Заканчивание скважин. 2

Скважина  — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового оборудования.                                                                                                                                                            Различают вертикальные, горизонтальные, наклонные скважины. Начало скважины называется её устьем, дно — забоем, внутренняя боковая поверхность — стенками. Диаметры скважин колеблются от 25 мм до 3 м. Скважины могут иметь боковые стволы (БС), в том числе горизонтальные (БГС).

Некоторые виды скважин

По назначению различают  буровые скважины: картировочные, опорные, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, геотехнологические и инженерно-технические (горнопроходческие, вентиляционные, дренажные, барражные, взрывные и т. д.).

Скважина газовая  — скважина, которая пробурена  к газоносному горизонту и  используется для извлечения газа и  газового конденсата.

Скважина  нефтяная — скважина, которая пробурена к нефтеносному горизонту или чаще всего нефтегазоносному и используется только для извлечения нефти. Скважина не может использоваться для добычи газа — это связанно с устройством самой скважины, а главное — спецификой подготовки нефти к транспортировке, газ перед транспортировкой очищается и осушается согласно СНиП, ТУ и других нормирующих документов.

Скважина  водозаборная — разведочно-эксплуатационная скважина предназначенная для добычи воды из водоносного горизонта, глубина скважины зависит от глубины залегания водоносных горизонтов, в которых и находится артезианская вода. Чем глубже артезианская скважина, тем больше содержание солей в воде, то есть выше её минерализация (см. гидрогеологию). Водозаборная скважина является подземным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения на водозаборных сооружениях (более известны как водозаборный узел сокр. ВЗУ).

Скважина  нагнетательная (инжекционная) — предназначенная для нагнетания воды (газа) либо в законтурные зоны (газовую шапку) нефтяных залежей при осуществлении поддержания пластового давления, либо в определённую систему на нефтеносной площади при вторичных методах добычи нефти. В отличие от добывающих скважин, в которых производится отбор пластового флюида, в нагнетательные скважины закачивается жидкость (вода), таким образом обеспечивая замещение пластового флюида в коллекторе.

Скважина  опорная — глубокая скважина, пробуриваемая на недостаточно изученной территории в целях уточнения геологического разреза, изучения пространственного распределения возможных нефтегазоносных отложений, региональных гидрогеологических условий, оценки прогнозных запасов и определения направления дальнейших поисковых работ на нефть и газ. В задачу опорных скважин входит получение и оценка материалов и по другим полезным ископаемым.

Скважина  разведочная — в практике поисково-разведочного бурения на нефть и газ пробуренная скважина, не давшая промышленного притока нефти (газа). В процессе бурения и испытания такой скважины важно получить необходимую информацию о геолого-геохимической и гидрогеологичесой обстановке испытанного пласта, что позволит в последующем снизить число сухих скважин и тем самым повысить эффективность бурения. В США в категорию С. с. относят и скважины, бурящиеся всухую, без применения бурового раствора. 

Средняя глубина скважин 

Средняя глубина  добывающих скважин на данный момент в различных нефтегазовых провинциях Российской Федерации составляет 1500 — 3000 м, в перспективе из-за выработанности существующей ресурсной базы углеводородов России она может достигнуть значения 4000 — 6000 м, что повлечёт удорожание себестоимости добычи 1 условной тонны нефти (1000 условных кубометров газа) в 2 раза. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заканчивание скважин

Заканчивание имеет отношение не только к пласту как объекту бурения, "зона заканчивания", но и является термином, служащим для описания операций в строительстве скважины после завершения бурения и крепления ствола. При заканчивании скважины необходимо увеличить проницаемость породы в зоне заканчивания, чтобы газ мог поступать из газонасыщенного песчаника или угольного пласта. Для увеличения проницаемости применяют два метода: кавитации и гидроразрыва пласта. 
 

