Принципы и методика расчета обсадных колонн

Проектирование конструкции скважины начинают с выбора числа и глубин спуска обсадных колонн. При этом выделяют зоны с несовместимыми условиями бурения путем построения графиков изменения коэффициентов аномальности Ка, поглощения Кп и устойчивости горных пород Ку с глубиной скважины (график совмещенных давлений) (рис.3).

Условия бурения в двух смежных зонах бурения считаются несовместимыми, если при переходе из верхней зоны в нижнюю потребуется так изменить плотность бурового раствора, что вызовет осложнения в верхней зоне. На рис. 3 каждая из зон А, Б являются зонами с совместимыми условиями бурения, для которых выполняется условие:

Ка< ρο <Кп,

где: ρο - относительная плотность бурового раствора, вжo

где: ρж - плотность бурового раствора, кг/м3, ρв - плотность воды, кг/м3.

РИС.3 Графики изменения коэффициента аномальнocти пластовых давлений Ка, индексов давлений поглощения Кп и устойчивости Ку относительной плотности бурового раствора ρо.

Между собой эти зоны являются зонами с несовместимыми условиями бурения. Например, при переходе из зоны А в зону Б, требуется увеличить ρο до 1,5, что вызовет поглощение в интервале бурения 500 - 1100 м, где Кп=1,2.

Во избежание осложнений в виде поглощения бурового раствора необходимо перекрыть интервал 0 -1100 м обсадной колонной и продолжать бурение до проектной глубины при относительной плотности бурового раствора ρο = 1,4.

Таким образом, первый предварительный вариант конструкции скважины будет включать две обсадные колонны длиной 1180 м и 2100 м. Вторая, эксплуатационная колонна, предназначена для транспортирования пластового флюида на поверхность.

Затем в предварительный вариант конструкции, полученный в результате анализа данных совмещенного графика изменения Ка, Кп, необходимо внести уточнения, принимая во внимание некоторые особенности геологического разреза скважины и технологии бурения.

1. Для предупреждения размыва устья выходящим потоком бурового раствора необходимо установить металлическую трубу - направление на глубину 5 -10 м и забутовать пространство между трубой и стенками

отрытого колодца (скважины). При морском бурении направлением перекрывается вся толща воды и донных осадков.

2. Верхние горизонты, как правило, сложены неустойчивыми породами, пропластками, содержащими проницаемые породы, насыщенные водами, пригодными для водоснабжения населения. Во избежание размыва, обвалов и осыпания горных пород и загрязнения водоносных горизонтов буровым раствором необходимо укрепить верхний участок обсадной колонной - кондуктором.

При наличии в разрезе многолетнемерзлых пород (ММП) во избежание их растепления с образованием больших каверн интервал залегания ММП необходимо перекрыть кондуктором или удлиненным направлением. Нижний конец кондуктора должен находиться примерно на 100 м ниже границы мерзлоты в устойчивых породах.

3. Если в разрезе имеются интервалы залегания глин, склонных к набуханию и выдавливанию в скважину, или хемогенных пород, интенсивно растворяющихся при бурении под воздействием бурового раствора, то этот интервал необходимо перекрыть обсадной колонной. При отсутствии высоконапорных горизонтов близ рассматриваемого интервала можно ограничиться спуском потайной колонны, надежно перекрывающей только данный интервал неустойчивых пород. К спуску потайной колонны прибегают и при необходимости изоляции зоны поглощения (рис.3).

4. Глубина спуска эксплуатационной колонны зависит также от выбранного способа вскрытия продуктивного пласта.

С учетом изложенных уточнений предлагается второй вариант конструкции скважины (рис.3).

Таким образом, глубина спуска обсадных колонн определяется в первую очередь глубинами границ раздела зон с несовместимыми условиями бурения с последующими уточнениями в зависимости от особенностей геологического разреза в данном районе бурения. При этом необходимо устанавливать нижний конец колонны в устойчивых непроницаемых породах. Если же предполагается установка противовыбросового оборудования на обсадной колонне, то глубина установки башмака колонны выбирается с учетом давлений, возникающих в случае ликвидации газонефтеводопроявлений.