У процесі буріння розкриваються гірські породи, які відрізняються між собою літологічним складом, фізико-хімічними властивостями, ступенем насиченості і видом пластового флюїду. Поряд із стійкими породами, ствол свердловини в яких може тривалий час залишатися незакріпленим, зустрічаються нестійкі і слабозцементовані породи, які легко осипаються, руйнуються або випучуються зразу ж після розбурювання. Нестійкі породи особливо часто зустрічаються на відносно невеликих глибинах, а також у зонах тектонічних порушень. Щоб попередити порушення стійкості стінок свердловини, ствол її необхідно укріплювати.
В експлуатаційних і нагнітальних свердловинах для транспортування пластових флюїдів або робочих агентів необхідно створити міцний і герметичний канал, який міг би надійно служити протягом десятків років.
Кріплення свердловини проводиться з метою:
1. Створення довговічного і герметичного каналу для транспортування пластового флюїду від експлуатаційних горизонтів на денну поверхню або робочих агентів у зворотному напрямку.
2. Герметичного розмежування всіх проникних горизонтів один від одного.
3. Закріплення стінок свердловини, складених недостатньо стійкими породами.
4. Захисту експлуатаційного каналу від корозії в результаті дії пластових флюїдів.
Найрозповсюдженішим способом кріплення свердловин і розмежування проникних горизонтів є спуск обсадних колон, складених із спеціальних труб, що називаються обсадними, і цементування простору між колоною труб і стінкою свердловини. Для розмежування горизонтів з різними коефіцієнтами аномальності пластових тисків, а також для попередження газонафтоводопроявлень з горизонтів з підвищеними коефіцієнтами аномальності використовують також пакери.
Під конструкцією свердловини розуміють схему її побудови, що включає в себе сукупність даних про кількість та інтервали спуску обсадних колон, діаметри обсадних колон та ствола свердловини під кожну з колон та інтервали цементування (рис. 8.1).
Перша труба або колона труб називається направленням. Колона труб, що спускається в свердловину після направлення називається кондуктором. Колона труб, що служить не тільки для закріплення стінок свердловини та ізоляції нафтогазоводоносних горизонтів, а також служить і каналом для транспортування з продуктивного пласта рідини або газу чи для закачування в пласт рідини (газу), називається експлуатаційною.
Інтервал цементування показують штрихуванням; цифри біля границь інтервалів цементування означають глибини цих границь від устя. Діаметри доліт у міліметрах позначаються цифрою над горизонтальною лінією із стрілкою.
а-з проміжною колоною;б-з потайною проміжною колоною(хвостовиком);в-з комбінованою експлуатаційною колоною. Рис.8.1 - Схема конструкції свердловини |
Так як свердловина є довготривалою капітальною спорудою, то конструкція свердловин повинна забезпечувати:
1. Міцність і довговічність свердловини;
2. Надійну ізоляцію всіх проникних горизонтів і вимоги охорони надр і навколишнього середовища;
3. Мінімум витрат на одиницю видобутої продукції;
4. Проходку свердловини до проектної глибини;
5. Досягнення проектних режимів експлуатації;
6. Найповніше використання природної енергії для транспортування нафти і газу ;
7. Проведення ремонтних робіт в свердловині, а також необхідних досліджень.
На вибір конструкції свердловини впливає багато факторів: призначення свердловини, її проектна глибина, особливості геологічної будови родовища і ступінь його вивченості, стійкість гірських порід, характер зміни з глибиною коефіцієнтів аномальності та індексів тиску поглинання, склад пластових рідин, профіль свердловини, спосіб і тривалість буріння, рівень розвитку технології буріння, спосіб первинного розкриття продуктивного пласта, температурний режим в період буріння і експлуатації, дебіт і способи експлуатації свердловини на різних етапах розробки родовища, економічність, вимоги законів про охорону навколишнього середовища, а також суб’єктивні фактори.
Обсадну колону компонують із стальних суцільнокатаних труб, які з’єднуються між собою з допомогою різьби або зварки. За конструкцією всі труби можна умовно розділити на дві групи. Основну групу складають труби, виготовлені у вигляді пустотілого циліндра круглого поперечного перерізу з постійною по довжині товщиною стінки. До другої групи –з потовщенням на одному кінці назовні.
Труби з постійною по довжині товщиною стінки з’єднують між собою з допомогою муфт. Труби з потовщеними кінцями з’єднують між собою без муфт (рис.8.2 в).
Стандартом передбачений випуск п’яти різновидностей з’єднань обсадних труб:
1. З короткою трикутною різьбою;
2. З подовженою трикутною різьбою;
3. З трапецієвидною різьбою (ОТТМ);
4. Високогерметичні з трапецієвидною різьбою (ОТТГ);
5. Високогерметичні безмуфтові з’єднання з трапецієвидною різьбою (ТБО).
При спуску обсадної колони в свердловину на неї діють такі навантаження:
1. Розтягуюча сила від власної ваги колони (максимальна в місці її підвішування);
2. Виштовхувальна (архімедова) сила тиску рідини;
3. Зовнішній і внутрішній статичні тиски;
4. Сили взаємодії труб із стінкою свердловини;
5. Інерційні сили;
6. Гідродинамічні сили, виникаючі в результаті руху витісненої колоною рідини;
7. Згинаючий момент у місцях викривлення свердловини та інші.