Для образования  кавитационных каверн требуется ствол повышенного диаметра, а также перекрытие ствола скважины кондуктором и эксплуатационной обсадной колонной. После завершения операций по креплению скважины, ствол герметизируют путем установки клапана, и в скважину закачивают воздух. Клапан открывают, в результате чего создается разрежение, способствующее разрушению породы у забоя скважины и течению газа через образующиеся трещины и перфорационные отверстия. В результате кавитации развиваются шумы, как при работе реактивного двигателя; они длятся несколько минут (вплоть до 15 минут). Операцию повторяют несколько раз, прежде чем скважина будет закончена. На устье скважины часто наблюдается выход воды с кусочками породы или угля. Кавитация аналогична явлению, сопровождающему открытие жестяной банки с напитком после встряхивания, только протекающему в гораздо большем масштабе. При осуществлении этого процесса необходимо тщательно соблюдать меры предосторожности, обеспечения безопасности и охраны окружающей среды.  
 

Гидроразрыв проводят путем закачки смеси песка и воды к забою скважины с последующим выносом воды из скважины. Вода с песком проникает в подземный пласт, позволяя газу поступать в скважину по образовавшимся трещинам и через перфорационные отверстия. Гидроразрыв обычно бывает однократным, но иногда эту обработку осуществляют несколько раз, прежде чем темп притока газа не станет достаточным. Для гидроразрыва используется мощность нескольких дизельных двигателей, и обработка может длиться от 30 мин до нескольких часов. 
 
 

Обычное заканчивание скважины 
 

Данный метод заключается  в спуске обсадной колонны или  трубы с поверхности до низа скважины или до подошвы фрагмента породы, который был определен как  коммерчески продуктивный. Затем  обсадную колонну цементируют непосредственно  на месте. Такую колонну труб часто  называют эксплуатационной обсадной колонной, так как через нее осуществляется добыча нефти. 
 

Колонну закрепляют, закачивая вниз цемент внутри колонны, за цементом следует пробка, которую  вытесняют водой. Цемент при этом опускается в нижнюю часть обсадной колонны. Затем он возвращается вверх  и распространяется вокруг внешней  части обсадной колонны — в  пространстве, которое называется кольцевой  зазор. За цементом следует скребковая пробка. Она плотно укладывается в  обсадной колонне, поэтому при вытеснении пробки водой цемент соскребается со стенок трубы. Пробка задерживается  в нижней части обсадной колонны  башмаком либо ограничителем. Башмак удерживает цемент от распространения вверх  во внешнем кольцевом пространстве. Когда цемент затвердевает, труба оказывается зафиксированной. 
 

Одной из функций  цемента является изоляция водоносных пород, находящихся выше или ниже продуктивного пласта. Прочность  цемента контролируют и после  затвердевания до требуемого состояния  проверяют герметизацию. Время затвердевания  цемента до заданных показателей  зависит от состава цементной  смеси, а также от температуры  и давления в нижней части скважины. 
 

Для контроля цементирования записывают диаграмму качества связи  цемента по его слою. Положение  верха Цементной колонны можно  оценить на основании размера  пробуренной скважины и внешнего диаметра обсадной колонны. Некоторые  скважины, особенно неглубокие, могут  быть зацементированы по всей высоте от низа обсадной колонны до поверхности. 
 

Принципиально важным аспектом при заканчивании скважины с перфорированной обсадной колонной явля-ется процесс перфорации. Перфорация — проделывание отверстий на трубе и в цементе — производится для обеспечения контакта (сообщения) между стволом скважи-ны и окружающим скважину пластом породы. Для выполнения данной операции чаще всего применяют два типа скважинных перфораторов. Пулевой перфоратор — это многоствольное «огнестрельное оружие», сконструированное для внесения в скважину. Перфоратор располагают на заданной глубине и приводят в действие электрическим выключателем с пульта управления на поверхности. Перфорация, т.е. проникновение сквозь трубу, цемент и пласт горной породы, осуществляется на большой скорости снарядами или пулями. В зависимости от потребностей компании-разработчика за один раз может выстреливаться либо только одна пуля, либо несколько. 
 

