Provedení studny – Technologie vrtání ropných a plynových vrtů. T.2

Jedním z nejdůležitějších technických a technologických ukazatelů rozhodování je volba provedení studny. Návrh konstrukce studny na základě analýzy geologických podmínek a jejího zamýšleného účelu zahrnuje určení konečného průměru vrtání, průměrů vrtů v každém z intervalů, jejich délky, stejně jako průměru délky, hloubky uložení, způsobu utěsnění patky pažnice, ucpávkových oblastí, cementování komplikovaných zón, což je první krok při návrhu technologie vrtání všech následných prvků technologie vrtání.

Provedení vrtu je dáno zamýšleným účelem vrtných operací, geologickým úkolem, druhem nerostu, složitostí těžebních a geologických podmínek výskytu užitné složky a způsobem vrtání.

Racionální design by měl mít následující vlastnosti:

• · Konečný průměr je minimální možný s přihlédnutím k příjmu spolehlivých geologických informací z aktivní zóny a také poskytuje možnost provést geologické studie vrtu pomocí vhodných technických prostředků.
• · Minimální počet pažnicových sloupů a minimální hloubky jejich snížení s možnými geologickými komplikacemi.
• · Velikosti nástrojů pro řezání hornin, vrtných trubek, jádrových sudů a pažnicových trubek odpovídají racionálním vztahům mezi nimi pro daný způsob vrtání.

Při výběru designu byste se také měli vyvarovat použití pažnicových sloupů instalovaných „v rovině“. Použití skrytých sloupků a vrtání ve stupňovitém otevřeném otvoru není povoleno při použití plášťů s odnímatelným jádrovým přijímačem. Rovněž při montáži pažnicového sloupu je nutné přesně označit hloubku sestupu a zohlednit nutnost ucpání pažnicových trubek nebo jednotlivých úseků vrtu.

Ve všech případech je nutné usilovat o výběr co nejjednoduššího provedení studny s minimálním počtem pažnicových kolon. To usnadňuje vrtání studní, snižuje sadu nástrojů, spotřebu pažnicových trubek a snižuje náklady na práci. Jednoduchá konstrukce vrtu umožňuje použití vysokých frekvencí otáčení vrtacího nástroje s vysokou účinností prostředků, které snižují vibrace hřídele vrtačky.

V tomto projektu se pracuje na průzkumu bauxitu. Tato zóna se nachází blízko čela, což nám říká, že průměr nástroje pro řezání horniny se nezměnil, dokud nedosáhl čela. Průměr zvoleného nástroje pro řezání horniny je určen ve směru zdola nahoru na základě zvoleného konečného průměru vrtu. V tomto případě (na základě Přílohy 1) je to 59 mm. Tento průměr je nejúspěšnější, protože poskytuje minimální přípustný průměr jádra pro průzkum bauxitu. Od hloubky 405 metrů se průměr vrtu zvětšuje na 76 mm. Na značce 405 metrů bude umístěna „botka“ pro pažnicový sloup, který bude umístěn po celé délce studny až k jejímu povrchu. Tento sloup je potřebný k ochraně studny před erozí a kolapsem nestabilních hornin v rozsahu od 253 do 403 metrů. Tato oblast je domovem světle šedých vápenců s krasovými dutinami. Na povrchu studny bude do hloubky 8 metrů osazen také „vodící“ sloup o průměru 89 mm, s vrtaným průměrem 93 mm. Schéma tohoto návrhu studny je znázorněno na obrázku 1.

Tato konstrukce se doporučuje pro předběžný průzkum bauxitu, protože poskytuje nejoptimálnější a nejpřijatelnější průměry jádra, má jednoduchou konstrukci, je chráněna v oblastech možných komplikací a využívá optimální počet pažnicových kolon. Všechna tato kritéria pro návrh konstrukce studny jsou splněna, což se může následně promítnout do ekonomické stránky tohoto typu činnosti. Optimální poměr materiálů a nástrojů totiž výrazně snižuje náklady na vrtání ve fázi předběžného průzkumu.

Tyto zásady by samozřejmě neměly být v rozporu se základními požadavky na návrh studny. Zejména rozměry prstencových mezer a uspořádání vrtu musí zajistit nerušený přístup pažnicové kolony do projektované hloubky, zvedání cementové kaše do zamýšlené výšky a při cementování vytvořit spolehlivou izolaci produktivních a vodou nasycených horizontů.

