Проектная конструкция скважины

Во всех случаях построение и обоснование проектной конструкции скважин производится снизу вверх, начиная с конечного диаметра. Проектная конструкция обязательно составляется на каждую скважину или группу скважин.

Для составления проектной конструкции скважин необходимо иметь следующие исходные сведения:

• о геологическом строении данного участка;
• о назначении и цели бурения скважин;
• по проектным глубинам скважин и их азимутальному и зенитному направлениям;
• о необходимом конечном диаметре скважин;
• о способе получения геологической информации из скважины.

Сведения о геологическом строении данного района или участка можно получить из фондовых материалов в различных геологических организациях и в федеральном государственном унитарном научно-производственном предприятии «Российский геологический фонд» или путём личных наблюдений.

В описании геологического строения района или участка исследований необходимо отразить:

• литологический состав пород;
• физико-механические свойства пород и их категории по буримости;
• наличие водоносных горизонтов и их глубины залегания;
• наличие зон поглощения промывочной жидкости и их глубины залегания;
• места возможных выбросов из скважины воды, газов или нефти;
• возможное наличие закарстованности (на каких глубинах и в каких породах).

Кроме того, необходимо учитывать глубины расположения старых подземных горных выработок, а также очень важно отразить возможный процент выхода керна при обычном вращательном бурении с промывкой или продувкой для того, чтобы в технической части проекта предусмотреть технические средства и способы, обеспечивающие необходимый процент выхода керна.

Назначение и цель бурения скважины предопределяют выбор конечного диаметра и применения того или иного способа разрушения пород забоя.

Проектная глубина скважины, её азимутальное и зенитное направление существенно влияют на выбор конструкции. Во всех случаях проектант должен учитывать направление скважины, условия её бурения с поверхности или из подземной горной выработки и глубину. Условия сооружения скважины с учётом её глубины и направления прежде всего влияют на выбор буровой установки, типа вышки (мачты), способа выполнения спуско-подьёмых операций и т. п.

Выбор конечного диаметра скважины прежде всего зависит от целей бурения скважин: разведочных, гидрогеологических, геофизических и др. При бурении на твёрдые полезные ископаемые (кроме строительных материалов и россыпных месторождений) обычно принимают, в современных условиях, конечный диаметр коронок 76; 59 и 46 мм. Если геологический разрез слабо изучен или на этом участке возможны неучтённые некоторые осложнения при бурении скважин, то выбранный конечный диаметр оставляют запасным. В этом случае вся проектная конструкция скважины должна быть на один диаметр больше.

При проектировании геологоразведочных скважин их конечный диаметр определяется требованиями к диаметру получаемого керна, особенно при отборе проб полезных ископаемых.

В определённых условиях бурения приходится предусматривать в проектной конструкции скважины ещё одну колонну обсадных труб, которая защищает первую от быстрого износа её бурильными трубами. Например, на ряде участков месторождений полезных ископаемых железной руды Курской магнитной аномалии (КМА), верхние горизонты содержат плывуны и сыпучие породы. После быстрой проходки таких пород, с применением глинистого раствора, скважину закрепляют заранее подготовленными обсадными трубами. При последующем бурении в весьма твёрдых породах, колонна обсадных труб подвергается износу, герметичность её нарушается, в особенности в резьбовых соединениях, и в результате в скважину поступает плывун, что приводит к сложным авариям или закрытию скважины.

Для предотвращения этого, в закреплённую скважину опускают вторую, защитную колонну обсадных труб либо первую составляют из труб повышенной прочности.

Конечный диаметр скважины при бурении на воду выбирают с учётом дебита водоносного горизонта и потребного количества добычи воды из скважины.

В настоящее время бурение скважин с целью разведки россыпных месторождений полезных ископаемых (золота, платины, олова, вольфрама и др.), производят породоразрушающим инструментом большого диаметра с подъёмом выбуренной породы на поверхность вместо дорогостоящей проходки шурфов.

В некоторых случаях для отбора валовых проб строительных материалов и других полезных ископаемых также бурят скважины большого диаметра. Однако такие скважины имеют небольшую глубину, и конструкция их имеет особый характер.

Способ сооружения скважины зависит от:

• её назначения;
• глубины и направления;
• конечного диаметра.

