Конструкция глубокой скважины

Полезная модель относится к конструкциям глубоких поисково-разведочных скважин для геологоразведочных работ, и может быть использована в процессе глубокого бурения по высокодебитным высоконапорным рассолоносным интервалам геологического разреза.

Предлагается конструкция скважины, в которой сформированы зона поглощения, изолированная относительно других водоносных горизонтов направлением и кондуктором, и перепускная система для обратной закачки рассола по межтрубному пространству между технической колонной и кондуктором за счет недоподьема цемента за технической колонной, соединяющая по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку внутреннее пространство технической колонны и зону поглощения, предварительно активизированную методом гидроразрыва пласта.

Назначение сформированной зоны поглощения - принимать в себя продукцию вскрываемого бурением высокодебитного высоконапорного рассолоносного пласта во избежание фонтанирования и разлива крепкого рассола на земную поверхность и обеспечивать этим техническую и экологическую безопасность буровых работ в процессе вскрытия.

Полезная модель относится к конструкциям глубоких поисково-разведочных скважин для геологоразведочных работ на глубокие горизонты, в том числе на нефть, газ, промышленные рассолы, в частности, к конструкциям глубоких скважин, обеспечивающим процесс глубокого бурения по интервалам геологического разреза, которые характеризуются высокими напорами - аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД) - и высокими дебитами перелива рассолов. Опыт разведки подсолевых нефтегазоносных отложений в платформенных условиях, например - в Иркутской области показывает, что бурение поисковых и разведочных скважин в мощных солевых толщах - покрышках над залежами нефти и газа осложняется и даже становится невозможным из-за интенсивного (высокодебитного) и высоконапорного притока крепких рассолов из галогенно-карбонатной гидрогеологической формации. Для разведочных площадей Сибирской платформы катастрофические рассолопроявления с дебитами до 15000 м³ и АВПД характерны для галогенной (соленосной) формации в интервале глубин от 1,1 до 2,2-2,4 км. Продуктивные высокодебитные рассолоносные пласты характеризуются АВПД, по величине сопоставимым с горным давлением (коэффициент аномальности К_An~ до 2,65-2,70).

Известна общепринятая конструкция глубокой скважины, включающая комплект обсадных колонн - направление, кондуктор, техническая колонна с герметизирующим цементным кольцом. [А.И.Булатов, Л.Б.Измайлов, О.А.Лебедев. Проектирование конструкций скважин., М, Недра. 1979.] Недостатком указанной конструкции является невозможность управляемого вскрытия высокодебитных рассолоносных горизонтов с АВПД и последующего углубления скважины.

Известно основное правило проводки ствола глубокой скважины в глубоком бурении - бурение на репрессии, которое предполагает недопущение работы скважины на перелив в процессе углубления, что обеспечивает давление на забое, превышающее пластовое [А.И.Булатов, Л.Б.Измайлов, О.А.Лебедев. Проектирование конструкций скважин, М., Недра. 1979.]. Это правило проводки ствола справедливо и для высоконапорных пластов, т.е. пластов с АВПД. Например, известен способ вскрытия пластов с АВПД, состоящий в использовании для промывки ствола скважины специальных утяжеленных буровых растворов [Калинин А.Г., Левицкий А.З. Технология бурения разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. - М: Недра, 1988. - с 98-99. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. - М.: Недра, 1984. - 317 с.]. Утяжеление промывочной жидкости традиционно решается через введение в буровой раствор специальных реагентов, например - бромид кальция, смесь бромида кальция и бромида цинка, «МАГБАР». Для их приготовления необходимы дорогостоящие и дефицитные реагенты. Использование утяжелителей буровых растворов ведет к удорожанию бурения, при этом диапазон репрессии, создаваемой на высоконапорный рассолоносный горизонт, ограничен величиной 2.3-2.4. Особые проблемы вызывает бурение высокодебитных (2-7 тыс м³) рассолопроявляющих интервалов при бурении слоистой АВПД-толщи, где рассолопроявляющие высоконапорные горизонты чередуются с интервалами разреза, в которых пластовое давление сопоставимо с гидростатическим.

