1. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ И ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА.

1.1. Определение совместимых интервалов бурения.

Геологический разрез скважины представлен пластами значительной толщины. Верхняя граница пласта называется кровлей, нижняя – подошвой пласта. Замеры пластового давления и давления гидроразрыва осуществляются лишь в отдельных точках. При проведении расчетов принимается, что относительные давления в пределах пласта постоянны

где относительные пластовое давление и давление гидроразрыва,

давление столба воды на глубине замера соответствующих давлений.

где - плотность воды.

- ускорение силы тяжести.

- глубина бурения, на которой проведен замер соответствующего давления.

Минимально допустимая плотность бурового раствора, рассчитанная по пластовому давлению:

где - коэффициент запаса, учитывающий возможные колебания давления в скважине.

Экологические требования предусматривают ограничение избыточного статического давления бурового раствора на пласты с пресной водой и продуктивные пласты величиной .

Полученные в результате расчетов данные сведем в таблицу.

Таблица 1.1. Результаты расчетов относительных давлений и требуемых плотностей бурового раствора.

Номер Интер.
1	4,90	1,224	1,1	1,35	1,40	1,5	1,53	1,35
2	8,83	0,906	1,1	1,00	1,57			1,11
3	15,70	0,955	1,05	1,00	1,33			1,11
4	24,52	1,060	1,04	1,10	1,28			1,11
5	28,94	1,071	1,04	1,11	1,25			1,11
6	30,41	0,987	1,04	1,03	1,41	3,5	1,11	1,11
7	30,90	1,068	1,04	1,11	1,23			1,11

По результатам расчетов строим совмещенные графики относительных плотностей бурового раствора. Допустимый диапазон изменения плотности бурового раствора показан штриховкой. Из графика следует, что первый и второй интервалы совместимы, т.к. диапазоны допустимых плотностей бурового раствора перекрываются, и можно применить общий буровой раствор с плотностью от 1,35 до 1,53. Но первый интервал содержит пресную воду и должен быть перекрыт экологической колонной – кондуктором. Второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой интервалы совместимы. Второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой интервалы следует перекрыть второй колонной обсадных труб.

1.2. Конструирование скважины и выбор плотности бурового раствора для совместимых интервалов бурения.

Первая обязательная колонна – кондуктор – должна быть опущена до кровли второго интервала, т.к. изменяется плотность бурового раствора. Глубина спуска кондуктора равна

Вторая колонна обсадных труб спускается от устья, а башмак на проектной глубине, т.е. 3200 м. Далее принимаем решение о плотностях бурового раствора. Плотность бурового раствора должна быть минимально возможной, но обеспечивать нормальные условия бурения.

Номер интер.
1	1,35
2	1,11
3	1,11
4	1,11
5	1,11
6	1,11
7	1,11

Первый интервал содержит пресную воду, поэтому он выделяется как отдельный и исключается из сопоставления с последующими интервалами.

1.3. Расчет диаметров долот и обсадных колонн.

Расчет ведется снизу вверх для всей конструкции скважины. Расчет начинается с определения диаметра долота D для бурения эксплуатационной колонны:

- диаметр муфты обсадных труб хвостовика.

- величина зазора между стенкой скважины и муфтой.

Полученный диаметр округляется до ближайшего большего диаметра долота по ГОСТ 20692-75, т.е. до 190,5 мм.

Далее рассчитываем диаметр кондуктора

- запас, обеспечивающий спуск долота в скважину через эту колонну:

- ожидаемая толщина стенки обсадной трубы, принимаем

Диаметр трубы округляем до ближайшего большего по ГОСТ 632-80

Диаметр долота 250,8 мм.

2.РАСЧЕТ РАВНОПРОЧНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ.

Выполняются два расчета: на момент окончания продавки цементного раствора и на время после затвердения цемента.

Расчетная схема обсадной колонны.

Где: эксплуатационная колонна 1, кондуктор 2. Вверху за эксплуатационной колонной находится буровой раствор 3, а ниже цемент 4. Внизу в колонне пластовый флюид 5.

Принимаем: − глубина уровня жидкости в колонне; − глубина скважины; плотность цементного раствора ; плотность пластового флюида .

