1. Подготовка скважины к эксплуатации
Подготовка скважины к эксплуатации -- это комплекс работ, которые проводят с момента вскрытия буровым долотом кровли продуктивного пласта до вывода работы скважины на технологический режим. Комплекс включает вскрытие продуктивного пласта, спуск и цементирование обсадной эксплуатационной колонны, оборудование устья и забоя, перфорацию и освоение скважины. Выбор метода подготовки скважины к эксплуатации (заканчивания скважины) определяется целым рядом геологических, технических, технологических и экономических факторов.
Каждый из этих этапов является крайне важным, от них зависит вся дальнейшая эксплуатация скважины.
При проведении этих работ должны быть созданы благоприятные условия для притока нефти и газа в скважину. Качественное их выполнение обеспечивает освоение скважины в кратчайший период, высокий текущий дебит, большую накопленную (суммарную) добычу углеводородов. Чем больше текущие дебиты скважин, тем меньше продолжительность разработки месторождения, а также меньше необходимое число скважин для достижения заданного срока разработки.
Для получения наибольшей нефтеотдачи необходимо обеспечить приток из всех пластов и пропластков эксплуатационного объекта, на который пробурена скважина. При создании благоприятных условий притока уменьшаются энергетические затраты на подъем единицы продукции по стволу скважины на поверхность и транспортирование ее до пунктов сбора, кроме того улучшаются условия работы эксплуатационного оборудования, например насосов.
2. Конструкции забоев скважин
Часть скважины, вскрывшая продуктивный пласт, называется забоем. Этот элемент скважины, как следует из вышеизложенного, является принципиально важным, т.к. в течение срока эксплуатации скважины (а это -- десятки лет) забой определяет ее эффективность и должен удовлетворять меняющимся условиям разработки, обеспечивая:
- механическую прочность призабойной зоны без ее разрушения;
- возможность избирательного воздействия на различные части вскрытой части продуктивного горизонта как за счет направленного вторичного вскрытия, так и за счет гидродинамических или физико-химических обработок;
- максимально возможный коэффициент гидродинамического совершенства скважины.
В зависимости от существенно различающихся свойств продуктивного пласта и технологий выработки запасов углеводородов можно использовать одну из следующих типовых конструкций забоев скважин, представленных на рис. 2.1:
1. Скважина с перфорированным забоем.
2. Скважина с забойным хвостовиком.
3. Скважина с забойным фильтром.
4. Скважина с открытым забоем.
Рис. 2.1. Типовые конструкции забоев скважин:
а -- с перфорированным забоем; б -- с забойным хвостовиком; в -- с забойным фильтром; г -- с открытым забоем; 1 -- обсадная колонна; 2 -- цементное кольцо; 3 -- перфорационные отверстия; 4 -- перфорационные каналы; 5 -- перфорированный хвостовик; 6 -- забойный фильтр; 7 -- сальник (пакер); 8 -- открытый забой
Вне зависимости от конструкции забоя после вскрытия продуктивного горизонта в скважине проводится цикл геофизических, а в продуктивном горизонте еще и цикл гидродинамических исследований; по полученной информации решается ряд важных задач.
1. Скважины с перфорированным забоем (рис. 2.1, а) являются наиболее распространенными в нефтедобывающей промышленности в силу целого ряда преимуществ, к основным из которых можно отнести:
- надежная изоляция пройденных горных пород;
- возможность дополнительного вскрытия перфорацией временно законсервированных нефтенасыщенных интервалов в разрезе скважины;
- простота поинтервального воздействия на призабойную зону в случае сложного строения ее;
- существенное упрощение технологии бурения, т.к. бурение под эксплуатационную колонну ведется долотом одного размера до проектной отметки.
После разбуривания ствола до проектной отметки в скважину спускается обсадная колонна, которая цементируется, а затем перфорируется. В условиях достаточно крепких коллекторов такая конструкция забоя является длительно устойчивой.
2. Скважины с забойным хвостовиком (рис. 2.1, б) предназначены для продуктивных горизонтов, представленных крепко сцементированными (очень крепкими) коллекторами. Скважина бурится до проектной отметки, затем в нее спускается обсадная колонна, нижняя часть которой на толщину продуктивного горизонта имеет насверленные отверстия. После спуска обсадной колонны проводится ее цементирование выше кровли продуктивного горизонта; при этом пространство между стенкой и обсадной колонной на толщину продуктивного горизонта остается свободным. Приток в такую скважину аналогичен таковому в совершенную скважину, но забой является закрепленным, что исключает уменьшение диаметра скважины даже в случае частичного обрушения призабойной зоны.
