ на глубине Н_у к давлению столба воды такой же высоты

                (6.6)
P_y=ρ_брgН_у              (6.7)

Приступить к разбуриванию нижерасположенной зоны можно, если надежно изолировать предыдущую путем спуска обсадной колонны и цементирования заколонного пространства тампонажным раствором.

Необходимая величина ρ₀ нормируется с соблюдением следующих условий:

а) условие предупреждения притока пластовых флюидов

ρ₀=k_pk_a       (6.8)

где k_p - коэффициент резерва: k_р=1,10-1,15 в скважинах глубиной до 1200 м; k_р=1,05-1,10 в скважинах глубиной 1200-2500 м и k_р=1,04-1,07 в скважинах глубиной 2500 м;

б) условие предупреждения потери устойчивости стенок скважины

ρ0≥ky                (6.9)

где k_у - индекс давления относительной устойчивости породы

k_y=P_y/ρ_в,           (6.10)

где Р_у - давление относительной устойчивости горных пород на глубине Н_у

P_y=ρ_брgH_y.                    (6.11)

Если разница между Рпор в породе и давлением в скважине превышает величину депрессии

k_у=k_{а пор} - Р_деп/Р_в,          (6.12)

где Р_деп - депрессия на пласт, определяемая опытным путем; Р_в - давление столба воды (в МПа) плотность ρ_в=1000 кг/м3.

в) условие предупреждения статической репрессии на продуктивный пласт

ρ₀=k_a-Р_реп(д)/Р_в,              (6.13)

или

Р_в-Р_пл≤Р_диф(д),              (6.14)

где Р_реп(д), Р_диф(д) - соответственно допустимые репрессия и дифференциальное давления на пласт.

Ниже приведены рекомендуемые значения Р_реп(д) и Р_диф(д).

Глубина Н,м	≤1200	1200-2500	>2500
Допустимая репрессия в МПа, не более,	1,5	2,5	3,5

Статическую репрессию на глубине Н можно вычисляют по формуле

Р_реп=(ρ₀-k_a)P_в;              (6.15)

г) условие поддержания величины ρ0 при разбуривании хемогенных пород

ρ₀≥ρ_о.н.      (6.16)

где ρ_о.н - относительная плотность водного раствора, полностью насыщенного солями разбуриваемой хемогенной горной породы;

д) условие предупреждения поглощения бурового раствора

ρ_о.э < k_погл(6.17)

где ρ_о.э  - относительная эквивалентная плотность столба бурового раствора, равная; k_погл - индекс давления поглощения.

ρ_о.э = ρ₀ + (gradρ_г.д+Р_у.к)/Р_в

где gradρ_г.д - градиент гидродинамического давления в кольцевом пространстве на участке от устья до глубины Н; Р_у.к - избыточное давление в кольцевом пространстве у устья.

Предварительно выбранный вариант конструкции скважины, удовлетворяющий только условиям бурения с учетом пластовых давлении и давлений, при которых возможны осложнения, должен быть откорректирован с учетом других существенных факторов: наличие в разрезе неустойчивых, трещиноватых или многолетнемерзлых пород, хемогенных отложений, необходимость установки противовыбросового оборудования и др.

Так, если в районах распространения многолетнемерзлых пород встречаются интервалы, в которых твердые минеральные частицы сцементированы только льдом, всю толщу таких пород перекрывают кондуктором,. башмак которого устанавливается ниже границы мерзлоты не менее, чем на 100 м в устойчивой породе с положительной температурой

Для предотвращения растворения солей возможен вариант, когда надсолевая толща перекрывается одной, а хемогенная толща - другой обсадными колоннами.

Если на рассматриваемую колонну должно быть установлено противовыбросовое оборудование, башмак ее следует устанавливать на такой глубине, чтобы, в случае возникновения газонефтеводопроявления при дальнейшем углублении и выброса бурового раствора из скважины, породы, залегающие ниже башмака, не могли быть разорваны тем высоким давлением, которое придется создать для глушения проявления.

Относительное давление по воде в закрытой скважине - отношение давления Р_h на глубине h в скважине с закрытым устьем, частично или полностью заполненной пластовой жидкостью, к давлению столба пресной воды

                (6.19)

Ориентировочно глубина спуска кондуктора (если принять давление газа у башмака его равным пластовому) и минимальная глубина спуска промежуточной колонны (Н, м) для безопасного вскрытия пластов может быть рассчитана из выражения

                           (6.20)

где Р_{пл h} - пластовое давление на глубине h, МПа, Р_гр - градиент давления разрыва пласта (ориентировочно для газовых скважин эта величина равна Р_гр=0,02МПа/м и требует уточнения для каждого месторождения).

В последнее время все большее распространение получает схема вскрытия продуктивного пласта горизонтальной скважиной. В этом случае направляющий участок горизонтальной скважины до кровли продуктивного пласта закрепляется эксплуатационной колонной, а конечный интервал горизонтальной скважины, располагающийся в продуктивном пласте, в большинстве случаев (устойчивый коллектор) остается открытым либо закрепляется перфорированной потайной колонной (хвостовиком). В редких случаях при проведении гидроразрыва пласта может быть спущена и зацементирована потайная колонна с последующей ее перфорацией в заданных интервалах.

После определения требуемого количества обсадных колонн необходимо уточнить глубину спуска каждой колонны. Если ниже спущенной колонны будут вскрываться пласты с АВПД, глубина спуска уточняется с таким расчетом, чтобы были перекрыты интервалы слабых пород, в которых возможен гидроразрыв после полного замещения бурового раствора в скважине пластовым флюидом и герметизации устья скважины.