Другой распространенный тип скважинного перфоратора  представляет собой кумулятивный (беспулевой) перфоратор, который часто называют «реактивное ружье». По этому методу проникновение сквозь обсадную колонну происходит с помощью газового заряда, возникающего в результате сгорания химического топлива в сопле и выстреливающего с большой скоростью (почти 10 000 м/с). Такой заряд создает давление на мишень около 280 000 кг/см2. 
 

Инструменты данного  типа подразделяются, кроме того, на перфораторы одноразового и многоразового  использования. Многоразовый перфоратор состоит из цилиндрического стального  корпуса, который напоминает фрагмент трубы, при этом заряды располагают  по периметру корпуса. Одноразовые  перфораторы изготавливают из материалов, которые распадаются после выстрела на мелкие фрагменты. Корпус перфоратора  обычно стальной, Но оболочка заряда может  быть алюминиевой, пластмассовой или  керамической. Корпус перфоратора одноразового использования извлекают из скважины после выстреливания газового заряда. 
 

При пробивании пластов  плотных пород и при наличии  нескольких обсадных колонн предпочтительны  кумулятивные перфораторы по сравнению  с пулевыми. Для более мягких пород пулевые перфораторы не уступают беспулевым или даже превосходят их. Для операции перфорирования в скважине важное Значение имеет правильное измерение глубины.  Точное размещение перфораторов достигается использованием муфтового локатора совместно с радиоактивным каротажем. Интервал для перфорирования выбирается на основании диаграммы радиоактивного каротажа, при этом измерения проводят по отношению к муфтам обсадной колонны, которые обнаруживают с помощью детектора, прикрепленного к перфоратору. 
 

Более благоприятной  для перфорирования является ситуация, когда давление в стволе скважины ниже, чем в пласте горной породы. В таком случае буровой мастер имеет возможность сразу удалить  обломки породы, которые образуются при перфорировании и, оставаясь  на месте, могут ограничить проницаемость. 
 

Свабирование. После перфорирования обсадной колонны продуктивный пласт открыт в ствол скважины, и флюид может поступать внутрь колонны и подниматься на поверхность. Однако обсадная колонна может оказаться заполненной буровым раствором. Если дело обстоит именно так, то скважину очищают свабированием. При этом в скважину погружают систему насосно-компрес-сорных труб, достигающих продуктивного пласта. 
 

При свабировании в эту систему труб опускают на проволочном канате резиновый поршень, снабженный запорным клапаном. По мере опускания данной конструкции в скважину жидкость поднимается в пространство над поршнем. Однако при подъеме поршня жидкость не может пройти обратно из-за клапана. Таким образом, резиновый поршень выносит на поверхность всю собравшуюся над ним жидкость. 

Cо стационарным оборудованием 
 

При заканчивании скважины со стационарным оборудованием монтаж системы труб и оборудования устья скважины проводится для данной скважины только единожды. Все операции по заканчиванию и ремонту осуществляются с помощью специальных инструментов малого размера внутри насосно-компрессорных труб. Перфорирование, свабирование, вторичное цементирование (герметизация протечек в обсадной колонне), заполнение гравием (ствол скважины заполняется гравием для предотвращения обрушения стенок и поступления песка) и другие операции по заканчиванию и ремонту должны проводиться через насосно-компрессорные трубы. Преимуществом данного метода является его экономическая выгода.  
 

Рассмотрим это  на примере вторичного цементирования. В этом случае секцию трубы помещают в скважину с помощью проволочного каната и опускают внутри на-сосно-компрессорной колонны до ее нижней части. После проведения вторичного цементирования обедненных участков избыток цемента выводится из скважины за счет циркуляции. Секция трубы удаляется, после чего можно проводить такие операции, как, например, перфорирование на новом участке выше по стволу скважины, используя специальный скважинный перфоратор для работ в колонне насосно-компрессорных труб. 
 

