Что называют забоем скважины
Забой скважин: особенности
Во время бурения пролет проходит немало пластов, каждый из которых имеет свои особые требования. Виды забоев скважин также сильно различаются и сильно зависят от того, какой именно продукт требуется извлечь. Данные участки имеют свои особенности устройства и используемых функциональных элементов.
Забой нефтяной скважины: общее определение
Нефтяная скважина проходит через несколько пластов различных почв, каждая из которых имеет свои эксплуатационные особенности. Весь пролет можно разделить на составные части, которые нередко взаимосвязаны с окружающим грунтом. Итак, существуют следующие элементы:
Кондуктор – часть шахты, которая несет функциональную нагрузку направления скважины. От окружающей почвы отделяется за счет обсадной трубы, пустоту между ними заполняют скрепляющим раствором вроде цемента.
Суть промежуточной колонны в том, чтобы изолировать промежуточные породы. Они устанавливаются по мере необходимости и ограничений по их количеству нет.
Эксплуатационная колонна – это участок непосредственной разработки пласта. Она начинается от дна шахты и заканчивается у устья.
Что представляет собой конструкция забоя
Независимо от того, планируется нефтяная скважина или же водяная, забой является главным элементом. Конструкция забоя скважины подразумевает поддержание следующих функций скважины:
Последняя гарантирует надежность продуктивного пласта, что дает возможность без какого-либо риска осуществить спуск необходимого оборудования.
В целом, вышеприведенный список является признаком функциональной и надежной нефтяной или любой другой скважины, готовой к разработке.
Условия последней могут существенно варьироваться, и, для обеспечения максимальной продуктивности процесса, существует несколько конструктивных типов:
Каждый из них имеет свои особенности функционирования и помогает обеспечить наиболее качественную и безопасную добычу целевого ресурса с помощью разрабатываемой скважины.
Кроме того, важно упомянуть, что нередко создаются многоствольные или многозабойные скважины. Они предназначены для повышения выработки и снижения затрат, что позитивно сказывается на общей эффективности работы скважины нефтяного, водяного или любого другого типа.
Оборудование забоев различных видов
Открытый забой применяется в случаях, когда сам пласт достаточно однороден и не содержит в себе структур глинистого типа, способных спровоцировать обрушение. Также, условием для использования открытого забоя является:
Также, разработка скважины не должна подразумевать разработку или любое иное воздействие на изолированные слои пластов.
При забое открытого вида эксплуатационная колонна опускается вплоть до пласта разработки, после чего фиксируется. В целях повышения надежности проводится укрепление цементом. Вскрытие пласта производится инструментом.
Из-за своих ограничений такой тип используется редко.
Забой с фильтром характерен тем, что обсадная колонна опускается до разрабатываемого пласта. Внутри этого пространства располагается фильтр: обрезанная по размеру труба с отверстиями круглого или щелевидного типа. Они служат для очищения добываемого ресурса от песчаных примесей.
Фильтры различаются по своему виду:
Данный вид забоя скважины не пользуется популярностью, особенно в нефтяной разработке.
К наиболее распространенным типам забоев относятся только два вида. Одним из наиболее широко применяемых является забой, который подразумевает перекрытие перфорированным хвостовиком эксплуатационной колонны. Суть в том, что сама колонна опускается до самого дна слоя разработки. После этого вся часть, находящаяся выше пласта добычи, цементируется. Открытая перфорированная часть остается нетронутой и служит фильтром.
Другой, не менее распространенный вид забоя – перфорированный. Он обладает рядом преимуществ перед другими видами:
Кроме этого, появляется возможность задействовать разнообразные способы для воздействия на прилегающие к разрабатываемому пласту слои.
Во время непосредственного бурения происходит геофизический анализ, который дает подробную картину всех находящихся на пути следования слоев. Среди них отбираются продуктивные и водоносные пласты и выбираются объекты для эксплуатации.
Зачистка забоя скважины
Понятие о скважине, ее элементах, конструкции, о положении оси ствола в пространстве
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, которая строится без доступа человека к забою и имеющая диаметр во много раз меньше длины.
Скважины предназначены для извлечения полезных ископаемых, для нагнетания в пласты различных агентов, для контроля над разработкой месторождений и др.
Крепление ствола скважины и разобщение пластов производится путем спуска труб, называемых обсадными, а все спущенные трубы представляют собой обсадную колонну.
Для крепления скважины применяют специальные стальные трубы различного сортамента по марке стали и диаметру.
Для исключения перетоков различных флюидов из пласта в пласт кольцевое пространство между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим материалом с инертными и активными наполнителями, с химическими реагентами с помощью насосов.
Из вяжущих веществ наиболее широко применяются тампонажные портландцементы.
Поэтому сам процесс разобщения пластов называется цементированием.
В процессе бурения скважин встречаются такие пласты горных пород, где возможны различные осложнения, без ликвидации которых путем спуска дополнительных обсадных колонн невозможно дальнейшее бурение.
В итоге создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.
Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе (d, l) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах соединения скважины с продуктивным пластом.
