Обсадная колонна скважины

>МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Классификация и назначение скважин

Конструкция скважин

Влияние факторов на конструкцию скважин

Физические процессы в призабойной зоне

Приток жидкости в скважину

Гидродинамическое совершенство скважин

Типовые конструкции забоев скважин

Основы вторичного вскрытия пласта

Взрывные методы перфорации

Гидропескоструйная перфорация

Конструкция 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.

Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо.

Устье — это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой — направлением.

Забой — это дно ствола скважины.

Ствол — это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

Фильтр — 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.

Цементное кольцо — 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 крепь скважины.

Обсадная колонна — это свинченные друг с другом и опущенные в ствол обсадные трубы с целью изоляции слагающих ствол горных пород. Различают первую обсадную колонну — кондуктор, последнюю обсадную колонну — эксплуатационную колонну, в том числе хвостовик, промежуточные обсадные колонны, в том числе летучки (лайнеры).

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.

Направление — 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.

Кондуктор — 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:

• сплошные — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;
• хвостовики — для крепления только необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;
• летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.

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.

Эксплуатационная колонна — 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:

1. Геологическое обоснование места сооружения и составление проекта скважины, которые позволяют наилучшим образом выполнить поставленную задачу.
2. Монтаж технических средств для наиболее качественного и экономичного сооружения скважины.
3. Проводку ствола скважины, обеспечивающую высокую скорость углубления при минимальных затратах.
4. Глубинные геофизические и технологические исследования, позволяющие подробно изучить геологический разрез, термодинамические параметры вскрытых скважиной пластов, отобрать образцы горных пород и пластовых флюидов для лабораторных исследований.
5. Крепление ствола обсадными трубами и цементом, обеспечивающее длительную безаварийную эксплуатацию скважины как инженерного сооружения и ее экологическую безопасность.
6. Изготовление глубинного фильтра, обеспечивающего качественную и надежную гидродинамическую связь продуктивного пласта с полостью эксплуатационной колонны и препятствующего проникновению в колонну горной породы и других загрязняющих углеводороды примесей.
7. Оборудование устья скважины, включающее, при необходимости, подвеску колонны насосно-компрессорных труб, обеспечивающее качественное испытание скважины и дальнейшую длительную эксплуатацию ее как объекта добычи углеводородов.

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».

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или башмак эксплуатационной колонны устанавливается всегда (после прохождения через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его обводнение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной, т.е. не давшей нефти.

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:

• надежное разобщение пройденных пород и их герметизация, что вытекает из требований охраны недр и окружающей среды и достигается за счет прочности и долговечности крепи, герметичности обсадных колонн, межколонных и заколонных пространств, а также за счет изоляции флюидонасыщенных горизонтов;
• получение максимального количества горно-геологической и физической информации по вскрываемому скважиной разрезу;
• возможность оперативного контроля за вероятным межколонным или заколонным перетоком флюидов;
• длительная безаварийная работа при условии безопасного ведения работ на всех этапах жизни скважины;
• конструкция должна иметь определенный диаметр обсадных труб, что особо относится к эксплуатационной колонне;
• быть стабильной (не изменять своих первоначальных характеристик в течение длительного времени или после проведения определенных технологических операций);
• эффективное фиксирование конструкции в стволе скважины;
• возможность аварийного глушения скважины;
• возможность трансформации одного вида скважины в другой за счет максимальной унификации по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.

Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:

• хорошая гидравлическая характеристика (минимум сопротивлений);
• максимально возможное использование пластовой энергии в процессе подъема продукции на дневную поверхность за счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и конструкции забоя;
• возможность проведения всех видов исследований известными и перспективными глубинными приборами;
• проведение всех технологических операций в скважине, в том числе и по воздействию на продуктивный горизонт;
• применение различных способов эксплуатации с использованием эффективного оборудования, в том числе и с большими нагрузками на стенку скважины (колонны).

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:

• геологические особенности залегания горных пород, их физико-механическая характеристика, наличие флюидосодержащих горизонтов, пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва проходимых пород;
• назначение и цель бурения скважины;
• предполагаемый метод заканчивания скважины;
• способ бурения скважины;
• уровень организации, техники, технологии бурения и геологическая изученность района буровых работ;
• уровень квалификации буровой бригады и организация материально-технического обеспечения;
• способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

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.

Все технико-экономические факторы — субъективные и изменяются во времени. Они зависят от уровня и степени совершенства всех форм организации, техники и технологии буровых работ в совокупности. Эти факторы влияют на выбор конструкции скважин, позволяют ее упростить, однако не являются определяющими при проектировании. Они изменяются в широких пределах и зависят от исполнителей работ.

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.

Классификация и назначение скважин

Конструкция скважин

Влияние факторов на конструкцию скважин

Физические процессы в призабойной зоне

Приток жидкости в скважину

Гидродинамическое совершенство скважин

Типовые конструкции забоев скважин

Основы вторичного вскрытия пласта

Взрывные методы перфорации

Гидропескоструйная перфорация

>ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Понятие о скважине, ее конструкции и элементах

Общие ПОНЯТия О СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, которая строится без доступа человека к забою и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

Начало скважины называется устьем, дно — забоем, боковые поверхности — стенками или стволом.

Скважины различного назначения — это капитальные, дорогостоящие сооружения, работающие десятки лет.

Скважины предназначены для поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений.

Незакрепленный открытый ствол скважины не представляет собой надежный канал для соединения продуктивного пласта с дневной поверхностью вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ, их смеси), которые находятся под различным давлением, и др.

Крепление ствола скважины и разобщение пластов производится путем спуска стальных труб, называемых обсадными,а все спущенные трубы представляют собой обсадную колонну.

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 понимаетсясовокупность данных о числе обсадных колонн, их диаметрах и длине, 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 колонны, эксплуатационная колонна.

Направление

Направление спускается в скважину для создания направления стволу скважины, 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.

Эксплуатационная колонна в газовых и разведочных скважинах цементируется полностью. В нефтяных скважинах — либо по всей длине, либо с перекрытием предыдущей колонны на 100 м.

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 хвостовики.

Ось скважины практически всегда имеет пространственное искривление, однако, при небольшой интенсивности искривления (менее 0,1о на 10 м. длины ствола) скважину называютвертикальной(при суммарном отклонении не более 1-2о).

При большой интенсивности искривления скважины называют искривленными.

Специально искривленные под необходимыми углами с заданной интенсивностью и в определенном направлении скважины называются наклонно — направленными.

При отклонении от вертикали на 90о скважины называются горизонтальными.

Несколько наклонно — направленных скважин, расположенных рядом (несколько метров между устьями), образуют куст.Разбуривание месторождений, таким образом, называют кустовым бурением.

