Конструкция скважины: основные аспекты и принципы

При подготовке к бурению скважины необходимо предусмотреть много различных нюансов. Следует учитывать не только геологические особенности местности, но и следить чтобы конструкция скважины соответствовала технологическим требованиям.

Принципиально скважина представляет собой вертикальное отверстие, выполненное в земной поверхности. При выполнении бурения сначала идет почта, следом за ней глина, и так далее сквозь другие земные породы до тех пор, пока не будет достигнута требуемая глубина, на которой и располагается необходимое, например, нефть, вода или газ.

Выбор оптимальной конструкции скважины – это довольно требовательный процесс, в который входит выявление требуемых характеристик и требований к самой скважине, а также планирование перечня работ, выполнение которых приведет к поставленной цели.

Каждая скважина разрабатывается для выполнения определенных задач, а именно снабжение потребителя каким-то ресурсом, поэтому прорабатывая конструкцию скважины специалисту необходимо ответить на следующие вопросы:

• Какая необходимая глубина скважины?
• Какой потребуется диаметр обсадных колонн?
• Какую выбрать и применять технику и технологию бурения?

Дополнительно следует учитывать, что работы по бурению скважины не только должны отвечать требованиям безопасности, но и исключать возможные негативные воздействия на окружающую среду.

Кроме того при разработке технологии следует придерживаться определенных правил:

1. Правило необходимого минимума: конструкция скважины должна включать только те характеристики и составляющие, которые необходимы для достижения поставленных целей и обеспечения безопасного использования.
2. Правило поддержания эффективности: выбранная конструкция должна обеспечить рациональное отношение затрат на выполнение работ и получаемой от скважины результата (пользы или дохода).
3. Правило надежности: выбранная схема конструкции скважины должна обеспечить безаварийную эксплуатацию в течении всего срока службы.

И первое с чего необходимо начать для достижения поставленной цели - изучить основные элементы проекта.

Независимо от выбранного варианта, любая скважина представляет собой сложный технологический объект, который состоит из нескольких основных составляющих.

В перечень элементов конструкции скважины входят.

Устье – верхняя часть конструкции. Устье служит для соединения ствола скважины и поверхности земли. В устье устанавливаться необходимое технологическое оборудование для проведения работ и контроля за состоянием скважины.

Ствол – очень важный элемент, представляет собой вертикальную конструкцию для соединения забоя и устья. Именно ствол скважины выполняет функцию направления и передвижения инструмента для бурения и обеспечивает доступ непосредственно к необходимому участку пласта.

Забой – самая нижняя часть, дно скважины

Заглушка – небольшой технологический элемент, который монтируется сверху на забой для исключения попадания разнообразных загрязнений непосредственно в ствол конструкции.

Обсадная колонна – труба, которая монтируется в стволе скважины для укрепления стен исключения попадания посторонних частиц в рабочую часть. Как правило, каждая скважина, в зависимости от глубины, состоит из нескольких обсадных колонн.

Цементный мост - необходим для укрепления и изоляции различных участков ствола скважины. Он предотвращает утечки и возможные загрязнения.

Следует учитывать, что цементный мост это сложная конструкция, которая включает несколько этапов работ:

1. необходимо очистить скважину от загрязнений, таких как остатки бурового раствора или пробуриваемой породы.
2. спустить в скважину специальную мостовую колонну, которая представляет собой несколько стальных труб. Но на концах труб размещены технологические насадки для подачи цемента.
3. подать цемент непосредственно к стволу. Процесс затвердевания цемента зависит от используемой марки и температуры окружающего воздуха и может занимать от нескольких часов до нескольких дней, но в итоге получается надежное цементное кольцо, которое изолирует от загрязнений и герметизирует отдельные участки скважины.

Такой элемент скважины как устье является первым с чего стоит рассматривать непосредственно конструкцию. Основными задачами этого элемента являются защита от предотвращения обвала рыхлой почвы в обсадные колонны, но и регулирование давления внутри самой скважины.

Устье монтируется болтами или крепится сваркой к направляющей трубе.

Конструкция устья скважины включает:

• головку колонны
• используется для обвязки обсадных колонн при проведении бурения, а также используется как основание для установки арматуры. Головка колонны герметизирует скважину.
• арматуру - это набор приспособлений, которые обеспечивают контроль технологическими процессами в скважине, а также управление. В перечень арматуры входят различные клапаны, вентили, датчики и другие элементы, которые позволяют контролировать поток флюидов в скважине.
• специализированное оборудование для откачивания флюидов с поверхности (из устья) скважины.

Назначением обсадной колонны является изоляция скважины от попадания в неё пластовых флюидов (подвижных фаз пласта, к ним относятся пластовая вода, пластовый газ и т.д.) и укрепление стен ствола скважины.

Основные типы обсадных колонн:

Направляющие – используются для указания направления центральной оси скважины, обвязки циркуляционной системы, перекрытия верхнего слоя пород и защиты устья от размывания.

Кондуктор – предназначен для закрепления стенок скважины, разобщения всех напорных горизонтов, находящихся в интервале его спуска, подвешивания следующих обсадных колонн и установки оборудования регулирующего выбросы флюидов.

Техническая колонна – или промежуточная колонна предназначена для крепления стенок скважины, разделения всех флюидосодержащих горизонтов, разделения интервалов, отличающихся по условиям бурения (т.е. если использование раствора необходимой плотности для бурения интервала вызывает трудности в располагающемся выше интервале).

Эксплуатационная колонна – используется для закрепления стенок скважин, разделения содержащих флюиды горизонтов и транспортировки этого флюида на поверхность.

Хвостовик – выполняет функции эксплуатационной колонны и дополнительно используется для фиксации необсаженного интервала скважины с перекрытием находящийся впереди обсадной колонны на заданную величину.

Хвостовик используется либо как эксплуатационная колонна (т.е. заменяет её), либо как промежуточная.

Схема конструкции скважины выглядит как графическое изображение основных элементов скважины и их взаимного размещение.

Такая схема позволяет наглядно представить и оценить конструкцию скважины, а также определить необходимые параметры.

Принципиально в такую схему входят следующие данные:

• количество колонн;
• глубина опускания колонн;
• интервалы расположения цементирования (цементного моста);
• диаметры как обсадных колонн так и диаметры скважины под каждый конкретный тип колонны.

На схеме изображено

• а – профиль скважины;
• б – расположение колонн в стволе в формате концентрического вида;
• в – конструкции скважины в графическом представлении;
• г – конструкции скважины в виде рабочей схемы.

Выбранная схема конструкции скважины должно обеспечивать:

• предусмотренный способ забоя скважины;
• технологию прохода до запланированной проектом глубины;
• технологию выполнения изоляции всех горизонтов скважины как между собой, так и с поверхностью;
• возможность проведения обслуживания и ремонтных работ;
• минимизацию (нас сколько это возможно) материалоемкости и стоимости выполнения работ.