В скважину спускают обсадные колонны особого назначения. Это направление, кондуктор, промежуточные волны, эксплуатационная колонна.
Направление
Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород со стенок скважины и для соединения ствола скважины с желобами очистной системы. Направление цементируется на всю длину. Длина направления колеблется от нескольких метров до сотни метров в зависимости от разреза горных пород и условий бурения (море, болото, илистые рыхлые грунты и т. д.).
Кондуктор
Кондуктором перекрывают верхнюю часть геологического разреза неустойчивых пород, пласты, насыщенные водой и другими флюидами, поглощающие промывочную жидкость или проявляющие подающие пластовые флюиды на поверхность. Кондуктором обязательно перекрываются все пласты пресной воды. На кондуктор устанавливается противовыбросовое оборудование, на устье кондуктор служит также опорой для подвески очередных колонн.
Эксплуатационная колонна
Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или для нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления.
Промежуточная колонна
Промежуточные колонны спускаются в том случае, если невозможно бурение без предварительного разобщения зон осложнений (проявления, поглощения, обвалы).
Промежуточные колонны могут быть сплошными, т е. их спускают от устья до забоя и не сплошные, так называемые хвостовки.
Следует отметить, что чем совершеннее технология бурения и менее сложные геологические условия, тем проще конструкция скважины и меньше затраты на ее строительство. Ось скважины практически всегда имеет пространственное искривление, однако при небольшой интенсивности искривления (менее 0,1 о доли градуса на 10 м. длины ствола) скважину называют вертикальной (при суммарном отклонении не более 1-2 о ).
При большой интенсивности искривления скважины называют искривленными.
При отклонении от вертикали на 90 о скважины называются горизонтальными.
Для увеличения области дренирования иногда от основного пласта бурят несколько дополнительных наклонных стволов. Такие скважины называются многозабойные.
Различают скважины большого, нормального, уменьшенного и малого диаметров.
МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ
ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Понятие конструкции скважины
— это совокупность элементов крепи горной выработки с поперечными размерами, несоизмеримо малыми по сравнению с ее глубиной и протяженностью, обеспечивающая при современном техническом и технологическом вооружении безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза, а также дневной поверхностью, эксплуатирующегося в заданных режимах и времени в зависимости от назначения: изучение геологического разреза, разведка и оценка газонефтеносности отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.
В газонефтяной отрасли нет также единого методического подхода к оценке качества проектирования и строительства скважин, в том числе их конструкции.
Основные элементы скважины
— это дно ствола скважины.
— это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.
— участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.
— затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.
Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.
Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют скважины.
Обсадные колонны
Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.
Обсадные колонны по назначению подразделяются следующим образом.
— первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовыми почвами, насыпным песком или имеет другие особенности. Обычно направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направление забивают в породу, как сваю.
Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.
— колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.
Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо.
Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.
Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.
Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:
Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.
— последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.
Диаметр обсадной колонны
Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на приобретение до 2-3х раз. Усложняется поведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт.
Сооружение скважины
Только сооруженная скважина может ответить на вопрос: имеется ли в данном районе нефтяное или газовое месторождение и какова промышленная ценность залежи углеводородов.
Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:
При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.
Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».
После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.
Требования к конструкции скважин
В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:
Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:
Разработка конструкции скважины
Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.
Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:
К объективным геологическим факторам относят предполагаемую и фактическую литологию, стратиграфию и тектонику разреза, мощность пород с различными проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержащих пород и пластовые давления.
Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.
В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.
Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.
Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться геологическими факторами.
Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.
Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины и другие, отмеченные выше, факторы и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Последнее условие является принципиальным, так как практика буровых работ четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на бурение интервала ствола между креплениями, тем меньше число и тяжесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.
Конструкция, виды и характеристики забоя скважины
Скважины могут рыться для различных целей и представляют собой геологические выработки, длина которых больше, чем диаметр их окружности. Чтобы понимать, что такое скважинный забой, нужно детально разобраться с элементами скважины, ее видами и принципом функционирования.
Конструкция скважины
Скважина – это специальная выработка круглой формы, длина которой значительно превышает ее диаметр. Бурение их происходит при помощи специального оборудования. Они могут создаваться для самых различных целей, могут быть добывающие, нагнетательные, газовые, водяные, нефтяные, геологоразведочные.
Перед тем как делать скважину, рекомендуется выполнить ее чертеж на бумаге
Диаметр выработки может колебаться от 25 мм до 3 м. При этом подобные сооружения могут иметь как горизонтальные, так и вертикальные стволы.
Основные элементы конструкции скважинной выработки:
Также помимо этих понятий, существует еще несколько, основанных на том, через какие именно пласты земли приходится проходить при бурении.
Каждый такой этап имеет свое название и конструкцию:
Кондуктор и направление – это обязательные конструктивные элементы.
Что касается промежуточной колонны, то она может быть потайной, именуемой хвостовик, и выполнять роль эксплуатационной колонны, то есть служить для улучшения подачи жидкостей или твердых частей из забоя при благоприятных условиях и если в этом есть необходимость.
Имеет значение также нормализация, которая заключается в надлежащей подготовке к работе в зависимости от вида и предназначения скважинного бурения.