3. Скважины с забойным фильтром (рис. 2.1, в) предназначены для слабосцементированных (рыхлых) коллекторов. До кровли продуктивного горизонта скважина бурится с диаметром, соответствующим диаметру эксплуатационной колонны. Затем в скважину спускаются обсадные трубы и производится цементирование. Продуктивный горизонт разбуривается долотом меньшего диаметра до подошвы. Перекрытие продуктивного горизонта осуществляется фильтром, закрепляемым в нижней части обсадной колонны на специальном сальнике. Фильтр предназначен для предотвращения поступления песка в скважину. Известно большое количество фильтров, различающихся не только конструкцией, но и материалом, из которого они изготавливаются.
4. Скважины с открытым забоем (рис. 2.1, г) предназначены для однородных устойчивых (прочных) коллекторов. Нижняя часть скважины (до кровли продуктивного горизонта) не отличается от таковой для скважин с забойным фильтром. Продуктивный горизонт разбуривается также долотом меньшего диаметра до подошвы; при этом ствол скважины против продуктивного пласта остается открытым.
Совершенно очевидно, что такая конструкция обладает наилучшим гидродинамическим совершенством, но имеет ограниченное распространение в силу ряда недостатков, основными из которых являются:
- ограниченность или даже невозможность эксплуатации продуктивных горизонтов сложного строения;
- небольшая толщина продуктивного горизонта;
- невозможность эксплуатации скважины с достаточно большими депрессиями вследствие разрушения продуктивного горизонта (обвалы ПЗС).
3 Освоение скважин
Освоение скважины -- комплекс технологических операций по вызову притока и обеспечению ее продуктивности или приемистости, соответствующей локальным возможностям пласта. После проводки скважины, вскрытия пласта и перфорации обсадной колонны, которую иногда называют вторичным вскрытием пласта, призабойная зона и, особенно, поверхность вскрытого пласта бывают загрязнены тонкой глинистой взвесью или глинистой коркой. Кроме того, воздействие на породу ударных волн широкого диапазона частот при перфорации вызывает иногда необратимые физико-химические процессы в пограничных слоях тонкодисперсной пористой среды, размеры пор которой соизмеримы с размерами этих пограничных слоев с аномальными свойствами. В результате образуется зона с пониженной проницаемостью или с полным ее отсутствием.
Цель освоения -- восстановление естественной проницаемости коллектора на всем протяжении призабойной зоны пласта и получения продукции скважины, соответствующей ее потенциальным возможностям. Все операции по вызову притока и освоению скважины сводятся к созданию на ее забое депрессии, т.е. давления ниже пластового. Причем в устойчивых коллекторах эта депрессия должна быть достаточно большой и достигаться быстро, в рыхлых коллекторах, наоборот, -- небольшой и плавной.
Скважины осваивают после бурения, перфорации или ремонта. При бурении и перфорации скважина заполнена буровым раствором. При перфорации репрессия давления на пласт (разность между давлением на забое и пластовым давлением) не должна превышать 5% от пластового давления. Для проведения ремонта ее также заполняют жидкостью или раствором (глушат).
Глушение скважины жидкостью проводят для предотвращения открытого фонтанирования, выбросов нефти, газа при снятии устьевого оборудования и подъеме труб из скважины, т. е. для создания противодавления на пласт. Плотность жидкости глушения должна соответствовать пластовому давлению в скважине. Перед вызовом притока давление на забое скважины больше или равно пластовому давлению.
Для вызова притока необходимо выполнение условия Рз<Рпл, т. е. создание депрессии давления на пласт ?Р= Рпл -- Рз, где Рпл -- пластовое давление; Р3 -- забойное давление. Так как забойное давление можно представить как гидростатическое давление столба жидкости в скважине, то условие вызова притока можно записать:
hpg<Pm (2-1)
где h -- высота столба жидкости в скважине; р -- плотность жидкости; g -- ускорение свободного падения.
Для удовлетворения этого условия с целью вызова притока необходимо уменьшить либо h, либо с, поскольку пластовое давление остается неизменным в процессе освоения данной скважины. Известно несколько методов и много способов вызова притока и освоения; выбор того или иного из них зависит от ряда критериев.