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. Скважины большого диаметра — это больше 760 мм. Скважины, бурящиеся долотом 190,5 мм — уменьшенного диаметра. Скважины глубиной менее 1000 м — мелкие скважины, до 5000 м — глубокие, свыше — сверхглубокие.

Понятие конструкции скважины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Нефтегазовый колледж им. Ю.Г. Эрвье

ОТЧЕТ

о прохождении учебной практики

Обучающегося: Эшкузиев Тоир Хаитович

Группы:ОРСн-13-(9)-1

Специальность:

«Оператор по ремонту скважин»

Место прохождения учебной практики: учебный полигон с. Успенка в учебно-производственных мастерских колледжа.

Срок прохождения учебной практики

с «07» сентября 2015г.. по «10» октября 2015г.

Дата «____»___________2015г.

Подпись руководителя практики __________________________В.И.Иванов

	Введение
	Понятие конструкции скважины
	Основные элементы скважины
	Диаметр обсадной колонны
	Сооружение скважины
	Требования к конструкции скважин
	Разработка конструкции
	Заключение
	Список использованных источников

Введение

Скважины используются в добывающей промышленности, в геологоразведке, строительстве, обеспечении водой. Поэтому в зависимости от назначения конструкция скважин имеет свои особенности в каждой из сфер применения

Конструкция 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

Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо.

Устье — это начало скважины, образованное короткой вертикальной

зацементированной трубой — направлением.

Забой — это дно ствола скважины.

Ствол — это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные

колонны и производится углубление скважины.

Фильтр — 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.

Цементное кольцо — 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 крепь скважины.

Обсадные колонны

Обсадная колонна — это свинченные друг с другом и опущенные в ствол обсадные трубы с целью изоляции слагающих ствол горных пород. Различают первую обсадную колонну — кондуктор, последнюю обсадную колонну — эксплуатационную колонну, в том числе хвостовик, промежуточные обсадные колонны, в том числе летучки (лайнеры).

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.

Направление — 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.

Кондуктор — 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:

• сплошные — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;

• хвостовики — для крепления только необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;

• летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.

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.

Эксплуатационная колонна — 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.

Обсадная колонна

(a. casing string; н. Futterrohrstrang, Futterrohrtour, Rohrfahrt; ф. colonne de tubage, train de tubage, tubage; и. culumna de tubo guia, columna de tubos de hincar, columna de entubado) — предназначена для крепления буровых скважин, a также изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации; составляется из обсадных труб путём последовательного их свинчивания (иногда сваривания). Обсадные трубы, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин, изготовляются в осн. из стали c двумя нарезанными концами и навинченной муфтой на одном конце (иногда безмуфтовые c раструбным концом). Резьба труб выполняется конической, треугольного или спец. трапецеидального профиля. Для создания герметичности при высоких давлениях нефти и газа (более 30 МПa) применяются соединения c уплотнительными элементами. B CCCP обсадные трубы выпускаются по наружному диаметру от 114 до 508 мм, длиной 9,5-13 м. Толщина стенок труб в зависимости от диаметров 5-16 мм. Различают семь групп прочности обсадных труб: Д, K, E, Л, M, R, T c пределом текучести 379-1065 МПa. Ha каждой трубе наносится маркировка c указанием диаметра, группы прочности, толщины стенки, номера трубы и даты выпуска.
Обсадные трубы для крепления скважин при бурении на твёрдые п. и. выпускаются в осн. из стали (безниппельные и ниппельные). Безниппельные трубы диаметром от 33,5 до 89 мм, ниппельные — от 25 до 146 мм (для отбора керна выпускаются только ниппельные диаметром 25-146 мм). Толщина стенок труб в зависимости от диаметра 3-5 мм, длина труб 1,5- 6 м. Трубы изготовляются трёх групп прочности Д, K, M c пределом текучести 380-750 МПa. Они поставляются c навинченными ниппелями. Ha каждой трубе указываются диаметр и группа прочности материала. Резьба труб защищается от повреждений предохранит. ниппелями и кольцами.
Применяются O. к. трёх видов: Кондукторы, промежуточные и эксплуатац. колонны. Промежуточные колонны предназначены для крепления стенок ниж. интервалов скважин. Кондукторы и промежуточные колонны обычно цементируются, но могут быть и съёмными (напр., при бурении нек-рых геол.-разведочных скважин или глубоких скважин для борьбы c износом спущенных предыдущих промежуточных колонн). Эксплуатац. колонна перекрывает продуктивные горизонты. Через перфорационные отверстия в колонне в скважину поступают нефть и газ, к-рые перемещаются к устью по колонне насосно-компрессорных труб.
O. к. подвергается воздействию наружного давления жидкости, газа в пластах, горн. пород, влияние к-рых особенно сказывается в глинистых и соляных отложениях; воздействию внутр. давления нефти, газа, a также бурового раствора, собственной массы и усилия натяжения колонн, обусловленного влиянием темп-ры и давления, и др. Длины, диаметры и число O. к. определяются геол. условиями бурения (градиентом давления гидравлич. разрыва пласта, пластовыми давлениями, устойчивостью разбуриваемых пород и др.), уровнем техники и технологии стр-ва скважин, условиями предупреждения и ликвидации возможных осложнений и аварий и др. Диаметр эксплуатац. колонны и глубина скважины являются осн. параметрами для определения диаметра промежуточных колонн. При выборе конструкций колонн учитывается экономичность сооружения c учётом длительности эксплуатации. Ha ниж. участке O. к. устанавливаются обратный клапан, турбулизаторы, центрирующие фонари и др. для обеспечения надёжного цементирования. Диаметры эксплуатац. колонн 114-168 мм, промежуточных колонн 178-503 мм. Длина O. к. достигает до 7000 м, a масса 350-400 т. Для спуска колонн используется вышка, лебёдка, талевая система, a также механизмы для подвешивания спущенной колонны в устье скважины.

Литература: Караев A. K., Сароян A. E., Ширинзаде C. A., Обсадные колонны для глубоких скважин, M., 1971; Саркисов Г. M., Сароян A. E., Бурмистров A. Г., Прочность крепления стенок нефтяных скважин, M., 1977; Трубы нефтяного сортамента. Справочное руководство, M., 1 976. A. E. Сароян, C. A. Ширинзаде.>Водоснабжение из скважины

Конструкция скважины на воду основные элементы

При бурении скважин принимают меры для защиты канала от осыпания, для этого в устройство добывающих воду скважин включают несколько основных элементов.

Рис. 4 Внешний вид обсадных труб

Обсадные трубы

Обсадные трубы используют для укрепления и герметизации скважинного ствола, основными материалами их изготовления является металл, пластик и асбестоцемент. Металлические трубы выпускают из обычной или нержавеющей стали, также бывают оцинкованные и эмалированные виды.

