Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири

Этот метод имеет следующие достоинства: прост в реализации; позволяет селективно сообщать скважину с любым пропластком продуктивной залежи; стоимость собственно буровых работ может быть меньше, чем при других методах.

Под несовместимыми условиями бурения понимают такое их сочетание, когда заданные параметры процессов бурения нижележащего интервала скважины вызовут осложнения в пробуренном вышележащем интервале, если последний не закреплен колонной. С этой целью строится график совмещенных давлений рис.2.1 на основании данных, представленных в табл.1.5 По графику определяется число и глубина спуска обсадных промежуточных колонн.

Давление столба промывочной жидкости должно превышать Рпл на глубине 0 - 1200 метров на 10 - 15%, но не более 1,5 МПа, на глубине 1200 - 2500 м на 7 - 10%, но не более 2,5 МПа, на глубине 2500 - 2830 м на 7 - 4%, но не более 3,5 МПа [3].

Из графика следует, что интервалы, несовместимые по условиям бурения в разрезе отсутствуют. Необходимое условие Рпл <Рбр <Ргр выполняется.

Проектируемое число и глубины спуска обсадных колонн должны обеспечить:

Долговечность скважины.

Герметичное разобщение всех проницаемых пород.

Сохранность запасов полезных ископаемых.

Минимальную вероятность осложнений.

Минимальную металлоемкость.

Минимум затрат на единицу добываемой продукции.

Практически обязательными являются кондуктор и эксплуатационная колонна, направление отсутствует, так как бурение и крепление кондуктора длится двое суток и размыва устья не происходит.

Минимальная глубина спуска кондуктора Н к рассчитывается по формуле, представленной в [1], исходя из условия предупреждения гидроразрыва горных пород:

НК ³ (РПЛ -10-6×L ×qФ) / (ΔРГР - 0,1× qФ) м, (2.1)

где РПЛ - максимальное пластовое давление в скважине, МПа; L - глубина скважины, м; qФ - удельный вес флюида, Н/м3; ΔРГР - максимальный градиент гидроразрыва пород, МПа/м.

НК ³ (28,5 - 10-6×2825×0,76×104) / (0,2 - 0,1×0,76×104) = 480 м.

Принимается глубина спуска кондуктора исходя из того, что скважина наклонно направленная, по вертикали 600 метров по длине ствола 650 м, исходя из выбранного способа вскрытия продуктивного горизонта, эксплуатационная колонна спускается на глубину 2825 (3100) м.

Расчет конструкции скважины осуществляется снизу в вверх. При этом исходным является диаметр самой нижней колонны, в нашем случае - эксплуатационной, который принимается в зависимости от ожидаемого дебита, притока и условий опробования, эксплуатации и ремонта скважины. Ожидаемый дебит проектируемой скважины равен 120 тонн/сутки. Для данного дебита рекомендуемый диаметр эксплуатационной колонны составляет 0,146 м [].

Диаметр долота для бурения ствола под эксплуатационную колонну рассчитывается по формуле:

dэд=dэм+2×dк м, (2.2)

где dэд - диаметр долота под данную колонну, м; dэм - наружный диаметр муфт обсадных труб, м; dк - минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске, м.

Наружный диаметр муфт для обсадных труб диаметром 0,146 м - 0,166 м, минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске обсадных труб диаметром 0,146 м - 0,01…0,015м [4].

dэд=0,166+2× (0,01…0,015) =0,186…0, 196 м.

Принимается диаметр долота равный 0,2159 м, так как опыт бурения скважин на Игольско-Таловом месторождении показывает эффективность использования долот с этим диаметром на данном интервале.

Внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны (кондуктора) рассчитывается следующим образом:

dкв=dэд+2×d м, (2.3)

где dкв - внутренний диаметр кондуктора, м;

dэд - диаметр долота под эксплуатационную колонну, м;

d - минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода внутри данной колонны долота для бурения под эксплуатационную колонну, м.

Минимально необходимый радиальный зазор равен 0,005…0,01м.

d кв=0,2159+2× (0,005…0,01) =0,2259…0,2359 м.

Принимаем обсадные трубы с диаметром наружным 0,2445 м.

Диаметр долота для бурения ствола под кондуктор рассчитывается по формуле 2.2 Наружный диаметр муфт для обсадных труб диаметром 0,2445 м - 0,270 м, минимально необходимый радиальный зазор для свободного прохода колонны в скважину при спуске обсадных труб диаметром 0,270 м - 0,02…0,025 м [4].

d кд=0,270+2× (0,02…0,025) =0,310…0,320 м.