4. Оборудование устья и ствола скважины
Оборудование ствола скважины, законченной бурением, обуславливается в основном ее конструкцией, от которой в значительной степени зависят выбор и возможность применения оборудования для его эксплуатации, интенсификации добычи или ремонта скважины.
Оборудованием скважины называют все те части ее конструкции, которые обеспечивают отбор продукции (закачку) в надлежащем режиме, проведение всех технологических операций в процессе эксплуатации и гарантируют от возникновения открытых фонтанов и загрязнения окружающей среды.
Обычно различают наземное и подземное оборудование. Наземное (устьевое) оборудование включает арматуру, устанавливаемую на устье, подземное (скважинное) - оборудование ствола скважины.
Рис. 2.3. Схема колонной головки:
1 - фланец катушки; 2 - пробка; 3 - корпус головки; 4 - резиновые кольца; 5 - пакер; 6 - клинья; 7 -патрубок; 8 - фланец; 9 - эксплуатационная колонна; 10 - фланец кондуктора
Верхняя часть обсадных труб всех скважин заканчивается колонной головкой. Она предназначена для подвешивания и обвязки обсадных колонн с целью герметизации всех межтрубных пространств, контроля и управления межтрубными проявлениями и служит основанием для установки устьевого оборудования. Колонная головка при эксплуатации скважины должна не только герметизировать межтрубные пространства, но и позволять замерять в них давление, отводить из них газ или заполнять их тяжелой жидкостью при газопроявлениях. Для этого в колонных головках имеются отверстия, закрытые пробками. Вместо пробок можно подсоединять манометры или технологические трубопроводы.
В зависимости от назначения и способа эксплуатации скважины на колонную головку устанавливают соответствующее устьевое оборудование, которое будет рассмотрено в последующих главах.
При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит по насосно-компрессорным трубам (НКТ). Из НКТ составляют колонны, которые спускают в скважину перед началом ее эксплуатации. Колонны НКТ служат для следующих целей:
* подъем на поверхность отбираемой из пласта жидкости, смеси жидкости и газа или одного газа;
* подача в скважину жидкости или газа (осуществление технологических процессов, интенсификация добычи или подземного ремонта);
* подвеска в скважине оборудования;
* проведение в скважине ремонтных, в том числе бурильных, работ.
Насосно-компрессорные трубы в нашей стране изготавливаются согласно ГОСТ 633, предусматривающему изготовление гладких труб и муфт к ним, труб с высаженными наружу концами (В) и муфт к ним, гладких высокогерметичных труб (НКМ) и муфт к ним, а также безмуфтовых труб (НКБ) с высаженными наружу концами. Гладкие трубы проще в изготовлении, но их концы ослаблены нарезанной на них резьбой. Трубы с высаженными наружу концами имеют одинаковую прочность по основному телу и у резьбы. Эти трубы называются равнопрочными. Трубы изготавливаются из сталей следующих групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р. Кроме того, НКТ могут изготавливаться из алюминиевого сплава марки Д16Т.
Трубы, изготовленные из алюминиевого сплава, имеют значительно меньшую массу, чем стальные, а прочность их снижается меньше. Таким образом, колонны труб из алюминиевого сплава можно спускать глубже, или они будут иметь больший запас прочности при глубине спуска, одинаковой с глубиной спуска стальных труб. Трубы из сплава Д16Т обладают и большей коррозионной стойкостью в сероводородсодержащих средах.
В последние годы получили применение так называемые непрерывные наматываемые (безмуфтовые или гибкие) трубы длиной до 2500 м, а в некоторых случаях -- до 5500 м. Эти трубы выпускаются с прокатного стана полной строительной длины (или отдельными бухтами длиной от 300 до 650 м, которые соединяются между собой с помощью стыковой сварки) без промежуточных резьбовых соединений и сматываются в бухту. Они спускаются в скважину со специального агрегата, обычно смонтированного на большегрузной автомашине.
Через такую колонну труб можно подавать жидкость в скважину для промывки песчаных пробок, спускать оборудование для ремонтных и эксплуатационных работ. Естественно, что при таких непрерывных гибких трубах резко сокращается время спуска и подъема колонн, ликвидируются трудоемкие работы по свинчиванию и развинчиванию резьбовых соединений.