При обычном повторном  заканчивании в скважину подают буровой раствор до тех пор, пока давление не понизится, затем насосно-компрессорные трубы вынимают и снова опускают в скважину с цементировочным пакером, далее их снова нужно удалить и внести перфоратор, после чего провести перфорацию обсадной колонны и, наконец, следует в последний раз смонтировать насосно-компрессорную колонну для добычи нефти. При заканчивании скважины со стационарным оборудованием все эти дорогостоящие операции не нужны. Однако при стационарном заканчивании применяются менее эффективные инструменты малого размера, которые чаще выходят из строя, чем инструменты нормального размера, используемые при обычном заканчивании. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Многопластовое заканчивание скважины 
 

В некоторых случаях  внутри одной скважины обнаруживается несколько продуктивных горизонтов. Многопластовое заканчивание скважины позволяет одновременно проводить добычу из двух или более горизонтов. Часто это является результатом деятельности органов государственного регулирования, которые раздельно проводят классификацию нефти. Кроме того, это может быть необходимо для регулирования работы коллектора — пласт с высоким давлением и пласт с низким давлением. 
 

Наиболее распространенным является заканчивание в двух горизонтах. Заканчивание в трех и более горизонтах проводится значительно реже. Легко обнаружить один недостаток этого метода: чем больше операций по заканчиванию, тем более сложным (и дорогостоящим) оказываются скважинное оборудование и инструменты, необходимые для достижения и поддерживания отдельных пластов. Проблемы усугубляются, если один или более горизонтов требуют механизированной добычи (насосы и т.д.). 
 

Многопластовое заканчивание скважин в нефтяной промышленности было вынужденной мерой. Экономия за счет отсутствия необходимости бурить отдельную скважину для каждого продуктивного горизонта, как правило, сводится к нулю в результате возникающих дополнительных проблем, связанных с добычей нефти и ремонтными работами. Экономия на начальном этапе не всегда приносит прибыль. 
 

В целом выбор  метода определяется общей экономической  эффективностью данного варианта по сравнению с вариантом отдельной  скважины для каждого пласта. Многопластовое заканчивание может оказаться более выгодным по сравнению с бурением отдельных скважин в результате принятых арендных обязательств. Применение данного метода может, кроме того, ускорить разработку месторождения. Иногда в период нехватки материалов стоимость стальных труб резко возрастает. В результате дальнейшего технического прогресса этот метод заканчивания станет, по-видимому, более распространенным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Многозабойное заканчивание скважины 
 
 

Многозабойное заканчивание — широкое понятие, относящееся к целому ряду технологий заканчивания скважин. В целом оно применимо к скважинам, пробуренным и законченным в некоторой горизонтальной или близкой к горизонтальной конфигурации. Данная технология предполагает использование какого-либо вида направленного бурения, т.е. бурения в направлении, отклоняющемся на некоторый угол от направления вертикально вниз. 
 

Основным принципом, лежащим в основе технологий многозабойного заканчивания скважины, является отклонение скважины от вертикали (искривление), которое увеличивается, пока на входе в продуктивный пласт скважина не становится почти горизонтальной. 
 

Другие варианты многозабойного заканчивания предусматривают бурение одного или нескольких поперечных ответвлений от основного ствола скважины. Скважины с такими ответвлениями, или боковыми стволами, называются разветвленными скважинами. В таком случае основная скважина может иметь диаметр до 2,5 м. Бурение дополнительных стволов проводится рабочими со дна основного ствола, что аналогично работе шахтеров. 
 

Следует анализировать  соотношение дополнительных затрат на бурение и заканчивание боковых стволов и ожидаемой дополнительной продуктивности. С постоянным развитием техники и снижением себестоимости работ применение таких методов получит более широкое распространение. При этом метод многозабойного заканчивания должен выдерживать конкуренцию с обычными Методами интенсификации притока, которые широко используются и также позволяют достигать увеличения продуктивности. 
 

