2 Проектирование подготовки ствола скважины

Для обеспечения качественного цементирования существенное зна­чение имеет правильная подготовка ствола скважины для спуска обсадной колонны до намеченной глубины.

Так, при шаблонировании ствола жесткой компоновкой (особенно при использовании трехшарошечных расширителей) во избежание воз­никновения гидроразрыва пород и поглощения бурового раствора (что осложнит процесс последующего цементирования) следует ограничивать скорость спуска бурильной колонны.

После спуска обсадной колонны буровой раствор должен быть вновь обработан и скважина промыта с максимально возможной подачей насо­сов, но не выше допустимой.

Процесс подготовки ствола к креплению может быть полностью ис­ключен, если диаметр долота и компоновку низа бурильной колонны для проходки скважины выбирать в зависимости от заданной допустимой ин­тенсивности пространственного искривления ствола, диаметра и жестко­сти спускаемой колонны и средневзвешенного угла наклона незакреплен­ного интервала (рис. 1 [1,4]).

Диаметр долота при бурении под обсадную колонну выбирается из условия ее успешного спуска до забоя по методике ВНИИКРнефти:

(1)

где m - масса 1 м обсадной трубы в жидкости, кг; El - жесткость труб об­садной колонны, Нм2; а - средневзвешенный угол наклона незакреплен­ного интервала скважины, градус; i - интенсивность пространственного искривления скважины в том же интервале, градус/10 м; d - диаметр об­садной колонны, м

Пример 1. Протяженность интервала крепления 2000 м, отклоне­ние от вертикали 600 м. Определить диаметр долота, которым обеспечи­вается проходимость 377-мм обсадной колонны по стволу скважины.

Расчеты необходимого диаметра долота можно выполнять оператив­но, используя рис1.

Пример 2. Определить диаметр долота для следующих условий: протяженность интервала крепления 2000 м. Отклонение от вертикали 400 м (sin а=0,2); средняя интенсивность искривления 2,5°/10 м.

Решение. Определим по номограмме (см.рис.1) диаметр долота, которым обеспечивается проходимость 273-мм колонны по стволу сква­жины. От точки на оси ординат, соответствующей диаметру обсадной колонны, проводим горизонтальную линию пересечения с линией, соот­ветствующей sin а=0,2 в области средней интенсивности искривления 2,5710 м. Точка пересечения указывает, что диаметр долота должен быть не менее 346 мм.

3 Определение конфигурации и объема ствола скважины

При бурении скважин, особенно наклонно направленных и горизон­тальных, в результате взаимодействия со стенками ствола элементов бу­рильной колонны при продольном и поперечном перемещениях, вибра­ции, а также упругой деформации бурильного инструмента от сжимаю­щих нагрузок и крутящих моментов в необсаженной части ствола сква­жины образуются выработки в виде желобов и каверн (уширения). Если ширина образовавшейся выработки a<l,3d₃ (где d₃ - диаметр УБТ или бу­рильного замка), то ее считают желобом, а если а>1,Зd₃ - каверной или уширением. Под физико-химическим воздействием бурового раствора размеры ствола, в том числе и размеры желоба и каверны, могут сущест­венно изменяться.

Для качественного выполнения ряда процессов при бурении и креп­лении скважин требуется точное знание конфигурации и размеров попе­речного сечения ствола. На основе этих данных определяют количество тампонажных материалов и буферной жидкости для цементирования об­садных колонн и установки цементных мостов, жидкости для установки жидкостных ванн (нефть, вода, кислота, щелочь) и т.д.

Установлено, что определение поперечного сечения ствола по ре­зультатам кавернометрии приводит к значительным ошибкам в расчетах требуемого количества указанных материалов [1]. Объясняется это тем, что вследствие конструктивных особенностей и заложенного принципа действия каверномера получаемое поперечное сечение ствола скважины всегда имеет вид окружности. В действительности оно в зависимости от технико-технологических условий проводки скважин и физико-механических свойств горных пород может иметь различную форму. В связи с этим более совершенным считается определение конфигурации и объема ствола скважин по данным профилеметрии. Профилемер позволя­ет за один рейс одновременно записать три кривые, две из которых харак­теризуют изменение двух поперечных размеров ствола во взаимно пер­пендикулярных плоскостях (профилеграмма), а третья - усредненный диаметр скважины (кавернограмма).

На рис.2 приведены возможные варианты профилеграмм. При на­личии желоба или каверны поперечное сечение ствола скважины характе­ризуется тремя параметрами: диаметром ствола (долота) D, шириной же­лоба или каверны а и наибольшим размером поперечного сечения ствола D (а и b определяются профилеметрией).

Если кривые профилеграммы а и b совпадают с линией номинально­го диаметра ствола D, то поперечное сечение скважины представляет со­бой окружность с диаметром, равным диаметру долота, т.е. D_c=D (рис.1, 1).

Если кривые профилеграммы а и b сходятся и расположены правее линии номинального диаметра ствола D, то диаметр его поперечного се­чения оказывается больше диаметра долота (каверна с поперечным сече­нием в виде окружности, рис 2,2) Размер каверны при этом увеличива­ется с ростом смещения кривых а и b от линии D вправо, а D_c = а = b> D.

Когда кривые профилеграмм а и b расходятся и находятся правее ли­нии D , то поперечное сечение ствола представляет собой овал (каверна в виде овала, рис. 2,3); при этом чем больше расходятся кривые а и b от­носительно друг друга, тем более вытянутую форму имеет каверна этого вида.

Если кривая профилеграммы а сходится с линией D, а кривая b нахо­дится правее нее, то поперечное сечение ствола характеризуется наличием каверны шириной a=D (рис.2).

При расположении кривых профилеграмм а и b по разные стороны от линии D поперечное сечение ствола характеризуется наличием кавер­ны, если ширина a>l,3d₃ (рис. 2,5), либо наличием желоба (желобной выработки), если ширина a<1,3d₃ (рис.2, 8, 9). При этом чем больше расходятся кривые а и b, тем значительнее глубина желобной выработки или каверны в стенках ствола скважины.

В случаях, когда обе кривые профилеграммы расположены влево от линии D поперечное сечение ствола характеризуется сужением и пред­ставляется в виде окружности с диаметром D_c=D. При этом кривые про­филеграммы сходятся (рис.2, 6) либо расходятся (рис.2, 7).

После расшифровки профилеграмму разбивают на участки, которые представлены желобными выработками, кавернами, сужениями и номи­нальным размером ствола. Далее определяют площадь и объем каждого участка ствола, а затем общий объем заколонного пространства в интер­вале цементирования обсадной колонны.

Площадь поперечного сечения ствола каждого участка следует опре­делять с учетом всех параметров, характеризующих данное сечение. По­скольку поперечное сечение стволов с желобом или каверной характери­зуется тремя параметрами D, а и b, то площадь поперечного сечения их следует определить с учетом этих трех параметров.

Рис.2. Виды поперечных сечений ствола скважины по данным профилеметри

Площадь поперечного сечения и объемы стволов с желобами и ка­вернами определяют по следующим формулам:

при a>D (см.рис .2,3)

Пример. 3 Определить площадь поперечного сечения F и объем ствола скважины V в интервале 625-715 м, представленном желобной вы­работкой (рис.3, 1) при b=615 мм, а=234 мм, D=394 мм и l=90 м.