1.8.2 Проектування конструкції свердловини

Проектування конструкції свердловини починають з вибору діаметра експлуатаційної колони d₄ (див. рис. 1.8). Після цього визначається діаметр долота D₄ для буріння стовбура свердловини в інтервалі L₃...L₄. При турбінному бурінні вибір діаметра долота залежить від діаметра вибраного турбобура d_T

, (1.3)

де δ – проміжок, який рекомендується, між турбобуром і стінкою свердловини. При застосуванні доліт діаметром до 295 мм δ беруть рівним 15...30 мм, а при більшому діаметрі – 30...40 мм. Після цього визначають внутрішній діаметр проміжної колони d₃

, (1.4)

де 7 мм – проміжок між долотом і стінкою проміжної колони.

За величиною внутрішнього діаметра підбирають обсадні труби для проміжної колони, після чого визначають діаметр долота D₃ для буріння в інтервалі L₂...L₃

, (1.5)

де d_3м – діаметр муфти для згвинчування обсадних труб діаметром d₃.

Потім за формулою (1.4) знаходять внутрішній діаметр кондуктора і підбирають обсадні труби для нього. Знаючи діаметр муфт, за допомогою яких згвинчуються обсадні труби кондуктора, за формулою (1.3) встановлюють діаметр долота D₂ для буріння в інтервалі L₁...L₂.

Завершальним етапом є вибір діаметра направлення і діаметра долота для буріння свердловини в інтервалі 0...L₁. Якщо під направлення шахту копають вручну, то її розміри встановлюють з урахуванням діаметра направлення і зручностей здійснення земляних робіт (часто 1,5…2 м).

Методика проектування конструкції свердловини при роторному способі буріння аналогічна. Відмінність полягає тільки у визначенні діаметра долота для буріння ділянки свердловини під експлуатаційну колону. У цьому випадку у формулу (1.3) замість діаметра турбобура d_T треба підставити діаметр муфти експлуатаційної колони. Як було відзначено, діаметр експлуатаційної колони визначає конструкцію свердловини. Діаметр експлуатаційної колони треба визначати з врахуванням створення нормальних умов для експлуатації продуктивного пласта, проведення підземних ремонтів і ловильних робіт в експлуатаційній колоні.

1.8.3 Умови роботи обсадної колони в свердловині.

Конструкція обсадної колони

Обсадна колона складається з обсадних труб з однаковим зовнішнім, але з різним внутрішнім діаметром, тобто обсадна колона по всій довжині має декілька секцій обсадних труб з різною товщиною стінок. Це пояснюється тим, що така колона піддається дії різних зусиль, величини яких є непостійні вздовж колони.

Верхня частина обсадної колони зазнає максимальних зусиль розтягу від власної ваги. Ці зусилля зменшуються за прямолінійним законом і стають рівними нулю у нижній частині колони (якщо обсадна колона не встановлена на вибій свердловини). Нижня частина обсадної колони (якщо вона не заповнена рідиною) зазнає максимальних зусиль зминання від гідростатичного тиску стовпа рідини за колоною.

На рис. 1.96, а показана зміна напружень, які виникають у висячій і незаповненій рідиною обсадній колоні АВ від навантажень розтягу і зминання (найважчі умови роботи колони). Обсадна колона має складатися так, щоб в будь-якому її перерізі не відбувалося розриву у муфтовому з’єднанні під дією сил власної ваги і не було зминання труб від гідростатичного тиску стовпа рідини за колоною. Щоб задовольнити цю умову, обсадну колону розраховують спочатку з врахуванням тільки навантажень зминання. Для цього визначають допустиму глибину спуску обсадних труб l₁ з мінімальною товщиною стінок δ₁ (рис. 1.96, б). Потім на підставі розрахункових даних встановлюють допустиму глибину спуску обсадних труб l₂, які мають найближчу більшу товщину стінок δ₂. Аналогічно підбирають допустимі глибини спуску l₃, l₄ обсадних труб з товстішими стінками δ₃, δ₄. Так підбирають обсадну колону, яка витримує тільки навантаження зминання.

а б в

Рисунок 1.96 – Конструкція обсадної колони

Обсадну колону такої конструкції перевіряють на міцність у нарізних з’єднаннях від дії сил власної ваги. Для цього виявляють розмежувальну зону, нижче якої жодне нарізне з’єднання під дією власної ваги колони не розірветься. Вище за цю зону належить встановити обсадні труби з більшою товщиною стінок, нарізні з’єднання яких завдяки підвищеній міцності надійно протистоятимуть силам власної ваги.

Можливий випадок, коли заміна на довжині l₁ обсадних труб з товщиною стінок δ₁ обсадними трубами з товщиною стінок δ₂ задовольнить умовам розрахунку на розтяг. Якщо ж така заміна виявиться недостатньою, то треба замінити труби з товщиною стінок δ₁ на δ₃. Так, підбираючи необхідну товщину стінок обсадних труб, отримують конструкцію обсадної колони, яка задовольняє навантаженням зминання і розтягу (рис. 1.95, в).

Підготовка до спуску обсадної колони. Перед спуском обсадної колони необхідно перевірити: обсадні труби; бурову вежу, бурове обладнання, інструмент для СПО тощо. Обсадні труби мають бути ретельно оглянуті. Труби з вадами вибраковують, а відібрані для комплектування колони після вимірювання їх довжини укладаються на поміст в порядку, зворотному черговості їх спуску в свердловину. При огляді труб особливу увагу треба звертати на розшарування металу, кривизну та деформацію труб і муфт. Після зовнішнього огляду необхідно перевірити у всіх труб чистоту внутрішньої поверхні, пропускаючи крізь кожну трубу шаблон спеціальної конструкції. У процесі укладання труб на поміст нарізі ретельно очищають від бруду волосяною щіткою і промивають гасом. На очищені кінці труб нагвинчують запобіжні кільця, а в муфти угвинчують ніпелі.

Перед спуском обсадної колони необхідно ретельно заміряти глибину свердловини. Після цього стовбур свердловини іноді проробляють новим долотом. Під час спуску обсадної колони необхідно:

- конкретно закріпити обов’язки за кожним членом бурової бригади;

- згвинчувати труби тільки вручну, а докріплювати нарізне з’єднання машинними ключами;

- стежити за якістю і рівнем промивної рідини в свердловині і в обсадній колоні;

- організувати роботу так, щоб спуск обсадної колони в свердловину відбувався швидко.