Вскрытие пласта в процессе бурения

Для обеспечения быстрого освоения скважины и дальнейшей ее нормальной эксплуатации необходимо при вскрытии пласта в процессе бурения не допускать проникновенй"я в пласт буро­вого раствора, так как при этом из него выпадают утяжелители (барит, гематит, глинистые частицы и т. д.), и длительной про­мывки на одной глубине, в результате чего на забое образуют­ся каверны и происходит размыв пород. Это затрудняет процесс цементирования и вносит неточность в расчетную высоту подъ­ема цементного раствора за колонной.

Плотность бурового раствора должна обеспечивать необхо­димое противодавление на пласт, предотвращение выбросов, от­крытого фонтанирования и других осложнений. В процессе буре­ния обычно применяют химически обработанные буровые раст­воры, что обеспечивает их стабильность (постоянство свойств в течение длительного времени).

Спуск эксплуатационной колонны. После вскры­тия продуктивного пласта и проведения каротажных работ в скважину спускают эксплуатационную колонну, строго центри­рованную. Для этой цели используют специальные резиновые кольца, пружинные фонари и другие приспособления. Строгое Центрирование колонны обеспечивает равномерное распределе­ние цементного раствора, исключает прорыв посторонних вод ³ продуктивный пласт, заколонную циркуляцию воды и газа, ^грифонообразование и другие осложнения.

На практике применяют различные конструкции скважин

(одно-, двух- и трехколонные, со спуском заранее перфориро-

занного «хвостовика», с применением различных забойных филь-

тров и конструкции с открытыми забоями, не закрепленными в пределах продуктивного пласта обсадными колоннами).

Оборудование забоев скважин. Существует не­сколько типовых конструкций забоев скважин. На рис. II.1 по­казаны наиболее распространенные из них. Пласты, выражен­ные плотными породами, как известняк и песчаник, обычно не перекрывают колонной, а эксплуатируют скважинами с от­крытым забоем (рис. П.1,а). В этом случае башмак об­садной колонны цементируют перед кровлей* продуктивного пласта. Затем пласт вскрывают долотом меньшего диаметра, причем ствол скважины против продуктивного пласта остав­ляют открытым.

Существенное достоинство открытого забоя — его гидроди­намическая совершенность.

Если продуктивный пласт выражен рыхлыми слабосцемен­тированными породами (например, песками), то забой сква­жины оборудуют фильтром. Здесь возможны два ва­рианта конструкции.

По первому варианту (см. рис. II. 1, б) скважину бурят до подошвы пласта, и в нее спускают обсадную колонну с зара­нее просверленными отверстиями в нижней части (против про­дуктивной толщи пласта). Затем выше кровли пласта колонну цементируют по способу манжетной заливки. Пространство меж­ду нижней частью колонны (с просверленными отверстиями) и вскрытой поверхностью пласта остается открытым.

Повторому варианту (см. рис. 11.1,-в) башмак обсад­ной колонны спускают до кровли пласта и цементируют. Затем в скважину спускают фильтр — хвостовик с мелкими круглыми

* Кровля к подошва пласта — поверхности, ограничивающие пласт соот­ветственно сверху и снизу.

щелевидными отверстиями, верхний конец которого закрепляют в башмаке обсадной колонны различными сальниками.

Наиболее распространены (более 90% фонда) скважины _перфорированным забоем (см. рис. П.1,г). В этом _случае ствол бурят до проектной глубины. Перед спуском об-адной колонны ствол исследуют геофизическими методами для •становления нефте-, водо- и газонасыщенных интервалов и вы­явления объектов, подлежащих разработке. После этого спу­скают эксплуатационную колонну, которую цементируют от за­боя Д° необходимой высоты, а затем перфорируют в намечен­ных интервалах. Однако до перфорации необходимо вначале оборудовать устье скважины и подготовить соответствующее наземное оборудование.

Оборудование устья скважины при вскрытии пласта. Оборудование подбирают в зависимости от назначе­ния скважины, ожидаемого пластового давления и способа экс­плуатации.

После спуска обсадных колонн устье скважины оборудуют специальной колонной головкой, предназначенной для обвязки спущенных обсадных колонн и герметизации межтруб­ного пространства. На колонной головке устанавливают фонтан­ную арматуру либо планшайбу с подвешенными насосными тру­бами.

Существуют одно-, двух-, трех-, четырех- и пятиколонные головки, предусмотренные на рабочее давление, равное 14,0; 21,0; 35,0; 50,0 и 70,0 МПа. В некоторых случаях (на газовых скважинах) применяют колонные головки, рассчитанные на дав­ление до 150 МПа.

