» » Зоны несовместимости в разрезе скважины

Зоны несовместимости в разрезе скважины

03.08.2016

Конструкция скважины зависит от наличия в разрезе интервалов несовместимости, которые необходимо разобщать зацементированной обсадной колонной.
На выбор числа обсадных колонн влияет:
1. Невозможность нахождения пластов в общем открытом стволе из-за горно-геологически несовместимых зон в разрезе скважины.
2. Технологическая необходимость:
• предупреждения разрыва пород в верхних интервалах необсаженной части ствола на случай выброса газожидкостной смеси из высоконапорных интервалов;
• крепления интервалов с ограниченной по времени устойчивостью пород (с пластичными глинами, текучими хемогенными отложениями, интервалов многолетнемёрзлых пород).
3. Технические причины из-за:
• критического износа трением при бурении под следующую обсадную колонну;
• необходимости иметь запасной размер обсадной колонны (неопределённость горно-геологической характеристики разреза при поисковом, разведочном бурении или при большой протяжённости открытого ствола).
Если горно-геологическая несовместимость является неизбежной необходимостью разобщения пластов, то технологические или инженерно-технические причины возникают в зависимости от уровня технологических решений, используемых при строительстве скважины. Неустойчивость стенок скважины и поглощения можно предупредить, используя соответствующие буровые растворы, методы упрочнения и изоляции стенок скважины (принудительная кольматация, расширяющиеся трубы и др.), опасность выброса можно исключить регулированием плотности и реологических свойств, оптимизацией гидравлической программы промывки скважин, используя соответствующие технологии и оборудование и т.п.
Возможность выброса необходимо учитывать при проектировании конструкции скважины для корректировки конструкции скважины, прежде всего в поисково-разведочных и газовых скважинах, из-за давления, которое может установиться в скважине при выбросе из высоконапорного горизонта при бурении под следующую обсадную колонну. В этой ситуации предусматривается опрессовка ствола скважины под башмаком предыдущей обсадной колонны. Если давление в стволе скважины после закрытия превентора оказывается выше давления разрыва пород, находящихся в открытом стволе, то эти породы придётся изолировать колонной.
Пример. Предположим, что на глубине 3000 м залегает газовый пласт с пластовым давлением в кровле 45 МПа. Разрез скважины в интервале от 1500 до 1900 м имеет пласт с kп = 1,9, а ниже kп =2,2. Плотность промывочной жидкости для вскрытия газового пласта равна 1670 кг/м3. В случае полного выброса этой жидкости скважина будет заполнена газом с относительной плотностью ρот = 0,6. В случае закрытия превентора после выброса значения относительных давлений ρотн = рс/ρв gz на глубине 1600 м ρотн = 2,69; на глубине 2000 м ρотн = 2,02. Опасность разрыва пород газом в интервале 1500-1900 м очевидна. Следовательно, чтобы условие ρотн<kп было выполнено, промежуточную колонну нужно спустить до глубины не менее 2000 м.
Учёт возможности механического износа обсадных колонн. Степень износа труб определяется в основном числом спускоподъемных операций, выполненных в колонне, общей продолжительностью вращения бурильного инструмента в ней и значений прижимающих нагрузок, зависящих от угла и азимута искривления ствола скважины, длины и диаметра бурильного инструмента, скорости движения колонны. Суммарный путь трения колонн при возвратно-поступательном движении и вращении бурильных труб может доходить до 500-700 тыс. м.
Расчёты механического износа труб промежуточных колонн показывают, что даже при длине выхода из колонн 1000-1500 м, средней проходке на долото 10 м и частоте вращения ротора 90 об/мин износ стенок промежуточных колонн может составить 30-70% от начальной, а при длине выхода из колонн 2500 м при подобном объёме работ возможно протирание обсадных труб насквозь.
Поэтому участки обсадных колонн, подверженные механическому износу в глубоких скважинах, рекомендуется составлять из труб с увеличенной толщиной стенки.
Если износ предыдущей обсадной колонны не представляет опасности, а угрозы возникновения высокого избыточного внутреннего давления не существует, то с целью снижения стоимости скважины и экономии металла укрепляют лишь тот участок ствола, который не перекрыт предыдущей колонной, т.е. вместо сплошной колонны в конструкции скважины используют хвостовик. Интервал открытой части разреза, склонный к осыпанию или выпучиванию, перекрывают отдельной колонной, получившей в промысловой практике название «летучка».
Горно-геологическая несовместимость пород в открытом стволе скважины - условие, при котором коэффициент аномальности одной из пород (kа), находящейся в открытом стволе скважины, больше индекса давления поглощения (kп) для другой породы, т.е. когда kп < kа.
Плотность промывочной жидкости ρпж для бурения каждого интервала в разрезе скважины выбирают с таким расчетом, чтобы давление столба ее было несколько выше пластового давления, но меньше давлений поглощения в этом интервале: pпл угол ρпж gz угол pп или в безразмерном виде ka < ρо угол kп.
Зоны несовместимости в разрезе скважины

На рис. 4.1. выделяются три зоны горно-технологической несовместимости: 1 - на глубине 4000м между верхней частью разреза и интервалом 4000 -5350 м; 2 - вторая на глубине 5350 между интервалами 4000-5350м и 350-5500 м; 3 - третья на глубине 5500 м между интервалами 5350-5500 м и 5500-6000 м.
К качеству разобщения пластов предъявляются следующие требования.
1. Разобщение должно быть герметичным при тех перепадах давления, которые существуют или могут возникнуть между проницаемыми пластами, вскрытыми скважиной.
2. Разобщающая система (обсадная колонна - тампонажный камень) должна постоянно иметь плотный контакт внутри себя и с окружающими горными породами, герметичность которого не должна нарушаться при любых возможных нагрузках.
3. Разобщающая система должна быть долговечной, т.е. не должна разрушаться под воздействием пластовых жидкостей, газов, бактерий и при изменениях температур, внешних и внутренних давлений, возможных в период бурения или эксплуатации скважины.
4. Герметичность разобщения не должна нарушаться под действием ударных нагрузок, которые возникают при прострелочно-взрывных и иных работах в скважине.
5. Разобщающая система в скважинах с многолетнемёрзлыми породами должна быть морозостойкой, т.е. не должна разрушаться при цикличной смене положительной и отрицательной температур.
Основным методом разобщения пластов в настоящее время является крепление обсадной колонны и её цементирование, т.е. заполнение заданного интервала заколонного пространства скважины или участка обсадной колонны суспензией вяжущих материалов, способной затвердевать и превращаться в практически непроницаемый камень