Помимо резьбы, трубы соединяют между собой посредством сварки или при помощи муфт.

В последнее время особой популярностью пользуются трубы из полиэтилена низкого давления ПНД, широко применяемые в распространенных скважинах на песок. Пластиковая эксплуатационная колонна может составляться из труб, имеющих длину 3 или 6 метров, а их наружный диаметр, рассчитанный на установку глубинных погружных электронасосов, обычно равен 90, 113, или 125 мм.

Донный фильтр

В устройство добывающих воду скважин на песке обязательно входит фильтр, который располагается в забое обсадной колонны и погружен в водоносный горизонт. Существует несколько разновидностей скважинных фильтров, отличающихся конструкцией и принципом работы.

Гравийный

Самый простой вид, создается путем подсыпки в забой скважины гравия с мелким зерном. Гравийная подушка препятствует забору грязевого раствора в скважине из песка и ила со дна, снижая таким образом нагрузку на фильтрующие поверхности обсадных труб и электронасоса.

Рис. 5 Скважинные фильтры – особенности конструкций

Щелевой

Простое устройство со стенкой обсадной трубы, имеющей поперечную или продольную перфорацию в виде тонких надрезов. Через узкие щели хорошо проходит вода, а мелкие частицы песка отсеиваются. Такая конструкция в основном используется в трубах из ПНД.

Сетчатый

Представляет собой мелкую сетку из коррозионно-устойчивых материалов (пищевая нержавейка или стеклоткань), обладающую высокой стойкостью к истиранию. Основной недостаток конструкции заключается в ее повышенном сопротивлении водному потоку (на 20 – 40 %), в некоторых случаях при малом дебите это может привести к недостатку воды в источнике.

Дырчатый

Конструкция используется в условиях, где требуется высокая прочность, представляет собой трубу с большим количеством просветленных круглых отверстий. Перфорированный фильтр применяют в источниках с малым объемом подачи и низким напором.

Проволочный

Выполнен из нержавеющей проволоки треугольного сечения, намотанной плотными рядами на перфорированную обсадную трубу. Отличается высокой прочностью и долговечностью, напрямую связанными с сечением используемой в нем проволоки.

Варианты разводки воды в частном доме

Известны два основных способа подключения потребителей к водопроводу, при выборе варианта учитывается потребляемый объем воды и необходимое давление в системе.

Последовательное (тройниковое) подключение. Схема состоит из общей трубы горячего и холодного водоснабжения, от которой с помощью тройников происходит подача воды потребителю, отличается экономичностью и простотой монтажа. Ее недостаток – резкое падение температуры при подключении к линии нескольких потребителей, причем давление воды в системе у последнего из них будет намного ниже нормы.

Параллельное (коллекторное) соединение. При данном способе трубы проводятся отдельно от общего коллектора к каждой точке потребления. Система отличается равномерностью давления воды и температуры на всем протяжении, но требуют большого количества труб, что усложняет монтаж и обходится дороже предыдущего варианта.

Рис. 3 Последовательная и параллельная разводка воды

Принципы правильного обустройства

• Вокруг устья обязательно должно проводиться уплотнение грунта или заливка слоя бетона.
• Герметизация верхней части ствола производится с учетом геодезических особенностей местности.
• Кессон обязательно нужно утеплить.
• Установка оголовка и запечатывание производятся сразу после бурения шахты и ее прокачки.
• Насосное оборудование монтируется как можно ближе к устью.
• Обвязка источника ведется с учетом ее дебита.

Обвязка устья скважины – это монтаж оборудования для подачи воды на поверхность через входное отверстие ствола шахты. Насос, погруженный в обсадную или установленное на поверхности, присоединяется к шлангу, проходящему через крышку оголовка.

Для устройства кессона потребуется подготовка прочной и надежной основы. Вокруг шахты обкапывают грунт и насыпают ПГС. На хорошо утрамбованную основу заливают бетон слоем до 10 сантиметров. Такой фундамент выдержит и пластиковый кессон, и кирпичный короб. Снаружи стены обязательно обрабатывают гидроизоляционными материалами. Внутри утепляют.

Установка погружной помпы и ее подключение

Для установки погружной помпы обычно используют оголовок, помещенный в кессонную яму вместе с оборудованием или адаптер, врезанный в боковую стенку обсадной трубы. В последнем случае все автоматические узлы помещаются в жилом доме или отдельном хозяйственном строении.

Рис.13 Схема подключения и установки глубинных насосов в скважину

При выборе автоматики для насоса основным критерием является ее стоимость, связанная с применяемым погружным электронасосом. При использовании недорогих электронасосов отечественного или китайского производства достаточно применения простейших автоматических приборов – функции дорогих управляющих блоков с такими агрегатами не будут полностью реализованы. Если приобретается дорогой аппарат (например электронасос Grundfos за 1000 у.е.) с частотным регулированием скорости вращения электродвигателя, использование любых других устройств кроме родного модуля Grundfos PM2 не имеет никакого смысла.

Понятие конструкции и основные элементы скважины

Конструкция для скважины – это набор элементов почвенной выработки с диаметром в поперечнике, значительно меньшим их длины, обеспечивающим долговечное и надежное создание канала между поверхностью земли и вскрытым глубинным пластовым флюидом. Основное назначение скважинного канала – геологоразведка и оценка подземных ресурсов, исследование структуры разреза, поддержание давления рабочего пласта, контроль эксплуатации месторождений, добыча природных ресурсов.

Скважины делят на следующие составные части:

• Ствол скважины – почвенная выработка, в которой расположены обсадные и фильтрующие трубы.
• Устье – начало скважинного ствола из отрезка трубы, закрепленного на поверхности земли.
• Забой – нижняя часть скважинного канала, дно.
• Цементирующее кольцо – цементно-песчаная смесь, накачанная в пространство между стенками ствола и обсадной трубы, выполняет функции герметизации и упрочнения скважинного канала.

Рис. 2 Схема скважины

• Фильтр – нижний участок скважинных обсадных труб, погруженный в пласт с добываемым ресурсом. В качестве фильтра используют часть ствола без обсадных труб, на дно которого помещает мелкозернистый гравий или специальное фильтрующее устройство.
• Обсадная колонна – соединенные вместе и погруженные в ствол обсадные трубы, нужна для изоляции скважинного канала от земляной породы ствола. Обеспечивает эффективную и надежную эксплуатацию скважины, предотвращая попадание в канал почвы и защищая его от внешнего давления.