В ряде случаев глубокой скважиной вскрывается относительно небольшая по запасам рассолонасыщенная линза с АВПД. В таких случаях [Способы прогнозирования геолого-технических условий недр и борьба с рапопроявлениями при бурении скважин в соленосных толщах (на примере Западного Узбекистана) / И.В Кушниров, В.Н.Пашковский, С.А.Алехин и др. - М., 1985, - 65 с] рекомендуется произвести управляемую разрядку этой линзы, т е создать условия для фонтанирования, при которых напор (аномальное давление) в линзе упадет до значений, позволяющих продолжить бурение. Недостатком такого решения является возможный недоучет масштаба рассолопроявления, высокодебитной АВПД - залежи, который в ряде случаев может быть значительным, а фонтанирование скважины катастрофическим. Другим недостатком обсуждаемой конструкции прототипа, является вопрос утилизации больших объемов рассола при разрядке скважины. Жесткие современные требования охраны окружающей среды не позволяют складировать полученные при фонтанировании объемы рассола в поверхностных бассейнах, а подготовка емкостного парка суммарным объемом более 200 м³ на каждой поисково-разведочной скважине значительно удорожает стоимость работ.

Единственным приемлимым вариантом управляемой разрядки рассолонасыщенного горизонта (линзы), вскрытого глубокой скважиной, является захоронение полученных на поверхность при фонтанировании объемов рассолов в другую, предварительно построенную поглощающую (нагнетательную) скважину, в поглощающий пласт ниже кровли регионального водоупора. [Гаев А.Я. Подземное захоронение сточных вод на предприятиях газовой промышленности. М.: Недра, 1981, 168 с.. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков. М.: Недра, 1993, 335 с.]. Конструкция такой глубокой нагнетательной скважины предложена в а/с [М.Я.Малыхин, С.Д.Павлов, А.С.Твердовидов Способ контроля захоронения промышленных стоков. А/с 1162950, Опубл. 23.06.85. Бюлл. 23] и также включает комплект обсадных колонн - направление, кондуктор, техническая колонна с герметизирующим цементным кольцом.. Недостатком указанного устройства является удорожание геологоразведочного бурового цикла, за счет строительства двух скважин - сначала глубокой нагнетательной, а потом, собственно глубокой геологоразведочной.

Таким образом, общими недостатками известных конструкций глубокой скважины при бурении по высоконапорным рассолоносным горизонтам являются:

- невозможность углубления скважины по высоконапорным рассолоносным горизонтам на обычных промывочных жидкостях,

- невозможность создания репрессии на высоконапорный пласт за счет утяжелителей буровых растворов выше 2.3-2.4,

- невозможность дальнейшего бурения на перелив после вскрытия высокодебитного высоконапорного рассолоносного горизонта без предварительного бурения глубокой нагнетательной скважины.

Эта задача - глубокое бурение по высоконапорным рассолоносным горизонтам - является проблемной в геологоразведочном цикле поисково-разведочных работ на нефть и газ, на промышленные рассолы. Из просмотренных литературных источников нами не найдено устройства и технического решения данной задачи.

Указанные недостатки устраняются предлагаемой конструкцией, которая предусматривает техническую возможность объединения задач, решаемых глубокой разведочной и нагнетательной скважинами в единой конструкции (скважине), причем поглощающий интервал и перепускная система для закачки, нагнетания рассолов при внезапном рассолопроявлении формируется заранее, до бурения по потенциально опасным высокодебитным высоконапорным интервалам геологического разреза.

Отличием предлагаемой конструкции от известных конструкций глубоких скважин является то, что в конструкции скважины сформирована зона поглощения, изолированная относительно других водоносных горизонтов направлением и кондуктором, и перепускная система для обратной закачки рассола по межтрубному пространству между технической колонной и кондуктором за счет недоподьема цемента за технической колонной, соединяющая по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку внутреннее пространство технической колонны и зону поглощения, предварительно активизированную методом гидроразрыва пласта.

Таким образом, вскрытие и проходка бурением рассолонасыщенных высокодебитных АВПД - интервалов геологического разреза осадочного чехла платформенных отложений решается предлагаемой конструкцией глубокой скважины, с более высокой степенью защиты от спонтанных выбросов и фонтанирования рассола, чем в случае применения известной конструкции.