В данной главе мы обсуждали различия между закан-чиванием с обсаживанием и заканчиванием без обсажи-вания скважины. Далее мы более подробно рассмотрим процессы установки обсадной колонны в скважине и цементирование, а затем различные методы добычи нефти 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заканчивание с отсеканием воды и газа

 
В целом нефтепереработчики стремятся получить как можно меньше других продуктов одновременно с нефтью. Вода до продажи должна быть отделена от сырой нефти — и чем больше объем воды, которую придется отделять, тем меньше останется нефти на продажу. Желательно также снизить объем добываемого газа либо совсем исключить его (кроме тех случаев, когда скважина ведет в газовый коллектор). В нефтяном коллекторе газ играет роль той силы, которая выталкивает флюиды в ствол скважины. Поэтому имеет смысл сохранять его как можно дольше — это увеличивает продолжительность эксплуатации месторождения.

 
Во многих коллекторах поверх нефтеносной  зоны располагается газоносная, либо снизу находится зона воды, либо вместе и то и другое. В этих случаях заканчивание скважины нужно провести таким образом, чтобы не допустить попадания в нее свободного газа или воды. Следовательно, важное значение приобретает правильный выбор горизонта в пределах интересующей зоны.

 
Сделаем небольшое отступление, чтобы  разобраться, как ведут себя флюиды коллектора в процессе добычи. Для  добычи из скважины необходимо создать  депрессию — градиент давления между  скважиной и зоной дренирования, т.е. областью вокруг скважины, содержащей углеводороды. Градиент давления направлен  горизонтально и вертикально. Таким  образом, депрессия, создаваемая скважиной, воздействует на все три пластовых  флюида: нефть, газ и воду. В результате все они перемещаются к скважине. Вода имеет более высокую плотность, чем нефть, а нефть — более  высокую, чем газ. Эти различия в  плотности создают противоположный  градиент, который не дает воде подниматься  выше ее статического уровня. Если текущий  отбор из скважины невелик, то граница  раздела нефть — вода (граница  между горизонтами нефти и  воды) будет просто подниматься, пока не Достигнет равновесного положения, в котором противоположно направленные градиенты равны по величине. В случае границы между нефтью и газом наблюдается обратная ситуация. Граница нефть — газ будет опускаться, пока не уравняются два противоположно направленных градиента.

 
Однако при высокой скорости отбора и вода, и газ могут быть затянуты в скважину. Это приводит к истечению воды из скважины и возникновению проблем, включая затраты на удаление и/или выделение свободного газа, непроизводительное расходование энергии коллектора и закономерное быстрое снижение давления. Дополнительный устрашающий фактор — санкции, применяемые органами государственного регулирования при добыче избыточного газа. Поэтому получение воды и газа из скважины стараются исключить, как только возможно.

 
Полезным устройством для обнаружения  поступления воды в ствол скважины является прибор гамма-каротажа с инжектором изотопов. Его опускают на забой скважины в процессе добычи нефти, когда высвобождается водорастворимый радиоактивный индикатор. При перемещении наверх индикатор растворяется в воде по мере попадания ее в скважину. Прибор фиксирует излучение радиоактивного индикатора и постоянно контролирует расположение источника излучения по высоте. Данные о расположении точек попадания воды передаются на поверхность и записываются в виде графика.

 
В коллекторах, состоящих из чередующихся слоев продуктивных пластов и  сланцевых или плотных участков, поступление воды можно значительно  снизить или даже предотвратить  за счет вторичного цементирования и  перфорации. Однако в некоторых случаях  насыщение коллектора водой столь  велико, что исключить попадание  воды в скважину невозможно, и она  будет поступать из скважины вместе с нефтью.