2.1. Определение внутреннего давления. В конце цементирования выполняется в соответствии со схемой:

в обсадной колонне 1 находится столб продавочной жидкости 2, на который действует устьевое давление , измеряемое манометром 4. За колонной находится открытый сверху составной столб жидкостей, состоящий из промывочной жидкости 2 и цементного раствора 3. Принимается, что продавка цементного раствора осуществлена той же промывочной жидкостью, на которой закончено бурение под рассчитываемую колонну.

2.2.Определение внутреннего давления в конце испытания скважины выполняется в соответствии со схемой

Скважина путем перфорации гидравлически сообщена с продуктивным пластом с пластовым давлением , измеренным на глубине замера . Это давление уравновешивается давлением столба нефти в колонне и устьевым давлением . Из этого условия определяем :

где − плотность нефти.

Полученные величины сопоставляем с нормативным

2.3.Распределение внутреннего избыточного давления в колонне

по глубине скважины при опрессовке давлением находим из условия:

где − внутреннее избыточное давление; − внутреннее давление в колонне; − наружное давление жидкостей на колонну.

Находим суммарное внутреннее давление

откладываем это значение на графике на отметке , соединяем эту точку с точкой , в результате получаем прямую 2 изменения внутреннего давления в колонне с глубиной.

На правой стороне графика строим зависимость наружного давления от глубины. При наружное давление ; при

при

Строим прямые 3 и 4. Точки 0 и − прямая 3, а точки − прямая 4. Внутреннее избыточное давление определяем путем вычитания графика (прямые 3 и 4) из графика ( прямая 2), в результате чего получается зависимость ( график 5).

Из графика 5 видно, что наружное избыточное давление наибольшее в верхней части скважины и наименьшее на глубине , что обуславливает возможность использования труб с разной толщиной стенки.

Определение интервалов спуска труб с разной толщиной стенки проводится следующим образом. Рассчитываем величины допустимого внутреннего давления для трубы Ø146 мм

где предельное внутреннее давление для трубы с i-той толщиной стенки; - допустимый запас прочности при действии внутреннего давления.

Проводим вертикальную прямую из точки .Т.к. прямая не пересекается с прямой 5, можно использовать трубу с толщиной стенки 6,5мм по всей высоте скважины.

2.3. Конструирование равнопрочной обсадной колонны.

После расчета обсадной колонны на внутреннее избыточное давление производится ее расчет на смятие наружным избыточным давлением и на растяжение. Поскольку из условия предупреждения смятия наибольшая толщина стенки труб получается в нижней части колонны, то расчет производится снизу вверх на смятие с учетом растяжения и результатов расчета на внутреннее давление. Отличительными особенностями расчета является то, что колонна заполнена жидкостью лишь частично, а за колонной в интервал цементирования находится цементный камень.

2.3.1.Расчет наружного избыточного давления на обсадную колонну.

Наружное избыточное давление равно

где - давление пластового флюида в колонне.

Последовательность расчета следующая. На график нанести зависимость давления воды 1 от глубины z по данным табл.

Номер интер.
1	4,90
2	8,83
3	15,70
4	24,52
5	28,94
6	30,41
7	30,90

Затем нанести давление бурового раствора в интервале от 0 до z₁; (линию 2), рассчитанное по формуле . Ниже ординаты z₁ наружное давление на колонну будет определяться величинами порового давления в цементном камне и пластовым давлением. Последнее учитывается только в интервалах, неперекрытых другими колоннами.

Для построения зависимости порового давления от глубины рассчитать его величину на глубине z_K по формуле:

где − плотность поровой жидкости.

Полученную величину отложить на глубине и провести прямую 3 от этой точки до точки . Далее делается проверка на наличие аномалий пластовых давлений в интервалах перекрытых только рассчитываемой колонной. Для этого на график нанесем точки с координатами пластовое давление-глубина замера (по заданию). Проверка на наличие аномалий пластовых давлений в интервалах, перекрытых только рассчитываемой колонной показала, что пластовое давление во всех интервалах ниже порового. Поэтому корректировка зависимости от с учетом пластового давления не требуется

Далее рассчитываем внутреннее давление на глубине , создаваемое столбом пластового флюида в колонне