В нефтегазодобывающей промышленности используют промежуточные обсадные колонны, служащие для разделения несовместимых геологических зон, требующих различных режимов бурения скважинного канала. В буровой отрасли применяют следующие промежуточные скважинные колонны:

• Сплошные. Полностью перекрывают весь ствол независимо от расположения основного интервала.
• Хвостовики. Колонны, предназначенные для крепления только необсаженного интервала скважины с частичным перекрытием основного.
• Летучки. Специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для закрытия дефектных промежутков основной колонны без учета следующих обсадных колонн.

Рис. 3 Разрез скважины

Схема подключения и обвязка гидроаккумулятора

Для надежной эксплуатации насоса его подключают к автоматической системе управления, состоящий из реле, манометра и гидроаккумулятора. Гидроаккумулятор является наиболее массивным элементом и выполняет в системе следующие функции:

• Предотвращает появление гидравлических ударов во время циклов включения отключения насоса.
• Сокращает время включения электронасоса, увеличивая тем самым срок его службы.
• Поддерживает в системе постоянное давление.
• Создает некоторый запас воды при отсутствии водоснабжения.

Выбор оборудования для водозабора подразумевает использование гидравлического бака нужного объема, который рассчитывают с учетом потребления воды, при покупке чаще отдают предпочтение приборам баллонного типа.

При монтаже гидроаккумулятор должен находиться рядом с основными приборами автоматики, которые подключают непосредственно к входному штуцеру гидробака или для его соединения делается отвод в виде гибкого армированного напорного шланга нужного сечения.

Рис.10 Установка погружного насоса

Обвязка скважины является обязательным условием оптимального функционирования системы водоснабжения. Наиболее популярным видом является использование кессона – такая система защищает водопроводную магистраль от замерзания в зимнее время и в нее можно устанавливать насосное оборудование из объемного гидробака и приборов автоматической системы управления.

Скважинные насосные агрегаты и автоматика

Для забора воды из скважин в основном используются поверхностные и погружные электронасосы центробежного принципа действия. Преимуществом данной конструкции является возможность создания высокого напора в линии, благодаря применению агрегатов с большим количеством рабочих колес, позволяющих повышать давление в каждой последующей ступени.

Бытовые погружные электронасосы могут поднимать воду с очень больших глубин (около 200 метров), в то время как поверхностные виды используют в источниках с зеркалом воды на глубине до 9 метров от поверхности земли. Для увеличения глубины забора поверхностных моделей иногда используют встроенные или погружные эжекторы, правда при этом их КПД значительно падает.

Рис. 11 Центробежный электронасос

Гидроаккумулятор, реле и манометр

Для автоматизации работы водозаборного насосного оборудования используется автоматика для скважины или насосная станция, состоящая из следующих приборов:

• Гидроаккумулятор. Представляет собой объемный металлический бак с резиновой грушей внутри, которая при включенном электронасосе заполняется водой. Устройство позволяет избежать гидроударов в системе и оптимизирует работу электронасоса, уменьшая количество его циклов включения и выключения.
• Реле. Основным элементом автоматической системы управления является реле давления, которое подключается к линии при помощи штуцера. При появлении давления в системе выше его настроек, встроенная мембрана внутри корпуса реле через механическую систему прерывает подачу питающего напряжения на электронасос, и он отключается. После потребления воды, когда давление в системе падает, реле замыкает контакты и включает электронасос.
• Манометр. Прибор является одним из основных элементов в любой водопроводной системе, позволяет контролировать давление и настраивать оборудование.

Рис. 12 Автоматика в системе управления электронасосами

Конструктивное устройство водных скважин не отличается большой сложностью, основными внутренними элементами, которые устанавливаются при бурении, являются обсадные трубы и фильтр в области забоя. Для забора воды после монтажа скважины используют дополнительное оборудование и инженерные системы (кессон, оголовок, адаптер), позволяющие эффективно подключить электронасос к источнику, учитывая его расположение и вид.

Это интересно: Влагостойкий ламинат: рассматриваем вместе

Устьевое оборудование

Обсадная труба бывает из металла, пластика или полиэтилена. В зависимости от материала изготовления оголовок устанавливается по разным технологиям. К стальной обсадной приваривается фланец. На него крепится ответный, на котором и будет располагаться все оборудование. Крышка должна быть глухой. В верхней части монтируется резьба и распределительный узел, если используется станция, а не погружной насос. Сквозь крышку продевается труба или шланг подачи воды.

Оголовок для полиэтиленовой или пластиковой трубы практически не отличается от стального. Те же фланцы и болты, но прокладка между соединениями ставится резиновая, а не паронитовая. В заводском исполнении на крышке оголовка есть отверстия с цанговым зажимом под шланг или трубу, которая погружается в ствол шахты. Ввод кабеля осуществляется через патрубок с резиновым уплотнением. Для удобства монтажа и ремонта на фланце закреплены крючки с двух сторон.

Устройство артезианской скважины для загородного дома

На загородном участке необходимо заранее установить месторасположение будущей скважины. Хозяин тщательно изучает проект, хотя скважина, расположенная в подвальном помещении, наиболее целесообразна, т. к. обеспечивает надежную защиту насосного оборудования и трубопровода.

Колодцы глубиной в 20 м оборудуют следующими материалами:

• глубинный насос;
• датчики, улавливающие верхний и нижний показатель наличия воды;
• устройство, обеспечивающее стабильное давление в водоводе, гидрофор.

Для буровой глубиной менее 20 м монтируют автоматическую насосную систему. Основными ее составляющими являются гидрофор и глубинный насос.

Устройство насосной станции для артезианской скважины предполагает наличие инструментов для работы:

• тонкого капронового шнура;
• змеевика для суглинистых почв;
• желонки для водоносного слоя;
• шнекового бура;
• лопаты;
• муфты;
• буровых ложек.

С помощью шнура хозяин измеряет общее расстояние от уровня воды до поверхности земли. Перед бурением необходимо приобрести схему, показывающую геологический разрез рабочего участка скважины.

Для колодца менее 20 м ставят насосную станцию, в которой обязательно наличие следующих важных узлов:

• всасывающей магистрали;
• водозабора;
• насоса;
• реле;
• водяного аккумулятора;
• мотора;
• манометра.

При использовании насосов для устройства водной скважины, следует учитывать их положительные качества, а именно:

• соответствие производительности с реальными показателями;
• экономичность;
• минимальное обслуживание;
• возможность эксплуатации при низких температурах.

У иных модификаций насосных станций могут возникать более серьезные дефекты в период эксплуатации:

• поломка реле;
• замерзание воды при низких температурах;
• высокий расход электроэнергии.

https://youtube.com/watch?v=uAUMmgUgqpQ

Требуется взвешенный подход к выбору насосной станции для артезианской скважины. Следует учитывать ее глубину.

