Конструкция скважин при вращательном бурении

Проектирование конструкции скважин при вращательном бурении. При вращательном бурении проектирование конструкции осуществляется в следующем порядке.

1. По заданному дебиту и динамическому уровню выбирают водоподъемники для проведения временной и эксплуатационной откачки и определяют их поперечные размеры.
2. По габаритам выбранных водоподъемников вычисляют внутренний диаметр эксплуатационной колонны, в которой они будут размещаться, а по нему — наружный диаметр колонны и диаметр соединительных муфт.
3. Вычисляют наружный диаметр долота под эксплуатационную колонну и затем округляют его до стандартного.
4. Выбирают тип водоприемной части скважины, рассчитывают ее основные размеры и глубину вскрытия пласта.
5. С учетом поперечных размеров водоприемной части определяют конечный диаметр скважины.
6. Определяют общую глубину скважины с учетом глубины залегания кровли водоносного пласта и глубины его вскрытия.
7. В зависимости от положения динамического уровня воды, типа применяемого водоподъемного оборудования и свойств вмещающих пород находят длину эксплуатационной колонны.
8. По характеристике пород разреза устанавливают количество обсадных колонн, их поперечные размеры и длину.
9. По диаметрам соединительных муфт обсадных труб определяют диаметры долот, обеспечивающие свободный спуск колонн в скважину.
10. Устанавливают интервалы затрубной цементации обсадных колонн для надежного разобщения пластов.

Ниже приводятся более подробные рекомендации по проектированию конструкции водозаборных скважин. При проведении откачек из разведочно-эксплуатационных скважин наиболее широко применяются водоподъемники двух типов:

• первый -для предварительной, пробной и опытной откачек
• второй — для постоянной эксплуатации.

Одно из основных требований к водоподъемникам первого типа — способность откачивать воду с большим содержанием механических примесей. В качестве временных водоподъемников используются желонки, водоструйные и штанговые насосы, однако наиболее часто применяются эрлифты.

Таким образом, для определения необходимого внутреннего диаметра эксплуатационной колонны из условия размещения в ней водоподъемников обоих типов необходимо по проектному дебиту и динамическому уровню рассчитать или выбрать их поперечные размеры. При использовании эрлифта его поперечные размеры рассчитывают. При выборе временных водоподъемников других типов и насоса для постоянной эксплуатации первоначально устанавливают требуемый манометрический напор Нм (в м вод. ст.), необходимый для подъема воды из скважины:

Н_м = [ (h + h_и) + (0,08 ÷ 0,1) (h + h_и + h_д)   (11.1)

где h - динамический уровень воды, м; h_и- расстояние от устья скважины до излива воды, обычно h_и = 0,7÷1 м; h_д = 2÷5 — заглубление насоса под динамический уровень, м.

По проектному дебиту и величине напора Hм определяют типы водоподъемников, а по их техническим характеристикам — поперечные размеры или минимальный внутренний диаметр обсадной колонны, в которой они могут быть размещены. Для установки эрлифта расчетный внутренний диаметр колонны D_вн.э определяется по следующим формулам:

при расположении труб эрлифта по схеме "рядом"

D_вн.э = D_м + d_м + 2δ  (11.2)

при расположении труб эрлифта по схеме "внутри".

D_вн.э = d_м + 2δ  (11.3)

Здесь D_м и d_м — диаметры соединительных муфт соответственно водоподъемной и воздухопроводной колонн;  δ - зазор между трубами эрлифта и обсадной колонной, необходимый для спуска приборов при проведении гидрогеологических исследований; обычно 26 = 25-г30 мм. Полученный расчетный внутренний диаметр эксплуатационной колонны из условия размещения эрлифта сравнивается с аналогичным диаметром колонны, необходимым для размещения погружного насоса. Больший из указанных диаметров дает возможность определить по приведенным на данным остальные поперечные размеры эксплуатационной колонны. Необходимый расчетный диаметр скважины под эксплуатационную колонну вычисляют по формуле и округляют до стандартного в соответствии с нормальным рядом диаметров применяемых долот. Затем в соответствии с рекомендациями выбирают тип водоприемной части скважины. После выбора типа фильтра по формуле (10.1) вычисляют его длину. Конечный диаметр скважины и внутренний диаметр эксплуатационной колонны должны быть на 40—50 мм (при отсутствии гравийной обсыпки) больше диаметра фильтра. Если установленный конечный диаметр скважины окажется больше ранее определенного внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, то следует скорректировать последний в сторону увеличения или расширить интервал скважины в пределах водоносного пласта лопастными или гидротурбинными расширителями.