Выбираем долото диаметром 0,2953 м, так как опыт бурения скважин на Игольско-Таловом месторождении показывает эффективность использования долот с этим диаметром на данном интервале.

Сводные данные о диаметрах долот и обсадных колонн приведены в табл.2.1

Таблица 2.1 Диаметр долот и обсадных колонн

2.2.2 Обоснование и расчёт профиля проектной скважины

Проектирование профилей наклонно направленных скважин заключается, во-первых, в выборе типа профиля, во-вторых, в определении интенсивности искривления на отдельных участках ствола, и, в-третьих, в расчете профиля, включающем расчет длин, глубин по вертикали и отходов по горизонтали для каждого интервала ствола и скважины в целом [5].

Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении.

Профили скважины классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские - расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. В данном разделе рассматриваются только плоские профили [5].

Исходя из условий, представленных в специальной части дипломного проекта, для реализации поставленных задач применим пятиинтервальный профиль скважины (рис.2.2). Данный тип профиля скважины включает вертикальный участок, участок набора зенитного угла, участок стабилизации зенитного угла, участок падения зенитного угла до 00 или близких к нему значений и второй вертикальный участок.

При проведении расчетов пользуемся следующими условными обозначениями: h - глубина скважины по вертикали, м; S - общий отход скважины (смещение), м; n - вертикальная проекция n-го интервала, м; Sn - горизонтальная проекция n-го интервала, м; ln - длина n-го интервала, м; Rn - радиус кривизны n-го интервала, м; L - глубина скважины по стволу, м; qn - зенитный угол скважины в конце n-го интервала, град.

При расчете пятиинтервального профиля скважины пользуются следующими проектными данными: глубина скважины по вертикали (до подошвы продуктивного пласта) h=2760 м; общий отход скважины S=1149 м; возможная длина интервала стабилизации l3=2249 м; радиус кривизны 4-го интервала R4=498 м; устанавливается длина пятого вертикального участка H5=250м.

Далее определяются промежуточные параметрыR0 и Н по формулам:

R0= R2+ R4 м; (2.4)

R0= 401+498=899 м;

Н= h-Н1-Н5 м; (2.5)

Н= 2760-100-250=2410 м.

Зенитный угол в конце второго интервала по формуле 2.6 составит:

q2=arcsin (R0 · H- (R0-S) × (H2-S· (2·R0-S) 2) 0,5/ (H2+ R02 - S · (2 ·R0-S))) град; (2.6)

q2=arcsin (899· 2410- (899-1149) · (24102-1149· (2·899-1149) 2) 0,5/ (24102+ 8992 - 1149 · (2 ·899-1149))) =27,75 град

Расчет профиля на втором интервале ведется по следующим формулам:

l2 =0,01745· R2 q2 м; (2.7)

l2 =0,01745· 401 ·27,75 =194 м;

Н2= R2 ·sinq2 м; (2.8)

Н2= 401 sin27,75=186 м;

S2= R2 · (1-cos q2) м; (2.9)

S2= 401 · (1-cos 27,75) =46 м.

Остальные параметры определяются по следующим формулам:

Н3= h - Н1 - Н5- (R2+ R4) · sinq2 м; (2.10)

Н3= 2760-100 - 250- (401+ 498) · sin27,75=1992 м

l3= Н3/cos q2 м; (2.11)

l3= 1991/cos 27,75=2249 м;

S3= Н3 · tg q2 м; (2.12)

S3= 1991 · tg27,75=1046 м;

l4 =0,01745· R4 ·q2 м; (2.13)

l4 =0,01745· 498 ·27,75=242 м;

S4= R4 · (1-cos q2) м; (2.14)

S4= 498 · (1-cos 27,75) =57 м;

Н4= R4 ·sinq2 м; (2.15)

Н4= 498 ·sin27,75=232 м;

L= Н1+ l2+ l3+ l4+ Н5 м; (2.16)

L= 100+ 194+ 2249+ 242+ 250=3035 м

h= Н1+ Н2+ Н3+ Н4+ Н5 м; (2.17)

h= 100+186+1992+232+250=2760 м

S= S2+ S3+ S4 м; (2.18)

S= 46+1046+57=1149 м.

Все расчетные параметры заносятся в программу на проводку наклонно направленной скважины отображенной в табл.2.2

Таблица 2.2 Программа на проводку наклонно направленной скважины

При проведении скважины интенсивность пространственного искривления не должна превышать 1,5 град/10 метров.

2.3 Разработка режимов бурения

2.3.1 Обоснование класса и типоразмеров долот по интервалам бурения

В основу выбора типов долот положены физико-механические свойства горных пород (твердость, абразивность, пластичность и др.).