Для устройства колодца глубиной менее 10 м, приобретают однотрубную установку, сокращающую срок монтажных работ. Для более глубоких буровых необходимо смонтировать двухтрубную станцию. Самые глубокие колодцы требуют установки иного дорогостоящего оборудования.

В качестве наружных работ при устройстве скважины следует выполнить монтаж насосной станции. Обсадную трубу, выступающую над поверхностью земли на высоту 1 м, укрывают от промерзания в зимнее время. Для укрепления насосной станции в цокольном помещении, приобретают такие инструменты и материалы, как:

• сварочный аппарат;
• стальные квадратные трубы;
• уголок;
• анкеры;
• болты;
• кирпич.

Станция устанавливается на легкий столик или возвышение из кирпича. Сварная конструкция закрепляется при помощи болтов. Для монтажа линий необходимо использовать эжектор.

Устройство всех соединений в эжекторе должно быть герметичным.

Для двухтрубной станции ставят оголовок или отвод необходимого диаметра, приваренный к обсадной трубе. В колодце стыкуют водосбор с вертикальной трубой, отходящей от магистрали. Соединение закрепляют ключом, а эжектор монтируют в колодец. В месте выхода воды из насосной станции монтируют фильтры для очистки воды.

Правильно созданная водная скважина, оборудованная насосной станцией, обеспечит качественное снабжение загородного дома питьевой водой на долгие годы.

Основные методы и оборудование для обустройства скважин

Для забора воды из скважин используют погружные и наружные электронасосы, насосные станции, поверхностное насосное оборудование может располагаться рядом со скважинным устьем или на некотором расстоянии от него. Для подключения электронасосов к скважинному источнику используются различные методы и оборудование, рассчитанные на разные типы электронасосов.

Оголовок

Если необходимо решить вопрос крепления погружного электронасоса и защиты скважинного канала от проникновения грязи и осадков, применяют оголовок, который устанавливают поверх обсадной трубы. Устройство рассчитано на стандартный диаметр, может быть выполнено из пластика, стали или чугуна, способно выдержать вес подвешиваемого насосного оборудования до 250 кг. в пластиковом исполнении и до 500 кг. при использовании металла. В типовой конструкции предусмотрено размещение карабина для подвешивания электронасоса и выходное отверстие, через которое пропускает напорную трубу при подключении к линии.

Конструктивно оголовок выполнен из двух частей, которые соединяют после погружения электронасоса в скважину. Для этого на обсадную трубу надевают фланец, прижимая его к поверхности земли, устанавливают резиновое кольцо и сверху ставят второй фланец с подвешенным электронасосом, неподвижно фиксируя его с помощью болтов.

Рис. 7 Оголовки

Адаптер

Адаптер позволяет подключать поверхностный центробежный электронасос или насосную станцию к скважине через трубопровод, если они расположены на некотором удалении. Трубы при этом располагаются под землей, что исключает их промерзание в зимнее время, второе преимущество данного подключения – увеличение глубины погружения напорного трубопровода в скважину за счет опускания ниже уровня земли, которая в поверхностных насосах не превышает 9 метров.

Адаптер выполняется в виде двух частей, одна из которых с подключенным напорным трубопроводом располагается в скважинном канале, а вторая с подсоединенной к ней водопроводной магистралью находится снаружи. Обе части соединяются через стенки обсадной трубы с помощью резьбы и изолирующей резиновой прокладки.

Рис. 8 Адаптер – конструктивное устройство

Кессонная яма

Кессонную яму используют в тех случаях, когда электронасос и насосное оборудование для автоматизации его работы расположены рядом со скважинным устьем. Обычно яма выполняется в виде бетонного кольца, углубленного в землю, иногда используется пластик или сварные металлические конструкции, покрытые битумной гидроизоляцией. Во избежание проникновения в забой грунтовых вод вдоль скважинного ствола, дно ямы покрывают цементно-песчаной стяжкой.

Обычно в кессонных колодцах размещают насосную станцию или автоматику управления глубинным электронасосом: гидроаккумулятор, реле давления и холостого хода, манометр. Помимо изоляции от грунтовых вод, кессон обеспечивает защиту от промерзания не только устья скважины, но и всей водопроводной магистрали, которая при его использовании располагается под землей.

Рис. 10 Кессонный колодец

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.

Какие факторы влияют конструкцию водозаборной скважины

Правильно выбранная конструкция водозаборной скважины для воды определяет ее наиболее важные характеристики, к которым относятся:

• Цена скважины на воду.
• Тщательность выполняемых работ, их качество.
• Ремонтопригодность.
• Состав и свойства добываемой воды.
• Дебит устройства.

К факторам, от которых зависит конструкция сооружения, относятся:

• Гидрогеологические особенности местности, где сооружается устройство.
• Требуемый дебит.

Зависимость гидрогеологии на конструкцию водозаборной скважины

В зависимости от гидрогеологии могут быть такие варианты устройств:

Скважина водозаборная с одинарной обсадкой, где обсадная колона одновременно является и эксплуатационной. Используется для сооружения в устойчивых породах неглубоких, не более 35 метров, песчаных. Чтобы уменьшить стоимость устройства возможно использование пластиковых обсадных труб. Обсадная колонна опускается внутрь водоносного слоя на два метра.

• Устройство с одинарной обсадкой и участком с открытым стволом. Чаще применяется для мелких скважин на известняк. В этом случае обсадная колонна проходит через рыхлые породы, а затем упирается в известняк. После этого идет открытый ствол на глубину до десяти метров от начала слоя известняка.
• Скважина артезианская с эксплуатационной трубой из пластика. По конструкции она такая же, как вторая. Используется в сооружениях, где высокий уровень воды.
• Скважина артезианская с двойной обсадкой. Одна стальная обсадная колонна идет через все слои, которые лежат выше водоносного горизонта, другая заглубляется в водоносный горизонт. Используется при низком уровне воды.
• Скважина артезианская с несколькими обсадными трубами и кондуктором. Делается в случае непростой геологии, когда имеются неустойчивые слои, плывуны. Первая труба изготавливается с самым большим диаметром, а направляющей для остальных труб является обсадная.

Обсадная колонна представляет собой систему специальных труб. Такие элементы могут быть первыми и последними. Их отличают функциональные возможности. Обсадные колонны предназначаются для одной цели – изолировать стенки скважины при бурении от различных внешних воздействий. Прежде всего, учитывается давление на скважину. Чтобы кольцевое пространство было надежно изолировано, следует залить жидким бетонным раствором промежуток, который находится между обсадными колоннами.

Существует особое деление обсадных колонн по назначению. Каждый вид таких изделий стоит рассмотреть подробнее. Они обладают определенными преимуществами и недостатками, которые стоит учитывать.