U vrtů s vysokými formačními tlaky je nutné předcházet specifickým komplikacím, které se vyskytují při vrtání a provozu, a to:

– průnik plynu za produkční kolonou, někdy přecházející do

v otevřených fontánách;

• — únik plynu do mezisloupového prostoru přes závitové potrubní spoje;
• — mezivrstvové toky ropy a plynu;
• – tvorba gryfů a dalších komplikací.

Návrh konstrukce studny se provádí ve dvou etapách.

V první fázi je zdůvodněn způsob vstupu do formace, počet pažnicových kolon a hloubka jejich sestupu. Na druhém – rozměry sloupků, průměry bitů, intervaly cementování. V tomto případě je třeba vzít v úvahu nashromážděné zkušenosti s výstavbou studní jak v regionu jako celku, tak v uvažovaném oboru, a také vzít v úvahu pokyny, předpisy atd. platné v podniku.

V současné době je požadovaný počet pažnicových sloupů a hloubka jejich spouštění volena na základě podmínky zamezení hydraulického štěpení hornin a neslučitelnosti jednotlivých intervalů podle vrtných podmínek. Zároveň je zavedena jednotná zásada pro výběr návrhů vrtů: kompatibilita jednotlivých intervalů geologického úseku podle těžebních a geologických podmínek vrtání. Kompatibilitou vrtání nebo naopak neslučitelností vrtných podmínek se rozumí taková jejich kombinace, kdy stanovené parametry technologických postupů vrtání podkladního intervalu způsobují komplikace ve vrtaném nadložním intervalu, pokud tento není zajištěn pažnicovou kolonou a provedení dalších speciálních technologických opatření k zamezení těchto komplikací není možné.

Minimální počet středních pažnic a hloubka uložení jejich botek při návrhu konstrukce vrtu jsou určeny graficky, počtem zón s nekompatibilními vrtnými podmínkami, které jsou konstruovány porovnáním gradientů formačních (pórových) tlaků (grad Ppl), hydraulického štěpení (absorpce) tlaků formací (grad P_Гp), pevnost a stabilita hornin (grad Rust) (obr. 11.18).

kde P_ycT = P^ ? T^pTlak relativní stability horniny.

Ve formaci obsahující plyn grad Rpl и grad Rgr jsou kalkulovány pro střechu a pro podrážku.

Obr. 11.18. Graf změn gradientů formačního tlaku a tlaku hydraulického štěpení hornin s hloubkou vrtu

Hodnoty tlaku v nádrži pro vrty postavené v prozkoumaných oblastech jsou převzaty z údajů o dříve vrtaných vrtech. Pro nové oblasti lze data brát analogicky s jinými ložisky.

V případech, kdy jsou hodnoty formačního tlaku a absorpce neznámé, lze pro výpočet indexů (gradientů) a absorpčních (hydraulické štěpení) tlaků použít empirický vzorec B. A. Eatona:

К„ = _M_ (Kg~Ka)+ Ka, (11.7)

kde Kg je index geostatického tlaku (poměr geostatického tlaku k tlaku sloupce sladké vody ve stejné hloubce); c je Poissonův poměr pro horninu.

Poissonův poměr lze brát takto: pro silné křemenné pískovce c = 0,17; pískovce s kontaktním cementem -0,20; pro pískovce a prachovce – 0,30; pro vápence a dolomity -0,25; argillity – 0,30; hutněné jíly – 0,36; plastické jíly a kamenná sůl – 0,44.

Relativní stabilizační tlak horniny (rez) charakterizuje minimální tlak na úsek vrtu složený z potenciálně nestabilní horniny, při kterém dlouhodobě postačuje minimálně k provrtání celé tloušťky takových hornin a jejich zakrytí pažnicovými sloupy (CC), při daném složení vrtné kapaliny (DF) nedochází k závažným projevům deformační nestability vrtu.

V tomto případě bude index stability horniny roven

Pouzdro = Rust / Rv g Zn> (11.8)

a gradient stability hornin bude:

grad Рст = Рст/ Zn [MPa/m], (11.9)

kde R set = Rpl ? K/> — tlak relativní stability horniny;

Kr — regulovaný poměr rezerv. V hloubce Z ne více než 1200 m Kr nebude více než 1,1. V hloubce Z více než 1200 m К_р nebude více než 1,05.

Rezervní faktor znamená, že při zdůvodňování hustoty vrtného bahna je nutné zajistit vytvoření hydrostatického tlaku na dně vrtu, během vrtání a otevírání produkčního horizontu, překračujícího návrhové formační tlaky o hodnotu ne menší než:

• — 10 % pro vrty do hloubky 1200 m (intervaly od 0 do 1200 m);
• — 5 % pro intervaly od 1200 m do projektované hloubky.