На рис. П.2 показана наиболее простая по конструкции ко­лонная головка, применяемая для оборудования глубоких одно-

колонных скважин диаметром 114—168 мм. Головка представ­ляет собой фланец с размерами под соответствующие размеры крестовика, тройника или задвижки для перфорации (простре­ла). Корпус головки 1 (см. рис. II.2) навинчивают на верхний резьбовой конец кондуктора, обсадную колонну 10 — в специ­альную муфту 7. Герметичность соединения корпуса / и муф­ты 7 достигается муфтой 2 и двумя кольцами 3 из специальной нефтестойкой резины. Плотность посадки достигается за счет прижатия муфты полукольцами 5 и фланцем 4, который болтами притягивается к фланцу корпуса. Муфта 7 заканчивается флан­цем 6 для присоединения к нему фонтанной- арматуры. Для опрессовки колонной головки и контроля давления в межтруб­ном пространстве предусмотрен боковой отвод с краном высо­кого давления 9 и манометром 8.

ОСВОЕНИЕ СКВАЖИН

Освоение скважин — комплекс работ по вызову притока жид­кости (газа) из пласта в скважину, обеспечивающего ее про­дуктивность в соответствии с локальными (местными) добыв-ными возможностями пласта или с достижением необходимой приемистости (для нагнетательных скважин).

После бурения, вскрытия пласта и перфорации обсадной ко­лонны призабойная зона скважины, особенно поверхность вскрытой части пласта, бывает загрязнена тонкой глинистой взвесью или глинистой коркой. Поэтому и в результате некото­рых других физико-химических процессов образуется зона с по­ниженной проницаемостью, иногда сниженной до нуля. Цель освоения — восстановление естественной проницаемости пород призабойной зоны и достижение притока, соответствующего добывным возможностям скважины или нормальной приемисто­сти нагнетательных скважин.

Сущность освоения скважины заключается в создании _де-пресс.ид. т. е. перепада между пластовым и забойным давления­ми, с превышением пластового давления над забойным. Дости­гается это двумя путями: либо уменьшением плотности жидко­сти в скважине, либо снижением уровня (столба) жидкости в скважине. В первом случае буровой раствор последовательно заменяют водой, затем — нефтью.

Во втором случае уровень в скважине снижают одним из сле­дующих способов: оттартыванием желонкой или поршневанием; продавкой сжатым газом или воздухом (компрессорным cnocoj-бом); аэрацией (прокачкой газожидкостной смеси); откачкой жидкости штанговыми скважинными насосами или погружны­ми центробежными электронасосами. Таким образом, можно выделить следующие шесть основных способов вызова притока^: .замена скважинной жидкости на более легкую, .-компрессорный метод, '_:аэрация,чоткачка глубинными насосами.^гартание, люрш-невание.

Перед освоением на устье скважины устанавливают армату-в соответствии с применяемым методом и способом эксплуа­тации скважины. В любом случае на фланце обсадной колонны устанавливают задвижку высокого давления на случай необхо­димости перекрытия ствола.

Замену скважинной жидкости производят следую­щим образом. После перфорации эксплуатационной колонны в скважину до фильтра опускают насосно-компрессорные трубы. Затем в кольцевое пространство между эксплуатационной ко­лонной и спущенными трубами нагнетают воду. Буровой раст­вор, находящийся в скважине, вытесняется из нее по трубам. Если после замены бурового раствора водой возбудить скважи­ну (т. е. вызвать приток) не удается, то переходят на промывку скважины нефтью. После промывки скважины (прямой или об­ратной) водой или дегазированной нефтью можно достигнуть уменьшения забойного давления:

где pi и р2 — плотность соответственно бурового раствора и про­мывочной жидкости; L — глубина спущенных НК.Т; g — ускоре­ние свободного падения; р — средний угол кривизны скважины.

Как видно из формулы (П.1), при замене бурового раствора (р! = 1200 кг/м³) на нефть (р₂ = 900 кг/м³) максимальное сниже­ние давления составляет всего лишь 25% от давления, созда­ваемого столбом бурового раствора. Поэтому этим способом осваивают скважины, пробуренные в высокопроницаемых кол­лекторах, с большим пластовым давлением р_пл>р2^созр.

Если имеются все необходимые данные, то можно по форму­ле (П.1) заблаговременно определить, будет ли проявлять сква­жина при замене бурового раствора на воду или нефть.

Если из расчета следует, что и после замены воды на нефть не удается вызвать приток жидкости из пласта, то применяют Другие методы освоения (например, тартание или нагнетание сжатого воздуха и т. д.).

Продавка с помощью сжатого газа иливозду-ха-(газлифтный способ освоения). Сущность метода заключается в нагнетании сжатого газа или воздуха в кольце­вое пространство между подъемными трубами и обсадной ко-энной. Сжатый газ (воздух) вытесняет жидкость, заполняю­щую скважину, через спущенные в нее насосно-компрессорные ^тРубы на дневную поверхность.