 
Заканчивание скважины без обсаживания. Заканчивание скважины без спуска обсадной колонны означает ситуацию, когда эксплуатационная колонна устанавливается непосредственно над продуктивным горизонтом, который остается свободным, т.е. необсаженным. Такой метод может применяться только в случае очень твердых пород, которые не склонны к обрушению.

 
Данный способ заканчивания часто используется в пластах твердых пород с низким давлением, где вскрытие пласта проводилось ударно-канатным методом. При этом роторное бурение осуществляется вплоть до установления эксплуатационной колонны. Затем инструмент Для роторного бурения удаляют и на его место устанавливают станок канатного бурения. Буровой раствор так-же удаляют и далее проводят добуривание требуемого продуктивного участка.

 
Преимуществом данного метода является возможность опробования пласта в процессе бурения. Нет необходимости  удалять инструменты из скважины, цементировать и перфорировать  обсадную колонну. Кроме того, исключается  вероятность повреждения пласта буровым раствором и цементом, а также появляется возможность  пошагового увеличения глубины, что  позволяет избежать бурения в  воду. Последнее особенно важно в  коллекторах малой толщины с  водонапорным режимом, в которых  продуктивный горизонт составляет всего  несколько футов.

 
Во многих случаях для повышения  скорости потока из продуктивного интервала  можно использовать методы интенсификации притока. Наиболее распространенными  из них являются обстреливание нитроглицерином (в настоящее время метод устарел), гидравлический разрыв и кислотный  разрыв.

 
Из приведенного выше следует, что  заканчивание без обсаживания — более эффективный метод, чем стандартное заканчивание с перфорированной обсадной колонной, при котором флюиды должны попадать в ствол скважины через маленькие отверстия в трубе. Преимущество особенно велико в случае тонких слоистых пород или когда проницаемость в вертикальном направлении является либо низкой, либо прерывистой.

 
Заканчивание без обсаживания требует меньших финансовых затрат, так как при этом не нужна часть обсадной колонны. Кроме того, отсутствуют расходы на перфорирование. Исключается также загрязнение цементом либо повреждение буровым раствором. Однако заканчивание с перфорированной обсадной колонной предоставляет гораздо больше возможностей регулирования продуктивного горизонта, так как его можно перфорировать и испытывать как угодно. Имеется возможность выделять отдельные секции и проводить их испытания; интенсификацию притока легче осуществлять при наличии перфорированных отверстий, чем на открытой скважине-Гидравлический разрыв также происходит более успешно при наличии перфорированной обсадной колонны. Продуктивность в среднем оказывается на 50% выше, чем в случае необсаженной скважины. Повышенная эффективность регулирования продуктивных зон также имеет большое значение, если проводятся ремонтные работы, например по отсеканию воды или газа. 
 

Бурение

Общая схема буровой  установки: 1 — буровое долото; 2 —  УБТ; 3 — бурильные трубы; 4 — кондуктор; 5 — устьевая шахта; 6 — противовыбросовое  устройства; 7 — пол буровой установки; 8 — буровой ротор; 9 — ведущая  бурильная труба; 10 — буровой  стояк; 11 — вертлюг; 12 — крюк; 13 —  талевый блок; 14 — балкон верхового  рабочего; 15 — кронблок; 16 — талевый  канат; 17 — шланг ведущей бурильной  трубы; 18 — индикатор нагрузки на долото; 19 — буровая лебёдка; 20 —  буровой насос; 21 — вибрационное сито для бурового раствора; 22 —  выкидная линия бурового раствора. 

Бурение — процесс  разрушения горных пород с помощью  специальной техники — бурового оборудования. Различают три вида бурения:

Вертикальное бурение

Наклонно-направленное бурение

Горизонтальное бурение (отдельная страница) 

Бурение скважин  — это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины  и малого (по сравнению с длиной) диаметра, без доступа человека внутрь. Начало скважины на поверхности земли  называют устьем, дно — забоем, а  стенки скважины образуют ее ствол.