Типовая схема построения проектной конструкции скважины приведена в табл. 140:

• на схеме должны быть указаны номера слоев пород для того, чтобы не повторять их в дальнейшем, ссылаясь только на номера;
• приведён стратиграфический индекс;
• построена геологическая колонка пород, с обозначением в ней породы штриховкой принятой легенды или соответствующей раскраской, показав на ней простирание (в числителе) и падение пород (в знаменателе);
• приведены интервалы глубины залегания каждого слоя пород;
• указана мощность каждого слоя пород;
• дана краткая характеристика пород с указанием всех особенностей, которые могут встретиться при бурении скважины;
• указаны категории пород по буримости;
• помечены диаметры и глубины бурения скважины. При построении проектной конструкции скважины необходимо стремиться к минимальному количеству ступеней. Если нет необходимости крепления скважины обсадными трубами, то не следует переходить на меньший диаметр, рассчитывая потом на разбуривание ствола скважины. Разбуривание ствола скважины в твёрдых породах крайне затруднено, а в мягких - может привести к образованию нового ствола в скважине.
  Переход от большего к меньшему диаметру скважины необходимо осуществлять только ниже контакта двух слоев пород. Обычно контакт двух слоев пород является ослабленным участком. В этой зоне может происходить утечка промывочной жидкости, размывание пород зоны контакта, перемещение колонны обсадных труб вниз по скважине, и, в конечном счёте, отвинчивание низа колонны, что является сложной аварией. Поэтому под любую колонну обсадных труб необходимо пробурить ниже контакта двух слоев не менее 2-5 м. и установить башмак колонны на прочном основании;
• в проектной конструкции скважины предусматриваются диаметры обсадных труб и глубины установки их башмака.

Затрубный зазор между стенками скважины и наружной поверхностью колонны обсадных труб нужно обязательно тампонировать глиной или цементным раствором.

В зависимости от назначения и срока действия скважины тампонирование производят:

• в разведочных скважинах на высоту 1-3 м от места установки башмака колонны;
• в эксплуатационных скважинах, рассчитанных на длительный срок их действия - по всему затрубному пространству до устья скважины - цементным раствором.

При сооружении скважин обязательно предусматривается установка направляющей трубы и кондуктора.

Направляющую трубу нужно устанавливать на глубину 3-6 м. и затампонировать затрубный зазор от башмака до устья скважины. Она служит для предотвращения размыва устья скважины и площадки под буровой установкой, а также направления вытекающей из скважины промывочной жидкости в желобную систему.

Забурка скважины под направляющую трубу производится при минимальном количестве промывочной жидкости, подаваемой в скважину, при пониженной осевой нагрузке и минимальной частоте вращения бурового снаряда.

Кондуктор устанавливают для закрепления неустойчивых пород и сохранения заданного направления скважины.

Бурение скважины под кондуктор производится также при пониженных значениях параметров технологического режима.

Кондуктор целесообразно устанавливать в устойчивых коренных породах и обязательно тампонируют его низ или всё затрубное пространство.

Скважина является подготовленной к бурению, когда в ней установлены направляющая труба и кондуктор.

Кроме направляющей трубы и кондуктора в конструкции скважины должна быть предусмотрена установка колонн обсадных труб для:

• закрепления крайне неустойчивых пород, которые могут обваливаться со стенок скважины даже при применении специальных промывочных растворов;
• разобщения (изоляции) одних водоносных горизонтов от других;
• ликвидации катастрофического поглощения промывочной жидкости;
• перекрытия подземных горных выработок;
• транспортировки жидких или газообразных полезных ископаемых (эксплуатационная колонна).

При составлении конструкции скважины надо учитывать внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны и наружный диаметр муфт (для труб нефтяного сортамента) следующей колонны (меньшего диаметра).

Все колонны обсадных труб должны выступать над устьем скважины. Но иногда применяют крепление скважин обсадными трубами «впотай», т. е. без вывода колонны до устья скважины. Достигается это путём отвинчивания или вырезки на определённой глубине и последующего извлечения из скважины верхней части обсадной колонны. Таким способом устанавливают колонну обсадных труб для перекрытия:

• горных выработок;
• отдельных участков скважины с катастрофическим поглощением промывочных растворов, а также крайне неустойчивых пород (если все известные способы
• тампонирования не дают положительных результатов).

Надо помнить, что установка обсадных труб «впотай» является вынужденным мероприятием.

В практике ведения геологоразведочных работ разработаны многочисленные варианты типовых конструкций скважин для различных видов полезных ископаемых, целей и глубин бурения и т. д. Этот опыт необходимо учитывать для разработки конструкций скважин в конкретных геолого-технических условиях.