Освоение фонтанных и газлифтных скважин при помощи «этого газа (воздуха) проводят при наличии специального

немного и подземного оборудования, описание которого и особов освоения приведено в разделе «Оборудование фонтан­ных и газлифтных скважин».

Аэрация — процесс смешения жидкости с пузырьками сжа-

³ газа (воздуха). При аэрации за счет постепенного смеше-^я сжатого газа (воздуха) и жидкости, заполняющей скважи-

ну (бурового раствора, воды, нефти), уменьшается плотность жидкости и тем самым плавно снижается давление на забой.

Для аэрации к скважине кроме водяной (нефтяной) линии от насоса подводят также газовую (воздушную) линию от ком­прессора (отгазовоздухораспределительной батареи). Жидкость и газ (воздух) смешиваются в специальном смесителе (эжекторе) или газопроводящей линии скважины, и аэрированная жидкость (газожидкостная смесь) нагнетается в ее затрубное простран­ство. При замене жидкости, находящейся в скважине, этой смесью давление на забой снижается, и, когда оно становится меньше пластового, нефть начинает поступать из пласта в сква­жину.

Освоение с помощью скв а ж инных насосов при­меняют в скважинах, которые предполагается эксплуатировать глубинно-насосным способом. В некоторых случаях перед спу­ском насосных труб забой очищают с помощью желонки. Если ствол и забой чисты, то в скважину спускают насосно-компрес-сорные трубы, штанговый насос, устанавливают станок-качалку, и пускают скважину в эксплуатацию. Точно так же осваивают скважины, которые будут эксплуатироваться погружными

электронасосами.

Освоение нагнетательных скважин не отличается от освоения добывающих. В них, как и в добывающих, после получения притока из пласта следует вести длительное д£енирование_ (т. е. отбор жидкости) для очистки призабойной зоны и пор пласта от проникших в пласт при бурении глинистого раствора, взве­шенных частиц (гематита, барита), продуктов коррозии и т. д.

Отличие заключается в том, что, если добывающие скважи­ны рекомендуется осваивать методом плавного запуска, т. е. постепенным увеличением отборов, то в нагнетательных в про­цессе освоения следует стремиться к отборам большого количе­ства жидкостей и механических примесей (песка, ржавчины и др.). Это способствует открытию дренажных каналов и обеспе­чивает большую приемистость (поглотительную способность)

скважин.

Дренируют пласт теми же способами, что и при вызове при­тока в^: нефтяных скважинах: поршневанием, применением сжато­го воздуха, откачкой жидкости центробежными глубинными электронасосами, т. е. методами, допускающими откачку боль­ших объемов жидкости.

Тартание — извлечение из скважины жидкости желонкой, спускаемой на тонком (16 мм) стальном канате с помощью ле­бедки. Желонку изготовляют из трубы длиной 8 ш и диаметром не более 0,7 диаметра обсадной колонны. В нижней части же­лонка имеет клапан со штоком, открывающимся при упоре, ъ верхней части — скобу для прикрепления каната. За один рейс (спуск-подъем) выносится не более 0,06 м³ жидкости.

Тартание — малопроизводительный, трудоемкий способ сни­жения уровня жидкости в скважине с очень ограниченными воз-

можностями применения (в скважинах, где не ожидается ника­ких фонтанных проявлений), так как устьевая задвижка при этом не может быть закрыта до извлечения из скважины же­лонки и каната. К недостаткам способа тартания относится загрязнение окружающей среды (как и при свабировании). Однако этот метод дает возможность извлечения осадка и гли­нистого раствора с забоя и контроля за положением уровня жидкости в скважине.

Поршневание (свабирование) заключается в по­степенном снижении уровня жидкости в скважине при помощи поршня (сваба).

Поршень представляет собой трубу диаметром 25—37,5 мм с клапаном в нижней части, открывающимся вверх. На наружной поверхности поршня укреплены эластичные резиновые манже­ты, армированные проволочной сеткой.

Для возбуждения скважины поршневанием в нее до фильтра яа стальном канате диаметром 16 или 19 мм спускают насосно-ксмпрессорные трубы. Каждую трубу проверяют шаблоном. При спуске поршня под уровень (обычно на глубину 75—150 м) жидкость перетекает через клапан в пространство над поршнем. При подъеме его клапан закрывается, а манжеты, распираемые под действием давления столба жидкости, .прижимаются к стен­кам труб и уплотняются. За один подъем выносится столб жид­кости, находящейся над поршнем на глубине погружения под уровень жидкости. Поршневание в 10—15 раз производительнее тартания.

При непрерывном поршневании уровень жидкости в скважине понижается и соответственно снижается давление на забое скважины, что вызывает приток в нее жидкости из пласта.

Если предполагается, что скважина будет фонтанировать, то используют фонтанную арматуру. Недостаток этого способа— необходимость проведения работ при открытом устье, что свя­зано с опасностью выброса.