Назначение и элементы буровых скважин

Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка в земной коре сравнительно небольшого диаметра и большой протяжённости. Минимальные диаметры скважин 15-26 мм, максимальные 4000-5000 мм (скважины — шахты, шурфы, вентиляционные стволы на рудниках и шахтах). Глубина скважин колеблется от нескольких метров до нескольких километров.

Самая глубокая скважина СГ-1 пробурена в нашей стране на Кольском полуострове. Её глубина составляет 12066 м.

Геологические изыскания на территории России подразделяются на следующие стадии:

I — региональные геолого-съёмочные и геофизические работы;

II — поиски месторождений полезных ископаемых;

III — предварительная разведка;

IV — детальная разведка;

V — разведка эксплуатируемого месторождения;

VI — эксплуатационная разведка.

Во всех шести стадиях ведётся бурение скважин, количество которых и их глубина различны для каждой стадии. По целевому назначению буровые скважины делятся на:

• геологоразведочные,
• эксплуатационные,
• технические,
• взрывные.

Геологоразведочные скважины предназначены для геологического изучения земных недр. В зависимости от стадии геологоразведочных работ на твёрдые, жидкие и газообразные полезные ископаемые называются:

• картированные, которые бурят только с отбором керна для составления геологических разрезов и карт;
• поисковые, предназначенные для выявления потенциальных месторождений в районах известных и перспективных рудных полей и бассейнов осадочных полезных ископаемых;
• параметрические бурят для изучения геологического строения, геолого-геофизических характеристик разреза и оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления, выявления наиболее перспективных районов для поисковых работ;
• структурные, позволяющие составлять геологические структурные карты, отображающие условия и формы залегания пород на земной поверхности и на глубине;
• опорные — это глубокие скважины, сооружаемые с целью изучения геологического строения территорий (особенно в малоисследованных районах) и получения опорных данных, служащих основой проектирования объёмов и видов региональных, поисковых и геологоразведочных работ;
• разведочные, которые бурят на месторождениях полезных ископаемых для определения его количества, качества и условий залегания с целью установления экономической целесообразности эксплуатации месторождения и получения необходимых данных для составления проекта его разработки;
• опробовательные, служащие для отбора и исследования проб с целью проведения качественного и количественного состава полезных ископаемых;
• гидрогеологические, предназначаемые для определения фильтрационных свойств горных пород, наблюдений за режимом подземных вод, проведения геофизических исследований, как правило, в районах месторождений полезных ископаемых.

Эксплуатационные скважины бурят для добычи жидких, газообразных и реже твёрдых (для подземного выщелачивания, гидродобычи) полезных ископаемых. Технические скважины предназначены для прокладки трубопроводов и кабелей, вентиляции подземных горных выработок, тушения подземных пожаров, заглушения фонтанирующих нефтяных скважин и т.п. Взрывные скважины бурят для закладки в них зарядов взрывчатых веществ при сейсморазведочных работах, добыче полезных ископаемых в карьерах, подземной разработке и других целей.

Основные элементы буровой скважины:

• точка заложения скважины — географические координаты её устья;
• устье — начало скважины;
• забой — дно скважины;
• стенки — боковая поверхность скважины;
• диаметр — условный диаметр буровой скважины, равный номинальному диаметру породоразрушающего инструмента (фактический диаметр скважины больше номинального диаметра породоразрушающего инструмента за счет разработки стенок скважины). Конструкция скважины определяется величинами её диаметров на различных интервалах глубины, а так¬же диаметрами и длинами направляющей трубы и обсадных колонн;
• направляющая труба ~ обсадная труба различной длины, предназначенная для закрепления устья скважины, придания направления бурящемуся стволу скважины и обеспечения направления движения потока промывочной жидкости;
• кондуктор — колонна обсадных труб, предназначенная для крепления верхней части скважины;
• ствол — собственно скважина от устья до забоя (внутреннее пространство);
• ось — геометрическая ось симметрии скважины;
• глубина — расстояние от поверхности (устья) до забоя по оси скважины;
• угол наклона — угол между осью скважины и её проекцией на горизонтальную плоскость;
• зенитный угол — угол между осью скважины и её проекцией на вертикальную плоскость (зенитный угол вертикальной скважины равен нулю);
• азимут (азимутальный угол) — угол, измеряемый по часовой стрелке в горизонтальной плоскости между определённым направлением, проходящим через ось наклонной скважины, и проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость. Азимут вертикальной скважины равен нулю. Если отсчёт азимута производится от географического меридиана, то получают истинный азимут, от магнитного меридиана — магнитный, от произвольного направления на репер -условный;
• апсидальная плоскость — вертикальная плоскость, проходящая через касательную линию к оси наклонной скважины в данной точке;
• трасса — положение оси скважины в пространстве;
• профиль — проекция оси скважины на вертикальную плоскость;
• план ~ проекция оси скважины на горизонтальную плоскость.

В зависимости от пространственного положения скважины подразделяются на:

• вертикальные;
• наклонные;
• горизонтальные и слабонаклонные (с углом наклона до 5 град.);
• восстающие, пробуренные из подземных горных выработок с углом наклона более 5 град, к горизонту;
• многозабойные (многоствольные) скважины, в которых из основного ствола забуривается один или несколько дополнительных стволов.

Основные элементы скважины:

• •1. Нефтегазоносность Ближнего и Среднего Востока. Уникальные месторождения.
• •2.Формирование подземных вод осадочных бассейнов.
• •3. Методы подсчёта запасов газа.
• •Формула подсчета запасов растворенного газа(водонапорнвй режим)
• •4. Формы изображения химического состава вод, правила их химического наименования. Химическая классификация вод.
• •Химическая классификация вод Типы подземных вод в осадочных бассеинах по Зайцеву
• •Типы вод по Сулину
• •5. Проницаемость и пористость горных пород. Закон Дарси.
• •Пористость.
• •Закон Дарси
• •6.Структурно-картированное бурение (цели, задачи, технология).
• •7.Компонентный состав свободных и попутных газов.
• •8.Сибирская Платформа. Основные Черты Геологического Строения и Перспективы Нефтегазоносности.
• •Границы платформы
• •В строении платформы выделяются:
• •Выделяются следующие тектонические провинции:
• •9. Методика построения структурных карт.
• •10. Гидрогеологические критерии нефтегазоносности
• •Главнейших гидрогеологические показатели:
• •11. Сейсморазведка. Основные методы и их физическая сущность.
• •Основные методы
• •1. Метод отраженных волн
• •2. Метод преломленных волн
• •12. Построение профильных геологических разрезов глубокозалегающих пластов по скважинам.
• •3 Метода исследования разреза по скважине:
• •13. Зоны нефтегазонакопления и нефтегазообразования. Критерии их выделения. Примеры таких зон.
• •Структурный тип зон нефтегазоскоплений:
• •14. Наиболее распространённые осадочные породы, их происхождение, ёмкостно-фильтрационные свойства.
• •15. Природоохранные мероприятия при геолого-разведочных работах на нефть и газ.
• •1) Мероприятия по охране природной среды на поисково-разведочной стадии:
• •2) Природоохранные мероприятия при строительстве и эксплуатации скважин
• •16. Этапы и стадии поисково-разведочного процесса. Их характеристика.
• •Характеристика стадий Региональный этап
• •Поисковый этап
• •Разведочный этап
• •17. Методы определения пластовых и забойных давлений. Карты приведённых давлений.
• •18. Битумы и битумоиды. Их состав, генезис и принципиальные различия.
• •19. Элементный и компонентный состав нефти. Элементный состав нефти
• •Компонентный состав нефти
• •20. Методы испытания скважин.
• •21. Геологическая документация при разведке нефтяных и газовых месторождений c использованием буровых работ.
• •22. Шкала катагенеза органического вещества осадочных пород.
• •23. Виды режимов пластов. Условия проявления различных режимов. Особенности режимов газовых пластов.
• •24. Гравиразведка. Методика исследований при поисках нефти и газа.
• •25. Углеводородный состав нефти.
• •26. Структурно-тектонические месторождения платформ. Принципы систематики. Характерные типы залежи.
• •2. Месторождения, связанные с эрозионными и рифовыми массивами
• •3. Месторождения, связанные с гомоклиналями
• •4. Месторождения, связанные с синклинальными прогибами
• •27. Методика и стадийность геохимических поисков нефтегазовых месторождений.
• •1) Газовый
• •28. Горючие полезные ископаемые. Основные группы, представления об условиях образования.
• •30. Пробная эксплуатация нефтяных и газовых залежей.
• •Методы воздействия на пласт.
• •31. Принципы классификации и типы нгб.
• •Бассеины на стыке складчатых областей и платформ
• •32. Геологическое строение и нефтегазоносность Западно-Сибирской нгп. Её роль в нефтегазовом потенциале России.
• •33. Принципы классификации месторождений нефти и газа.
• •Современная классификация месторождений по Токаревой
• •Альтернативные классификации месторождений
• •34. Виды геофизических исследования в скважинах.
• •Краткий перечень методов каротажа. Электрический каротаж:
• •Радиоактивные методы:
• •1) Газовый
• •36. Основные нефтегазоносные комплексы и горизонты Восточной Сибири.
• •37. Характеристика зон внк, гвк, гнк. Методы нахождения их поверхностей.Теоретическое обоснование геохимических методов поисков нефти и газа.
• •Теоретическое обоснование геохимических методов поисков нефти и газа.
• •38. Обзор основных нефтегазоносных бассейнов Северной Америки.
• •39. Гидрогеологический цикл и его этапы. Роль этапов в формировании залежей нефти и газа.
• •40. Подготовка скважин к опробованию и его производство.
• •41. Обзор ведущих нефтегазоносных бассейнов Европы.
• •1) Среднеевропейской и Восточно-Европейской древних платформ
• •2) Западно-Европейской молодой платформы:
• •3) Предгорных прогибов альпийских горноскладчатых сооружений Южной Европы;
• •4) Межгорных впадин альпийской складчатости Южной Европы и Средиземноморья
• •42. Электроразведка. Физическая сущность и основные методы. Возможности применения метода.
• •Электрокаротаж (скважинная электроразведка)
• •43. Основные обстановки осадконакопления. Условия накопления и сохранения органического вещества.
• •3. Нивальный (ледниковый. Образуются Морены в результате схода ледников.
• •4. Вулканогенно-осадочный
• •44. Типы нгб, особенности их строения и характеристика условий генерации нефти и газа, аккумуляция и сохранность залежей.
• •Бассеины на стыке складчатых областей и платформ
• •Формирование проходит в несколько стадий:
• •Условия сохранения:
• •45. Радиометрия. Сущность метода и основные модификации. Принцип устройства аппаратуры и круг решаемых задач.
• •Радиоактивные методы и что замеряют:
• •46. Вертикальная зональность нефтегазообразования.
• •47. Принцип районирования и выделения нефтегазоносных территорий.
• •48. Природные горючие газы. Формы их нахождения (свободные, попутные, водорастворённые, рассеяные, газогидраты) и разнообразие их состава.
• •49. Схема дифференциального улавливания ув при латеральной миграции.
• •50. Оценка прогнозных ресурсов нефти и газа. Ресурсы
• •Дополнение
• •51. Обзор ведущих нефтегазоносных бассейнов Азии.
• •-Нгб Центральной и Восточной Азии
• •- Нгб Индостанской платформы
• •52. Причины и признаки разрушения залежей нефти и газа.
• •Факторы разрушения залежей нефти и газа.
• •53.Литолого-стратиграфические залежи нефти и газа. Условия их возникновения и морфологическое разнообразие.
• •Дополнительная классификация
• •55. Виды и формы миграции углеводородов (стадийность, фазовое состояние ув и характер миграции).
• •Факторы миграции
• •56. Поглощения промывочной жидкости. Причины их возникновения и способы борьбы с ними.
• •Причины возникновения поглощений:
• •Методы борьбы с поглощениями (по б.Б. Кудряшову и а.М. Яковлеву)
• •57. Нефтегазоносные бассейны рифтовых систем.
• •58. Буровые установки и сооружения. Классификация буровых установок.
• •Классификация буровых установок
• •Формирование проходит в несколько стадий:
• •Условия сохранения:
• •Разрушение залежи:
• •61. Каустобиолиты. Принципы классификации.
• •Дополнение
• •62. Оценка экологического риска и степени техногенного воздействия на окружающую природную среду при разработке нефтегазовых месторождений.
• •1.Мероприятия при эксплуатации скважины
• •64. Структурные залежи. Их классификация (по а. Н. Бакирову).
• •Структурный класс
• •1. Антиклинальная группа
• •2. Моноклинальная группа
• •65. Общие сведения о скважине. Конструкция скважины.
• •Основные элементы скважины:
• •Категории скважин на нефть и газ:
• •66. Роль нефтегазоносности стран Персидского залива в мировой экономики.
• •67. Пробная эксплуатация нефтяных и газовых залежей. Методы воздействия на пласт.
• •68. Современное состояние и развитие нефтегазового комплекса
• •69. Инновационная деятельность предприятия в нефтегазовом производстве. Оценка эффективности инновационной деятельности.
• •70. Цены на нефть, состав, виды и функции цен. Опек и его влияние на цену нефти.
• •Опек и его влияние цену на нефть.