V některých případech může projekt stanovit vyšší hustotu roztoku, ale protitlak na horizontech by neměl překročit formační tlak o 1,5 MPa pro vrty do hloubky 1200 m a 2,5-3,0 MPa pro vrty hlubší.

V intervalech složených z jílů, opuků, jílových břidlic, solí náchylných ke ztrátě stability a tekutosti se stanovuje hustota, filtrace a chemické složení vrtného výplachu na základě potřeby zajistit stabilitu stěn vrtu. Prohlubeň na stěnách studny je povolena v rozmezí 10-15 % efektivních skeletálních napětí (rozdíl mezi tlakem horniny a tlakem v pórech).

Po sestavení grafu kombinovaných tlaků (obr. 11.23) se určí hustota vrtného výplachu, přičemž se v intervalech identifikují zóny s neslučitelnými vrtnými podmínkami. Hranice s neslučitelností podmínek vrtání zpravidla odpovídají hloubkám spouštění pažnicových strun. Relativní hustota prací kapaliny je určena rovnicemi:

rotn= (1,00 . 1,15) Ka na L 1200 m, AR 3;

^pl hloubka střechy formace, m;

g — tíhové zrychlení, m/s 2 .

Tlak ve vrtu v hloubce z (m) bude roven

Pz = Рпл -p»g(Lz (11.12)

Pokud těžící nebo těžící horizont obsahuje plyn, pak se tlak na ústí vrtu určí ze vzorce

kde: roh- relativní hustota plynu vzhledem ke vzduchu;

P je koeficient stlačitelnosti plynu;

T ср — průměrná teplota podél vrtu;

Tlak v hloubce Z se určí z rovnice

Předpokládá se, že rozložení tlaku podél vrtu je minimální.

Pokud je saturační tlak ropy vyšší než tlak v ústí vrtu, při uzavření ústí vrtu se z oleje uvolní plyn. V tomto případě bude rozložení tlaku v intervalu naplněném olejem určeno vzorcem (3.13) a výše – rovnicí (3.14).

Tlak v ústí vrtu se určí z rovnice

Р _ -Jízda . S _ O O34-r_og-?_nás v ‚

kde Lhac je hloubka, ve které se plyn začíná uvolňovat;

Tcp je průměrná teplota ve vrtu na Kelvinově stupnici v intervalu, kde se nachází plynový balíček.

Při návrhu a vrtání prvních tří průzkumných vrtů je při nedostatečné spolehlivosti geologického řezu přípustné zahrnout do návrhu vrtu rezervní mezisloup. V tomto případě je vrt vrtán s předpokladem zajištění určeného intervalu rezervní pažnicí. Pokud se však během vrtání zjistí, že již není potřeba spouštět, pokračuje se v prohlubování vrtu pro další pažnicový sloup do projektované hloubky.

Hloubka spouštění výrobního pažnice je obecně dána hloubkou dna produkčního horizontu (projektový interval perforace), s přihlédnutím k technologické jímce (do 50 m) a cementové misce (průměrně 20 m), v závislosti na způsobu vstupu do souvrství a sekundárního otvoru souvrství.

Před otevřením produkčních a tlakových kolektorů je nutné zajistit spuštění alespoň jednoho mezilehlého sloupu nebo vodiče do hloubky, která vylučuje možnost protržení horniny po úplném nahrazení vrtného bahna ve vrtu formační kapalinou nebo směsí kapalin z různých horizontů a utěsnění ústí vrtu.

Minimální hloubka spouštění vodiče nebo mezilehlého sloupu je stanovena na základě podmínky zamezení průniku formovací tekutiny pod botku sloupu při uzavření ústí vrtu během eliminace plynové show. Obecně je přípustné určovat podle vzorce

H = K PBz ,m, R ff radp r_Pz

kde Pbz je maximální možný tlak plynu v hloubce z když je studna zcela prázdná;

• 5, = K)» 4 • y • (? — z),
• (11.16; 11.17)

kde / je relativní měrná hmotnost plynu ve vzduchu (0.6-0.7).

Porovnáním tlaku vrtu a absorpčního tlaku v otevřené díře je možné určit hloubku mezilehlé struny, na kterou bude instalována ochrana proti profouknutí (BOP). Získané hloubky se mohou u ropy, plynu a ropných vrtů výrazně lišit.