Рациональным типом долота данного размера для конкретных геолого-технических условий бурения является такой тип, который при бурении в рассматриваемых условиях обеспечивает минимум эксплуатационных затрат на 1 м проходки.

Руководствуясь опытом бурения скважин в аналогичных геологических условиях на площадях Западной Сибири рационально применение трехшарошечных долот.

При бурении под кондуктор в интервале 0 - 650 м геологический разрез представлен глинами, песками, супесями с твердостью по штампу 100 МПа (см. табл.1.3), категорией пород по промысловой классификации М, абразивностью IV - X категории.

Исходя из того, что бурение турбобуром характеризуется высокими частотами вращения породоразрушающего инструмента, для бурения под кондуктор выбираем высокооборотное долото с типом опор "В" - опоры шарошек на подшипниках качения с боковой промывкой, диаметром 295,3 мм. Исходя из многолетнего опыта работ на данном месторождении для бурения под кондуктор применяем долото III 295,3 СЗ-ГВ.

На интервале 650 - 2510 м геологический разрез представлен глинами, песками, супесями, песчаниками, аргиллитами с твердостью по штампу 100 - 200 МПа, категорией пород по промысловой классификации М, МС и абразивностью IV - X категории. Выбирается высокооборотное долото с типом опор "В" - опоры шарошек на подшипниках качения с боковой промывкой, диаметром 215,9 мм. Для бурения под эксплуатационную колонну применяем долота III 215,9 МЗ-ГВ в верхней части интервала и III 215,9 С-ГВ в нижней части.

На интервале 2510 - 3105 м геологический разрез представлен песчаниками, аргиллитами, алевролитами с твердостью по штампу 200 - 500 МПа, категорией пород по промысловой классификации МС, С и абразивностью VI - X категории. Опыт работ на данном месторождении в последние годы показал высокую эффективность применения на этом интервале долот с маслонаполненными опорами 8 ½ MF - 15 производства фирмы "Смитт".

Применяемые долота по интервалам бурения представлены в табл.2.3

Таблица 2.3 Типоразмеры долот по интервалам бурения

2.3.2 Расчет осевой нагрузки на долото

При расчете осевой нагрузки на долото используют следующие методы:

Статистический анализ отработки долот в аналогичных геолого-технических условий.

Аналитический расчет на основе качественных показателей физико-механических свойств горной породы и характеристик шарошечных долот, применение базовых зависимостей долговечности долота и механической скорости бурения от основных параметров бурения.

Наиболее точным считается статистический метод расчета осевой нагрузки, после расчета полученное значение сравнивается с допустимой нагрузкой по паспорту долота и принимается нагрузка в пределах вычисленных величин.

Осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле:

GOC =gO · Д Д кН, (2.19)

где gO - удельная нагрузка на 1 м диаметра долота для бурения в породах данной категории, кН/метр.

Для данного района работ ЗапСибНИИ рекомендует применять следующие удельные нагрузки [4]:

для пород категории М: gO <200 кН/м;

для пород категории МС: gO <200 - 400 кН/м;

для пород категории С: gO <400 - 800 кН/м.

Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м gO=200 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М. Тогда по формуле (2.19):

GOC =200·0,295=59,06 кН.

Расчетное значение осевой нагрузки не должно превышать 80% от допустимой по паспорту долота:

GOC<0,8· GДOП кН, (2.20)

где GДOП - допустимая нагрузка на долото по паспорту, кН.

Для долота III 295,3 СЗ-ГВ GДOП=400кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 400=320 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что на интервале кондуктора осевая нагрузка составит 60 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -1400 м gO=300 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =300·0,2159=70 кН.

Для долота III 215,9 МЗ-ГВ GДOП=250кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 250=200 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 650 -1400 метров составит 70 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 1400 - 2550 м gO=400 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =400·0,2159=86,36 кН.

Для долота III 215,9 С-ГВ GДOП=250кН, по формуле (2.20):

GOC<0,8· 250<200 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 1400 - 2550 м составит 90 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м gO=800 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =800·0,2159=172,72 кН.

Для долота 8 ½ MF-15 GДOП=319кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 319<255,2 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 2550 - 3105 м составит 180 кН.

Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения представлены в табл.2.4

Таблица 2.4 Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения

2.3.3 Расчет частоты вращения долота

Каждому классу пород соответствуют свои оптимальные частоты вращения долот, при которых разрушение горных пород максимально.

Оптимальные частоты вращения долот находятся в диапазонах:

для долот типа М 250 - 400 об/мин;

для долот типа МС 150 - 300 об/мин;

для долот типа С 100 - 200 об/мин.

Превышение оптимальных частот вращения вызывает снижение механической скорости бурения и, как следствие, быструю поломку долота.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17