Понятие о скважине, ее элементах, конструкции, о положении в пространстве

1.1. ПОНЯТИЕ О СКВАЖИНЕ,

ЕЕ ЭЛЕМЕНТАХ, КОНСТРУКЦИИ,

О ПОЛОЖЕНИИ В ПРОСТРАНСТВЕ

Скважина в стадии бурения представляет собой цилиндрическую горную выработку, сооружаемую с помощью специальных инструментов без доступа в нее человека. Скважина характеризуется большой длиной (до двенадцати тысяч метров) и малым диаметром. У скважины (рис. 1, а) различают устье /, ствол 2 и забой 3. Цилиндрическая поверхность ствола называется стенкой скважины.

В законченном виде скважина представляет собой капитальное сооружение в земной коре (рис. 1,6), предназначенное для извлечения из недр земли жидких и газообразных полезных ископаемых или для других целей. Стенки скважины крепят обсадными трубами 5, пространство между трубами и стенкой скважины заполняют цементным раствором 6, который, затвердев, изолирует пласты горных пород один от другого, а трубы от коррозии. Против продуктивных пластов в трубах и цементном камне выполняются отверстия 7 (фильтр) для гидравлического сообщения пласта со скважиной. Экологические и геологические условия бурения обусловливают необходимость спуска нескольких обсадных труб (не менее двух, как показано на рис. 1, б). Первая обязательная колонна называется кондуктор. Каждую последующую колонну подвешивают на предыдущей. На фланце 4 последней колонны, называемой эксплуатационной, подвешивают нефтегазопромысловое оборудование, спускаемое в скважину, и монтируют устьевое оборудование.

Поперечное сечение ствола скважины имеет, как правило, форму, близкую к круглой, а отклонение ствола вызывается неоднородностью и трещиноватостью пород, неравномерным распределением напряжений в околоствольной зоне массива 8

Рис. 1.1. Схема скважины[pic 2]

[pic 3][pic 4][pic 5]

пород, тектоническими силами и др. Например, на Кольской сверхглубокой скважине наблюдалось сечение скважины овальной формы с острыми углами в направлении длинной оси, что привело к заклиниванию бурильного инструмента и последующим авариям.

В устойчивых породах поверхность ствола скважины может иметь винтообразную поверхность, характеризующуюся шагом винтовой линии, числом заходов — винтовых выступов (впадин) и высотой выступов (глубиной впадин), обычно образующихся при бурении шарошечными долотами с высокой проходкой за оборот. В пластичных солях и набухающих глинах ствол скважины может сужаться. Данное явление возможно и в высокопроницаемых песчаниках при образующейся толстой глинистой корке в результате фильтрации бурового раствора. В твердых, высокоабразивных породах возможно постепенное сужение ствола вследствие длительного бурения изношенным, потерявшим диаметр долотом.

В сыпучих осланцованных глинах, аргиллитах, рыхлых песчаниках и других слабосвязанных породах возможно ка- вернообразование и расширение ствола скважины. В некоторых случаях скважина может проходить и непосредственно через карстовые образования, трещины размыва в карбонатных породах или трещины тектонического происхожде-

При одностороннем изнашивании стенок скважины в искривленных участках образуются желобные выработки, за-

трудняющие спускоподъемные операции, вращение бурильного инструмента, спуск обсадной колонны, ухудшающие качество разобщения пластов.

При чередовании наклонно-залегающих, чередующихся по твердости пород возможно образование уступов, приводящих к осложнениям и авариям при спуске инструмента. В то же время при решении теоретических и практических инженерных задач ствол скважины рассматривается как цилиндрический. Ось ствола скважины всегда имеет пространственное искривление, однако, при небольшой интенсивности искривления и малой величине отклонения от вертикали скважину называют вертикальной.

При большой интенсивности искривления и значительных общих величинах произвольного отклонения от вертикали скважины называют искривленными. Расстояние между забоем и устьем скважины в плане (смещение забоя) может составлять от нескольких метров до нескольких десятков и сотен метров в зависимости от осложненное™ разреза (угла залегания, падения пластов). В некоторых случаях искривление скважины отражается на качестве строительства скважины, изменении проектной сетки разбуривания залежи, усложняя условия работы добывающего оборудования, приводя к чрезмерно быстрому изнашиванию насосных штанг, труб и др. Наибольшие затруднения и при проводке ствола и при последующем креплении и эксплуатации скважин вызывают резкие изменения направления ствола, его перегибы. Они обусловливают непроходимость ствола, заклинку бурильного инструмента, особенно, жестких компоновок утяжеленных бурильных труб, секционных забойных двигателей, обсадных колонн. В этих случаях требуется исправление траектории ствола скважины.