Обоснование конструкции скважины и плотности бурового раствора по интервалам бурения

Геологический разрез скважины представлен пластами значительной толщины. Верхняя граница пласта называется кровлей, и нижняя - подошвой пласта. Замеры пластового давления и давления гидроразрыва осуществляются лишь в отдельных точках. В задании даны замеры лишь в одной тючке. При приведении расчетов принимается, что относительные давления в пределах пласта постоянные, т.е.

 

; (2.1)

, (2.2)

 

где  и  - относительные пластовое давление и давление гидроразрыва;

  - давление столба воды на глубине замера соответствующих давлений:

 

, (2.3)

 

где - плотность воды;

g - ускорение силы тяжести;

z - глубина бурения по вертикали, на которой произведен замер соответствующего давления.

Принять = 1000 кг/м³, g=9,81 м/с².

Найдём давление столба воды:

 

Р_в1 = 1000∙9,81∙400 = 3,92 (МПа);

Р_в2 = 1000∙9,81∙1100 = 10,79(МПа);

Р_в3 = 1000∙9,81∙2300 = 22,56(МПа);

Р_в4 = 1000∙9,81∙2800 = 27,47(МПа);

Р_в5 = 1000∙9,81∙2900 = 28,45(МПа);

Р_в6 = 1000∙9,81∙3000 = 29,43(МПа);

 

Найдём относительное пластовое давление:

 

Р_п1^' = 4,3/3,92 = 1,097;

Р_п2^' = 11/10,79 = 1,02;

Р_п3^' = 22/22,56 = 0,98;

Р_п4^' = 29/27,47 = 1,06;

Р_п5^' = 30/28,45 = 1,05;

Р_п6^' = 31/29,43 = 1,05;

 

Найдём давление гидроразрыва:

 

Р_гр1^' = 7,1/3,92 = 1,8;

Р_гр2^' = 14/10,79 = 1,297;

Р_гр3^' = 25/22,56 = 1,11;

Р_гр4^' = 33/27,47 = 1,2;

Р_гр5^' = 37/28,45 = 1,3;

Р_гр6^' = 36/29,43 = 1,22;

 

Пласты совместимы для бурения, если относительные плотности бурового раствора , рассчитанные по величинам названных давлений для этих пластов, удовлетворяют неравенству:

 

 

, (2.4)

 

где  - минимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по пластовому давлению;

 - максимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по максимально допустимому давлению в скважине из условий гидроразрыва или экологических требований по предупреждению загрязнения буровым раствором пластов пресной воды и продуктивных пластов.

 

; (2.5)

, (2.6)

 

где   и  - коэффициенты запаса, учитывающие возможные колебания давления в скважине. Величины   выбираем из таблицы 2.1, а принимаем 0,9.

 

Таблица 2.1

Глубина залегания подошвы пласта, м	1200 - 2500
1,10 - 1,151,05 - 1,101,04 - 1,07
,МПа, не более1,52,53,5

 

Найдём минимальную допустимую плотность бурового раствора:

 

 = 1,1 ∙ 1,097 = 1,2;

 = 1,1 ∙ 1,02 = 1,12;

= 1,05 ∙ 0,98 = 1,03;

 = 1,04 ∙ 1,06 = 1,1;

 = 1,04 ∙ 1,05 = 1,09;

 = 1,04 ∙ 1,05 = 1,09.

 

Найдём максимальную допустимую плотность бурового раствора:

 

 = 1,6

 = 1,297;

 = 1,11;

 = 1,2;

 = 1,3;

= 1,22.

 

Экологические требования предусматривают ограничение избыточного статического давления бурового раствора на пласты с пресной водой и продуктивные пласты величиной , значения которой также приведены в таблице 2.1. Тогда

 

. (2.7)

 

Так как в условии не оговорены дополнительные условия, то значения   для соответствующих пластов принимаем минимальными.

 

 

 

Проводим расчеты, последовательно заполняя таблицу 2.2.

 

Таблица 2.2 - Результаты расчетов относительных давлений и требуемых плотностей бурового раствора

№ инт.	, МПа Выбор
1	3,92	1,097	1,1	1,2	1,8	1,5	1,48	1,21
2	10,79	1,02	1,1	1,12	1,297	1,5	-	1,21
3	22,56	0,98	1,05	1,03	1,11	2,5	-	1,05
4	27,47	1,06	1,04	1,1	1,2	3,5	-	1,11
5	28,45	1,05	1,04	1,09	1,3	3,5	1,17	1,11
6	29,43	1,05	1,04	1,09	1,22	3,5	-	1,11

 

В соответствии с неравенством (2.4) принимаем решение о совместимых интервалах бурения. Для облегчения принятия решений строим совмещенные графики относительных плотностей бурового раствора.

Из графика следует, что первый и второй интервалы совместимы, так как диапазоны плотностей бурового раствора перекрываются. Следовательно, можно применить общий буровой раствор. Первый интервал содержит пресную воду и должен быть перекрыт экологической колонной - кондуктором 1. Поэтому он выделяется как отдельный интервал и исключается из сопоставления с последующими интервалами.

Второй и третий интервалы несовместимы, поэтому следует раздельно перекрыть их обсадными колоннами 2 и 3. Третий, четвертый, пятый и шестой интервалы совместимы, так как диапазоны плотностей бурового раствора перекрываются. Четвертый, пятый и шестой интервалы совместимы, поэтому следует продолжить бурение до проектной величины и спустить в скважину эксплуатационную колонну 4.

Первая обязательная колонна - кондуктор - должна быть спущена до кровли второго интервала, т.к. первый и второй интервалы несовместимы. В этом случае глубина спуска кондуктора , равна

 

+50 (2.8)

=470+50=520 м

 

где  - глубина залегания кровли второго интервала.

Вторая колонна 2 обсадных труб спускается от устья до кровли следующего несовместимого интервала.

Цементирование кондуктора производится на всю глубину от башмака до устья скважины. Последующие колонны цементируются так, чтобы цемент вошел в предыдущую колонну на 300 м. В случае газового месторождения все колонны, спущенные от устья, цементируются до устья скважины.

Далее принимаем решение о плотностях бурового раствора. Плотность бурового раствора должна быть минимально возможной, но обеспечить нормальные условия бурения.

Правило: в пределах совместимых пластов плотность бурового раствора с глубиной может увеличиваться, но не должна уменьшаться.

Плотность бурового раствора должна удовлетворять бурению первого интервала. Принимаем . Эта плотность бурового раствора обеспечивает нормальные условия бурения только до кровли третьего интервала, перед вскрытием которого плотность бурового раствора следует уменьшить до .

Выбор свойств бурового раствора доля вскрытия продуктивного пласта проводится особенно тщательно, так как от этого зависит продуктивность скважины при эксплуатации. Пятый и шестой пласты совместимы, их следует вскрывать на буровом растворе с плотностью