Материал: Бурение скважин на нефть и газ

Последний участок IV скважины закрепляют эксплуатационной колонной. Она предназначена для подъема нефти и газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт с целью поддержания давления в нем. Во избежание перетоков нефти и газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пласты пространство между стенкой эксплуатационной колонны и стенкой скважины заполняют цементным раствором.

Для извлечения из пластов нефти и газа применяют различные методы вскрытия и оборудования забоя скважины. В большинстве случаев в нижней части эксплуатационной колонны, находящейся в продуктивном пласте, простреливают (перфорируют) ряд отверстий 4 в стенке обсадных труб и цементной оболочке.

В устойчивых породах призабойную зону скважины оборудуют различными фильтрами и не цементируют или обсадную колонну опускают только до кровли продуктивного пласта, а его разбуривание и эксплуатацию производят без крепления ствола скважины.

Устье скважины в зависимости от ее назначения оборудуют арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.).

При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисковые разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблюдательные и другие скважины.

Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.

Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.

Структурные скважины бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.

Поисковые скважины бурят с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа.

Разведочные скважины бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.

Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр

Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачки воды, газа и т.д.).

Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежей (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.).

Кроме того при поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят картировочные, сейсморазведочные, специальные и другие скважины.

1. Ход решения работы

Дано:

) Скважина на газ

) Глубина 3000 м.

) Пластовое давление 29 мПа = 290 атмосфер

) Дебит 75000 м³/сут.

) Перетек жидкости из пласта 1900-1950 м.

) Разрез П2-4

Разрез П2-4:

) Лесовидные суглинки и галечник из песчаника 0-70 м.

) Песчаники известковые, глинистые, различной цементации, глины

-600 м.

) Песчаники кварцевые 600-2000 м.

) Глины известковые и чистые, неравномерно песчанистые, мергели

-2400 м.

) Известняки 2400-2600 м.

) Пески серые и темно-серые 2600-2800 м.

) Песчаники 2800-3000 м.

Продуктивная толща 2840-2950 м.

.1 Выбор конструкции скважины

Выбор конструкции скважины определяется рядом факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины; конечный диаметр; глубина; наличие бурового оборудования.

Конструкция скважины должна отвечать следующим требованиям:

- качественное опробование и вскрытие продуктивных пластов с целью их эксплуатации;

надежная изоляция пластов друг от друга;

минимальная металлоемкость;

простота сооружения и минимальная стоимость;

надежность эксплуатации скважины и возможность проведения ремонтных работ.

Определение числа обсадных колон

Определение длины обсадных колон:ш.к = 40м. (т.к. Lскв. > 2500м.) - глубина шахтного направленияк. - ? - глубина кондуктора:

= V1/V + 10 = (7,84/0,191)+10 = 51,047 м.

где V1 = (d2б.тр - d2вн.б.тр)*Lпр.к = (0,1682-0,1542)*1960 = 0,004*1960 = 7,84= П* d2вн.к / 4 = 3,14*0,2432 = 0,191п.к = 1960м. (Lп.к. = Lоп.уч + 10м.) - глубина промежуточных колон

э.к = 3000м. (глубина всей скважины) - глубина эксплуатационных колон

Определяем диаметры обсадных колон (Д) и диаметры долот (Дд.)

Диаметр эксплуатационных колон (Дэ.к) и диаметр долота (Драсчд.э.к):

Дэ.к = 114.3м. (т.к. суммарный дебит <75тыс.м³/сут - см.тыбл.1);

Драсчд.э.к = Дм.э.к + 2δ = 127+15 = 142 ≈ 146,1мм. (округл. по ГОСТ (см.табл.4))

Диаметр промежуточных колон (Дп.к.) и диаметр долота (Драсчд.п.к):

Драсчп.к. = Драсчд.э.к+6+2δ = 146,1+6+2*8 = 158 ≈ 168,3 (ГОСТ (см.табл.3)); Драсчд.п.к = Дм.п.к+2δ = 187,7+25 = 212,7мм.

Диаметр кондуктора (Дк.) и диаметр долота (Драсчд.к):

Драсчк. = Драсчд.п.к+6+2δ = 212,7+6+18 = 236,7 ≈ 242,9 (округл. по ГОСТ (см.табл.3));

Драсчд.к = Дм.к+2δ = 249,9+25 = 294,9 ≈ 295,3мм. (округл. по ГОСТ (см.табл4))

Диаметр шахтного направления (Дш.н) и диаметр долота (Драсчд.ш.н):

Драсчш.н = Драсчд.к+8+2*10 = 295,3+8+28 = 331,3 ≈339,7 мм. (Гост (см.табл.3));

Драсчд.ш.н = Дм.ш.к+2δ = 365,1+35 = 400,1 ≈ 444,5 (округл. по ГОСТ (см.табл.4))

где Дм. - диаметр муфты; 2δ - разность диаметров.

.2 Расчет эксплуатационной и технической колонн на прочность

. Растяжение от сил собственного веса колонны - Pстр.

. Под действием сил внешнего давления Pсм. - сминающие усилия, со стороны горной породы и плотности бурового раствора или цементного раствора.

. Разрушение под действием внутреннего давления - в процессе вскрытия перфорации обсадных колонн - Pвн.

Материалы стали, из которых изготавливаются обсадные колонны:

Толщина стенки δ=(6,5─12)мм.

Кондуктор рассчитывается (при глубине спуска до 100 м.) на максимальное понижение уровня жидкости в нем, и если глубина спуска кондуктора более 400 м. на страгивание.