Описание конструкций эксплуатационных скважин

ГЛАВА 2 Описание конструкций эксплуатационных скважин.

При различных геологических условиях и разной глубине скважин изменяются количество обсадных колонн и диаметры применяемых долот для бурения. Совокупность расположения обсадных колонн, их диаметров, диаметров стволов скважин, глубин бурения для каждого диаметра долота, глубины спуска обсадных колонн, высоты подъема тампонажного раствора и другие данные определяют конструкцию скважины. Выбор конструкции скважины является основной частью технического проекта на бурение. Для обоснованного выбора конструкции служат геологические данные и особенности бурения в данном районе. Основными исходными данными являются: устойчивость стенок скважины; совместимость условий бурения близлежащих пластов, вскрытых необсаженным участком ствола, и эксплуатационные требования по конструкции низа эксплуатационной колонны. От устойчивости пород и совместимости условий зависит количество обсадных колонн, а от условий эксплуатации – конечный их диаметр.

Эксплуатационные скважины отличаются глубиной бурения и имеют обычно многоколонную конструкцию, состоящую из направления, кондуктора, промежуточной и эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны зависит от количества спускаемых промежуточных колонн, возможности проведения геофизических исследований ствола скважины и опробования на приток вскрытых нефтегазоносных объектов.

Конструкция скважины включает в себя следующие виды обсадных колонн.

Направление – представляет собой обсадную трубу необходимого диаметра, длиной 6 – 10 м, устанавливаемую для крепления устья скважины. В рассматриваемой нами скважине направление наружным диаметром 630 мм опускается на глубину 7 м. Направление надежно укрепляется, заливается цементным раствором и предохраняет устье скважины от размыва промывочной жидкостью.

Кондуктор – предназначается для перекрытия верхних неустойчивых пород ствола скважины, для изоляции водоносных и водопоглащающих горизонтов, а так же для предохранения ствола скважины от размыва и препятствует последующему проникновению токсичного бурового раствора в водоносные горизонты, эксплуатируемые для технических и бытовых нужд. Глубина спуска кондуктора зависит от геологического разреза скважины и составляет от 150 до 800 м. В нашем случае глубина спуска кондуктора диаметром 324 мм составляет 215 м. Кондуктор обычно цементируется с подъемом цемента до устья.

Последующие колонны называют техническими (промежуточными). Их число и глубина спуска зависят от условий бурения.

Промежуточная колонна имеет назначение перекрывать ниже башмака кондуктора интервал ствола, имеющего в разрезе неустойчивые породы, а также зоны газо-водо-нефтепроявлений и обвалов. Промежуточная колонна может цементироваться с высотой подъема цемента на 100 – 150 м выше башмака кондуктора или до устья. Глубина спуска промежуточной колонны диаметром 245 мм составляет 2150 м. Спуск колонны обусловлен необходимостью перекрытия надсолевого комплекса и частичного отложения I соли.

Хвостовиком называют промежуточную или эксплуатационную колонну, спускаемую не на всю глубину скважины, а с целью перекрытия неустойчивых пород или продуктивных горизонтов в интервале от башмака предыдущей колонны до забоя скважины. В нашем случае спуск хвостовика диаметром 194 мм на глубину 3390 м связан с необходимостью перекрытия несовместимых по условиям бурения зон солевых и подсолевых отложений.

Эксплуатационная колонна спускается в ствол скважины с целью перекрытия нефтегазоносных пластов и проведения работ по опробованию вскрытых продуктивных горизонтов и дальнейшей их эксплуатации. Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется по результатам геофизических исследований ствола скважины, выполненных как в процессе бурения, так и при достижении проектной глубины. В нашем случае глубина спуска эксплуатационной колонны диаметром 140х146 мм составляет 3930 м. Эксплуатационная колонна цементируется с различной высотой подъема цемента в затрубном пространстве с целью перекрытия кровли продуктивного горизонта. В отдельных случаях высота подъема цемента выше башмака предыдущей колонны, а для газовых скважин цемент должен подниматься до устья. В интервале нахождения продуктивного пласта эксплуатационная колонна перфорируется.

При современных способах эксплуатации скважин обычно ограничиваются эксплуатационной колонной труб диаметром 146 мм, а при высоких дебитах применяют трубы диаметром 168 мм, (рис.1).

Число обсадных колонн и их диаметры определяют в следующем порядке. По имеющимся данным дебита продуктивного пласта и глубины его залегания определяют диаметр и глубину спуска эксплуатационной колонны. Устанавливают необходимость спуска и число технических колонн, (рис.1). Такая необходимость вызвана геологическими причинами, способными привести к осложнениям в процессе бурения, ликвидация которых другими существующими способами невозможна. Например, при бурении встречен напорный горизонт с пластовым давлением, для уравновешивания которого используют буровой раствор плотностью 1,4 г/см3. Ниже этого горизонта находится пласт горных пород, вызывающих катастрофическое поглощение бурового раствора, и, как показал предшествующий опыт, ликвидация поглощения существующими способами невозможна. В этом случае вышележащий напорный пласт перекрывают технической колонной, а при бурении нижележащих пород снижают плотность раствора, чтобы предупредить поглощение и применяют средства для ликвидации поглощения. Затем по данным геологического разреза скважины определяют глубины спуска кондуктора и направления.

Диаметры спускаемых обсадных колонн определяют из условий прохождения через предыдущие спущенные колонны. Диаметр ствола скважины определяют по диаметру обсадной колонны (диаметру муфты) и величиной зазора между колонной (муфтой) и стенками скважины, заполняемого тампонажным раствором. Диаметр долота Dд определяют по формуле:

Dд = Dм + 2δ, (2.1)

где Dм – диаметр муфты обсадной колонны, мм;

δ — величина зазора между колонной (муфтой) и стенками скважины.

Что касается нашей скважины, то бурение производилось следующими диаметрами долот:

под эксплуатационную колонну D 140х146 мм – Dд 165,1 мм;

под хвостовик D 194 мм – Dд 215,9 мм;

под техническую колонну D 245 мм – Dд 295,3 мм;

под кондуктор D 324 мм – Dд 444,5 мм.

Диаметр предыдущей обсадной колонны выбирают из условия превышения внутреннего ее диаметра над диаметром долота на 6-8 мм.

При разработке конструкции скважины необходимо учесть, что уменьшение количества обсадных колонн, их диаметров и величин зазора между обсадной колонной и стенками скважины позволяет сократить расход металла, цемента и других материалов, а также затраты на строительство скважин. При бурении скважин меньшего диаметра кроме перечисленного увеличивается механическая скорость проходки, снижаются энергозатраты на бурение и облегчается труд бурового персонала.