Глава 3. Выбор конструкции скважины
Проектирование конструкции скважины производится, прежде всего, на основании выбранного способа бурения скважины, анализа горно-геологических условий выполнения работ и глубины проектируемой скважины.
3.1.Основные требования к конструкции скважины
Конструкция скважины – устройство скважины, её поперечные и продольные размеры, заданные поинтервально и интервалы размещения обсадных колонн с указанием способов их закрепления в стволе скважины.
Обсадные трубы необходимы для закрепления устья скважины и предохранения его от размывания буровым раствором, закрепления залегающих в верхней части разреза неустойчивых горных пород, закрепления пустот и водоносных горизонтов, перекрытия подземных горных выработок.
Графически
конструкция скважины изображается в
виде схемы, представленной на рис. 3.1,
с указанием диаметра ствола, диаметра
обсадных колонн и глубин их спуска.
При построении проектной конструкции скважины необходимо стремиться к минимальному количеству ступеней. Каждая ступень должна служить только для установки на ней соответствующей колонны обсадных труб. Если нет необходимости крепления скважины обсадными трубами, то не следует переходить на меньший диаметр, рассчитывая потом на разбуривание ствола скважины. Разбуривание ствола в твердых породах очень трудоемко, а в мягких породах может привести к образованию нового направления ствола скважины при переходе контактов горных пород различной твердости и буримости.
Нередко контакт двух пород является ослабленным участком. В этом случае могут происходить утечки промывочной жидкости, размывание пород и перемещение колонны вниз по скважине, что порой может приводить к сложной аварии. Поэтому под любую колонну обсадных труб необходимо углубить скважину ниже ослабленного контакта слоев не менее чем на 2–5 м и установить башмак колонны на прочном основании.
По своему назначению обсадные колонны подразделяются следующим образом:
- направление – колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважины от размыва буровым раствором;
- промежуточная обсадная колонна – служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин;
- эксплуатационная колонна – последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от всех остальных пород и извлечения из скважины нефти, газа, воды и др.
Эксплуатационная колонна устанавливается в основном в случае бурения скважин на нефть, газ или воду.
Промежуточные обсадные колонны могут быть сплошными, перекрывающими ствол от забоя до устья, и потайными, крепящими только необсаженный участок ствола с перекрытием предыдущей колонны только на некоторую величину.
Проектная конструкция скважины составляется на каждую скважину или группу скважин. Она служит основанием для всех инженерных расчетов, связанных с бурением.
Для составления проектной конструкции скважины необходимо иметь такие исходные данные: назначение и цель бурения; геологическое строение данного участка; проектная длина ствола скважины и ее азимутальное и зенитное направления; необходимый конечный диаметр.
Назначение и цель бурения скважины определяют выбор конечного диаметра и возможного способа бурения.
Описание геологического строения данного участка работ должно отражать: литологический состав горных пород; их физико-механические свойства и категории по буримости; трещиноватость пород, раздробленность, сыпучесть, плывучесть, набухаемость, наличие водоносных горизонтов; наличие зон поглощения промывочной жидкости; наличие напорных вод; наличие карстов и заброшенных горных выработок.
Выбор конечного диаметра скважины зависит от цели бурения. При бурении разведочной скважины на твердые полезные ископаемые её диаметр должен обеспечить достаточный диаметр керна.
В благоприятных геологических условиях (относительно устойчивые породы) зазор между двумя соседними обсадными колоннами (между колонной и стенкой скважины) может быть минимальным. В условиях обрушающихся и набухающих пород при значительной длине интервала закрепления для спуска колонны следует предусматривать больший зазор между колонной и стенкой скважины.
В монолитных устойчивых породах постановка обсадных колонн вообще может не предусматриваться.
Разработанная конструкция скважины с краткой, но достаточной характеристикой геологических условий бурения должна легко читаться. В ней все элементы конструкции должны быть увязаны с геологическим строением и возможными зонами осложнений (рис. 3.2).
Целью колонкового бурения является получение керна, достаточного для опробования полезного ископаемого и получения другой необходимой информации. Конечный диаметр скважины зависит от минимально допустимых диаметров керна, обеспечивающих необходимую достоверность опробования, а также от размеров геофизической и другой аппаратуры, применяемой при геофизических, гидрогеологических и других исследованиях. Значения минимально допустимых диаметров керна, а также рекомендуемые диаметры скважин, типы и размеры колонковых снарядов для различных видов полезного ископаемых приведены в табл. 3.1.
|
№ п/п |
Геологическая колонка |
Интервал глубины, м |
Мощность, м |
Горная порода |
Кате-гория по бури-мости |
Конструкция скважины | |
|
от |
до | ||||||
|
1 |
|
0 |
4,5 |
4,5 |
Суглинок |
II |
|
|
2 |
|
4,5 |
15 |
10,5 |
Глина песчаная |
III | |
|
3
|
|
15 |
40 |
25 |
Песок глинистый водонасыщенный |
II | |
|
4
|
|
40 |
60 |
20 |
Глина плотная |
IV | |
|
5
|
|
60 |
110 |
50 |
Известняк плотный доломитизированный |
VI | |
|
6
|
|
110 |
150 |
40 |
Кремнистые сланцы |
VIII | |
|
7
|
|
150 |
250 |
100 |
Альбитофиры трещиноватые |
IX | |
|
8 |
|
250 |
290 |
40 |
Руда магнетитовая |
Х | |
|
9
|
|
290 |
320 |
30 |
Альбитофиры трещиноватые |
IX | |
Рис. 3.2. Геологическая колонка с описанием пород и соответствующая
геологическим условиям конструкция скважины
Конечный диаметр скважины, кроме того, зависит от принятого способа бурения, типа породоразрушающего инструмента. Например, при алмазном бурении наиболее характерными являются диаметры коронок 46; 59 и 76 мм. В сложных геологических условиях с целью обеспечения кондиционного керна может быть использован диаметр скважин, больший на один размер в сравнении с диаметром в благоприятных условиях для опробования.
Для твердосплавного бурения основными диаметрами будут 59; 76 и 93 мм.
При бурении на каменные угли основной конечный диаметр 76 мм ( в плотных углях – 59 мм), на минеральные соли – 93 мм, на бокситы – 93 и 112 мм (в плотных бокситах – 59 мм).
Таблица 3.2