Колонны любого диаметра, спускающиесяся на глубину до 400 м., подбираются без рассчета из труб стали Д с минимальной толщиной стенки, находящейся в стандарте для данного диаметра труб. Промежуточная колонна рассчитывается на Pстр. и Pвн. Эксплуатационная колонна рассчитывается на Pстр., Pвн. и Pсм..

к = (V1/V) + 10м.

где V1=(П/4)*(Д2б.т - d2вн.б.т)*Lпр.к - максимальный объем бурильной трубы для бурения под следующую колонну=(П/4)*d2вн.к (м³)- объем 1-го метра кондуктора

Расчет промежуточной колонны:

Дано: Дп.к = 168,3мм.;п.к = 1960м.;

ρ = 1,2 г/см³.

Найти: Рстр, Рвн. Решение:

)        Кстр < Рстр/σп.к - коэффициент запаса прочности на стягивание (при Д < 219мм., Кстр=1,1 ; при Д > 219мм., Кстр=1,15).

)        Lп.к = Рстр/Кстр*qп.к = 73000/1.1*26,8 = 73000/29,48 = 2476 м. (Рстр, qп.к взяли из таблицы прочностных характеристик обсадных труб)

- Выбираем трубы с минимальной толщиной стенки, материал труб Д

Рассчитываем возможную глубину спуска выбранной колонны

) Условие прочности колонны:

Рвн > Квн*Рвн.ф

где Квн = 1,5 (для промеж. колонны),

Рвн.ф = ((hц - hо)/10)*( ρц.р - ρг.р) + (L п.к/100) + 20 = ((1960 - 20)*(1,85 - 1,2)/10) + (1960/100) +20 = ((1940*0,65)/10) + 39,60 = 165,7

где hц - высота цементирования колонны; hо - пенек (20м.); ρц.р = 1,85 г/см³; ρг.р = 1,2 г/см³.

Расчет эксплуатационной колонны на прочность:

Дано: Дэ.к = 114,3 мм., Lэ.к = 3000м., ρн = 1,2 г/см³, ρб.р = 0,85 г/см³, ИПП = 2840-2950 м. Найти: Рстр, Рвн, Рсм Решение:

)        Найдем Рсм

Из таблицы принимаем самый дешевый материал: "Д" и рассчитываем для него

= 10*Рсм/Ксм* ρб.р : Lmax1 = 10*240/1,15*1.2 = 1739м. - сталь Д Lmax2 = 10*315/1,15*1.2 = 2283м. - сталь Д Lmax3 = 10*385/1,15*1.2 = 2790м. - сталь Д Lmax4 = 10*455/1,3*1.2 = 2917м. - сталь Д Lmax5 = 10*485/1,3*1.2 = 3108м. - сталь К

)        Найдем Рстр.

фак. = Gэк. + Gдоп.тс где Gдоп. = (Ргидр. + Рстоп.)*П*d2вн/4

Ргидр. = 0,02*Lэк. + 16 = 0,02*3000+16 = 76 атм.

Рстоп. = (15-20) атм.

Ø  Gдоп. = (76+20)*0,785*96,04 = 7237 кгс = 7,3т.

Ø  Gфакт. = 54475 + 7237 = 61712,7 кгс.

Кстр. ≤ Рстр./Gфакт. где Кстр. = 1,15

Ø  45/61,7 = 0,729 ≤ Кстр.

Ø  45/(61,7-28,52) = 1,356 ≥ Кстр.

Т.к первое значение не сходится, то следует материал 1-ой трубы и толщину стенки заменить: материал К; толщина стенки  = 7мм.

Квн. ≤ Рвн./Рфакт. где Квн. = 1,5; Рвн. = 465; Рфакт. = 290

Рвн./Рфакт. = 465/290 = 1,6  Кстр.

.3 Расчет цементирования эксплуатационной колонны

Основная цель цементирования - получение прочного водогазонефтенепроницаемого, концентрично расположенного в затрубном пространстве кольца цементного камня, который по всей высоте обеспечивал бы разобщение и надежную изоляцию вскрытых скважиной продуктивных горизонтов и зон осложнений.

Способ цементирования выбирается в зависимости от температуры в ее стволе, опасности поглощения при заданной высоте подъема цементного раствора и возникновения затрубных проявлений в период ОЗЦ для каждой конкретной скважины.

Расчет цементирования сводится к определению:

потребного количества сухого цемента, воды, промывочной жидкости;

конечного давления при цементировании и выбора типа и потребного количества цементировачных агрегатов и цементно-смесительных машин;

продолжительности цементирования.

Дано: Дд.эк = 146,1 мм., Дэк. = 114,3 мм., dвн.эк. = 98,3 мм., hц.эк. = 3000 м., Lэк. = 3000м., h0 = 20м., γпр.ж. = 1,0, m = В/ц = 0,5

Решение:

Определение потребляемого количества сухого цемента, воды, продавочной жидкости при цементировании обсадной колонны:

Определение потребного количества цементного раствора:

γ ц.р. = (π/4)*[(k²*D²-d²)*hц + h0*d²в ] = = 0,785*(( 1,22 *0,1462 - 0,1142 )*3000 + 20*0,0982 = = 0,785*(( 1,44*0,0213 - 0,013 )*3000 + 0,192 ) = = 0,785*((0,031 - 0,013 )*3000 + 0,192 ) = 0,785*54,192 = 42,541 м³