Конечный диаметр скважины на воду при бесфильтровой водоприемной части в устойчивых породах определяют по условию проходимости долота через внутренний диаметр эксплуатационной колонны. При сооружении бесфильтровой водоприемной части в песчаных пластах конечным диаметром будет диаметр скважины под эксплуатационную колонну. В этом случае рассчитывают основные размеры водоприемной каверны по формулам (10.6), (10.10).

Глубина проектируемой скважины (в м)

L_скв = l_k + l_вскр (11.4),

где lк — расстояние от поверхности до кровли водоносного пласта, м; lвскр  - глубина вскрытия пласта для оборудования водоприемной части скважины, м.

При расположении рабочей части фильтра в середине интервала пласта глубина вскрытия последнего

l_вскр  = 0,5 (l_м + l_з) + l₀   (11.5)

где l_м — мощность водоносного пласта, м; lр - длина рабочей части фильтра, м; l₀ — длина отстойника, м.

При расположении фильтра в нижней части водоносного горизонта и большой мощности последнего глубина вскрытия будет ориентировочно равна указанной мощности (l_вскр = l_м). При эксплуатации маломощного пласта (l_lм < 10 м) глубина скважины

L_скв = l_k + l_м + l₀

При сооружении бесфильтровой скважины в устойчивых скальных породах глубина вскрытия пласта вычисляется по формуле (11.5), а при оборудовании бесфильтровой водоприемной части в песках глубина разрабатываемой каверны составляет ориентировочно 0,8—1 м. Минимальная длина эксплуатационной колонны при расположении фильтра впотай определяется из необходимости монтажа водоподъемника на требуемой глубине. При использовании в качестве водоподъемника эрлифта минимальная расчетная длина эксплуатационной колонны

L_min.э = Н + (5 ÷ 10)

(Н — глубина погружения смесителя эрлифта, м).

При использовании насоса с погружным двигателем

L_min.э = h + L_н + (3÷5)

(LH — длина рабочей части выбранного электронасоса, м).

Для окончательного установления длины эксплуатационной колонны следует также учитывать характер ожидаемого геологического разреза. Если выше кровли водоносного горизонта залегают размываемые породы и неиспользуемые водоносные пласты, то эксплуатационная колонна перекрывает всю мощность вмещающих пород с углублением башмака на 0,3—0,5 м ниже кровли (см. рис. 11.1,б). В случае залегания устойчивых пород выше кровли водоносного горизонта и отсутствия неиспользуемых водоносных пластов длину колонны выбирают с учетом требуемого заглубления обоих водоподъемников под динамический уровень и необходимости установки башмака обсадных труб в водоупорные породы. Часть разреза, расположенная между башмаком колонны и кровлей водоносного горизонта, перекрывается верхней частью фильтровой колонны. Определив размеры водоприемной части скважины, эксплуатационной колонны и соответствующие диаметры скважины, из анализа геологического разреза можно выяснить необходимость установки кондуктора и промежуточных колонн. Зная ранее найденный наружный диаметр эксплуатационной колонны, можно найти поперечные размеры последующих, больших по диаметру обсадных колонн (промежуточной и кондуктора).

В соответствии с технологией вращательного бурения расчетный наружный диаметр последующей колонны Dп.н определяется из соотношения:

D_п.н. = D_н.э + (80÷100)

( D_н.э — наружный диаметр эксплуатационной колонны, мм). Вычисленный диаметр D_п.н. округляется до стандартного. Соблюдение указанного соотношения вызвано необходимостью бурения нижних интервалов ствола и спуском обсадных колонн муфтового соединения с зазором для цементации затрубного пространства. Установленные наружные диаметры обсадных колонн дают возможность по данным на найти их внутренний диаметр и диаметр муфт.

 Независимо от конструкции скважины ее устье закрепляют на глубину 2-3 м направлением с последующим цементированием. Диаметр долота D_д для бурения под обсадную колонну определяют по формуле с округлением величины D_д до ближайшего стандартного значения нормального ряда долот. Затем устанавливают интервалы цементирования обсадных колонн. Следует иметь в виду, что промежуточная колонна цементируется в интервале, позволяющем ликвидировать возможное осложнение (самоизлив при вскрытии пласта с высоким давлением, катастрофическое поглощение и др.).