Выполняемые функции
Забой – это самая последняя часть скважины, которая служит для извлечения необходимого ресурса из недр земли.
Независимо от того, какая именно будет скважина — водная или, к примеру, нефтяная — забой считается одним из главных ее элементов.
Конструкция и строение этого элемента предполагает выполнение таких функций:
Особое значение приобретает именно обеспечение прочности и надежности всей скважины, что дает возможность без риска опускать в нее оборудование, необходимое для работы.
Виды и характеристики
Забой может принадлежать к одному из нескольких типов:
Самое большое распространение получил именно последний тип благодаря простоте монтажа, хорошей изоляции слоев, а также возможности разработки законсервированных или пропущенных пластов.
Есть также такое понятие, как закрытый (глухой) забой. Таким называют тип, при котором ресурсный слой состоит из неоднородных пород с прослойками глины, песка или весьма неустойчивых песчаников.
Особенности искусственного забоя
Иногда в процессе бурения образуются многоствольные или многозабойные выработки. Обычно это происходит для снижения затрат или более детального изучения места ископаемого. Скважины с несколькими стволами имеют ответвления от основной проходки до входа в ресурсный слой, а с множеством забоев – разветвления в границах ресурсного пласта.
Для бурения скважины зачастую применяется тяжелая техника
Для создания таких сооружений используется искусственный забой, создаваемый ниже будущего ответвления от основного ствола и перекрывающий его.
Создается он такими методами:
При этом нужно знать, что первый способ подходит только для вновь созданных скважин, а второй может применяться для буровых работ любой степени разработки и возраста.
Таким образом, конструкция забоя зависит от назначения самой скважины, характера пород, находящихся в ресурсном слое, вида добываемого ресурса и многих других факторов, влияющих на функциональность выработки.
Что такое забой скважины?
Для того чтобы понимать, что такое забой скважины, необходимо иметь общее представление о процессе, его составных частях их назначении и полном производственном цикле. Скважина применяется в различных областях и представляет собой геологическую выработку длиной большей, чем диаметр. Состоящая из нескольких элементов, вне зависимости от целевых особенностей сооружения, конструкция искусственного типа часто применяется для добычи воды.
Конструкция скважины
Конструктивные элементы скважины такие:
Конструкции забоев скважин – важнейший элемент бурения, разработанный для обеспечения следующего функционала:
В зависимости от различий в условиях разработки, забойная часть может иметь следующий конструктивный тип:
Открытый забой
Открытый забой показан в следующих случаях:
Подобная конструкция не показана в случае, когда в процессе разработки возникает необходимость воздействия на отдельные пропластки нужного слоя.
Совет! Конструкция открытого забоя характерна своей повышенной гидродинамической эффективностью.
Недостаток конструкции – невозможность разрабатывать отдельные участки пласта или грунта, а также раздельно воздействовать на пропластки, опасаясь обвала в результате уменьшения давления внутри слоя.
Забой, перекрытый хвостовиком колонны
Такое сооружение скважины предусматривает опускание до подошвы разрабатываемого слоя, укрепление тела шахты посредством колонны, оснащенной перфорацией, расположенной на высоте продуктивного пласта. После этого колонна закрепляется цементным раствором до верхнего уровня грунтового слоя, при этом перфорированная часть остается свободной.
Такие виды забоев показаны для использования на тех же условиях, что и обычные, открытые, но при этом перфорированная труба уменьшает риски обрушения пластов и уменьшения диаметра рабочей шахты.
Забой с фильтром
Обустройство забоя с фильтром предполагает расположение обсадной колонны от верхней границы нужного грунтового водоносного пласта и последующее закрепление колонны. По ней в грунт опускается фильтровальная конструкция, оснащенная отверстиями, их может быть столько, сколько нужно и форма также допускается любая. Промежуточный слой между трубой и фильтром перекрывается сальником.
Самые популярные модели фильтров кольцевые, гравийные или металлокерамические с щелевидными отверстиям, однако, их никто не регламентирует, как и форму конструкции. Подобные забои служат для фильтрации жидкости или продукта от посторонних примесей, но при этом отсутствие призабойной зоны, а также сложность в оборудовании скважины обусловили нечастое применение конструкций в жизни.
Перфорированные забои
Это система, оборудуемая следующим образом: отверстие пробуривается до нужной отметки, но в процессе бурения обозначается залегание всех продуктивных слоев, при этом намечаются объекты для разработки (их может быть достаточно много). После заглубления обсадной трубы, расстояние от границ трубы до тела шахты цементируется, но только до перфорационного слоя, находящегося в области залегания нужного пласта. Преимущества подобного бурения очевидны:
При необходимости и для сохранения чистоты поступающего продукта, скважина оборудуется фильтром. Но только в том случае, когда нет вкраплений цементированных песчаных залежей.
В заключение
Выбор конструктивных особенностей зависит от характеристик пород, назначения бурения, глубине залегания продуктивного пласта, наличии или отсутствии осыпных пород и их способности к напитыванию влагой, а также от необходимости и возможности оборудования призабойной части.