Предлагаемая конструкция объединяет в едином техническом решении геологоразведочную и нагнетательную скважины и позволяет произвести в процессе бурения управляемое вскрытие и проходку одного или нескольких рассолонасыщенных высокодебитных АВПД - интервалов геологического разреза «на управляемый перелив» с одновременным нагнетанием получаемых на поверхность объемов рассола в эту же скважину, но в другой, поглощающий интервал геологического разреза, ранее вскрытый этой скважиной. Ниже приводится конструктивная схема (фиг.1) и пример осуществления предлагаемого технического решения.

На фиг.1 изображена конструкция глубокой скважины для глубокого бурения геологического разреза с ожидаемыми высоконапорными горизонтами, опасными внезапными рассолопроявлениями и АВПД, одним или несколькими. Суть предлагаемой конструкции (технического решения) состоит в том, что в процессе строительства скважины (1) перед спуском технической обсадной колонны (2), крепящей ствол скважины до кровли предполагаемого высоконапорного высокодебитного рассолоносного пласта (3), в интервале поглощающего горизонта (4), расположенного непосредственно под региональной водоупорной толщей (5), методом гидравлического разрыва формируют зону поглощения (6), после чего осуществляют крепление ствола технической колонной (2) и обеспечивают связь сформированной зоны поглощения (6) через устьевую обвязку (10) с наземным насосным оборудованием (7) за счет недоподъема цементного раствора на 50-70 м до башмака предыдущей обсадной колонны (8), формируя перепускную систему для обратной закачки - нагнетания рассола по межтрубному пространству (техническая колонна - кондуктор) (9).

Конструкция (полезная модель) работает следующим образом: при вскрытии и дальнейшей проходке глубокой скважиной рассолопроявляющего горизонта с АВПД продуктивная рассолопроявляющая зона (3) работает на перелив через устьевую обвязку (10) в стандартную циркуляционную систему буровой установки (11), после чего рассолы наземным насосным оборудованием (7) закачивают по межтрубному пространству (9) (техническая колонна - кондуктор) в предварительно сформированную зону поглощения (6), обеспечивая тем самым экологическую и техническую безопасность проводимых буровых работ. В случае внезапного вскрытия бурением высоконапорного пласта (3), по внутреннему пространству технической колонны (2) перепускают его продукцию - рассол под давлением через устьевую обвязку (10) по межтрубному пространству (9) (техническая колонна - кондуктор) за счет собственной энергии продуктивного горизонта (разницы давлений) в предварительно сформированную зону поглощения (6).

Способ был успешно опробован на практике при строительстве скважин 3А, 3Б, 3В Знаменского месторождения промышленных рассолов. Иркутская область.

Предлагаемая конструкция глубокой скважины позволяет продолжить углубление, т.е. бурение на переливе на всю глубину потенциально опасного рассолопроявляющего высокодебитного АВПД горизонта, или пройти последовательно несколько таких интервалов геологического разреза. После того, как глубокая скважина вскроет потенциально-опасную часть геологического разреза на всю толщину, этот интервал обсаживается колонной. После цементажа заколонного пространства дальнейшее бурение подсолевых горизонтов с аномально-низким (0,8-0,9 от гидростатики) пластовым давлением производят на облегченных буровых растворах, на «равновесии».

Предлагаемая конструкция скважины позволяет также обеспечить возможность прямой работы продуктивного высокодебитного рассолоносного пласта с АВПД (коэффициент аномальности К_An~ до 2,65) в непредвиденной (аварийной) ситуации (выход из строя насосного оборудования, или отключение энергопитания насосов) через устьевую обвязку в поглощающий пласт, исключающая из схемы насосное оборудование, причем закачка флюида идет за счет собственной энергии продуктивного пласта (разницы давлений), при этом величина устьевого давления за счет энергии продуктивного пласта (трубное давление) в 1,5 раза превышает давление гидроразрыва поглощающего пласта и в 2,5-3 раза превышает устьевое давление принудительной закачки.

Конструкция глубокой скважины, включающая комплект обсадных колонн - направление, кондуктор, техническая колонна с герметизирующим цементным кольцом, отличающаяся тем, что в конструкции скважины сформированы зона поглощения, изолированная относительно других водоносных горизонтов направлением и кондуктором, и перепускная система для обратной закачки рассола по межтрубному пространству между технической колонной и кондуктором за счет недоподьема цемента за технической колонной, соединяющая по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку внутреннее пространство технической колонны и зону поглощения, предварительно активизированную методом гидроразрыва пласта.