Типы оборудования забоев скважин

Для того чтобы понять, что такое забой скважины, необходимо иметь общее представление о том, что представляет собой этот процесс и его составные части. Скважиной называется геологическая выработка, у которой длина гораздо больше ее диаметра. Она состоит из нескольких элементов, независимо от цели ее сооружения:

• устье - начало скважины;
• стенка - внутренняя цилиндрическая поверхность;
• ствол - все внутреннее пространство скважины;
• забой - дно скважины.

Схемы конструкций забоев при заканчивании скважин.

Кроме этих терминов, имеются еще несколько технических понятий, которые объясняют рассматриваемую конструкцию и ее оборудование, необходимых для понимания вопроса - что такое конструкции забоев скважин.

Дело в том, что при бурении пролет проходит множество различных пластов. Это могут быть пласты, которые необходимо укреплять, от которых ствол скважины необходимо изолировать или, наоборот, содержимое слоя должно попасть непосредственно в скважину. Поэтому различные участки бурения имеют свою конструкцию и свое наименование. В общем случае скважина может состоять из таких элементов, как:

1. Направление - начальная часть устья, состоящая из рыхлых или легко размываемых пород. Для укрепления направления бурят скважину большого диаметра до необходимой глубины, на которой залегают более твердые породы. Как правило, эта глубина составляет 4-8 метров. В отверстие помещают трубу соответствующих размеров, а промежуток между трубой и породой бетонируют.
2. Кондуктор - участок скважины, следующий за "направлением". Он укрепляется обсадной трубой, состоящей из скрученных между собою труб, количество которых зависит от глубины бурения. Пространство между кондуктором и породой заливается цементным раствором.
3. Промежуточная колонна - участок, проходящий направление, кондуктор и следующий глубже, для того чтобы перекрыть трудные или слабые пласты породы и продуктивные слои, не планирующиеся к разработке. В случае большой глубины скважины таких колонн может быть несколько. Они также цементируются для надежной изоляции.
4. Эксплуатационная колонна - участок бурения от ее дна до устья. Именно по этому участку транспортируется добываемый материал. Эксплуатационная колонна также подвергается цементированию.
5. Забой - последняя часть скважины, служащая для извлечения продукта из пластов. Сам продуктивный пласт имеет кровлю, верхнюю границу и подошву - нижнюю границу.

Конструкция артезианской скважины.

Конструкция забоя скважины - один из важнейших элементов бурения. Его конструкция разрабатывается для обеспечения таких функций скважины, как:

• механическая прочность продуктивного пласта, обеспечивающая возможность погружения необходимого оборудования, в зависимости от назначения скважины;
• хорошая гидравлическая проницаемость конструкции призабойной части;
• возможность дополнительного доступа к другим продуктивным слоям, которые не планировалось разрабатывать первоначально или их надежная изоляция;
• раздельное воздействие на различные прилегающие слои или отдельные части продуктивного горизонта;
• возможность проведения дренажа всего продуктивного слоя.

Вследствие различий условий разработки, забойная часть бурения может иметь один из нескольких конструктивных типов:

• открытый забой;
• забой, перекрытый хвостовиком эксплуатационной колонны, перфорированный предварительно;
• забой с фильтром;
• перфорированный забой.

Открытый забой

Открытый забой обустраивается таким образом, что эксплуатационная колонна доводится до начала разрабатываемого горизонта и в таком состоянии укрепляется раствором цемента. После этого пласт вскрывают инструментом меньшего диаметра, оставляя ствол отверстия открытым.

Схема заканчивания скважины открытым забоем.

Подобная конструкция забоя возможна только в случае, если:

• известно точное расположение границ разрабатываемого горизонта;
• толщина горизонта небольшая;
• пласт состоит из пород, устойчивых против обрушения;
• пласт однороден и не содержит глинистых структур, подверженных обрушению вследствие разбухания;
• в процессе разработки необходимость в воздействии на отдельные пропластки отсутствует.

Важно! Открытый забой характеризуется самой высокой гидродинамической эффективностью относительно других конструкций и по коэффициенту гидродинамического сопротивления принимается за единицу.

Коэффициент гидродинамического сопротивления скважин других типов измеряется относительно бурения с открытым забоем.

Недостатком такой конструкции считается отсутствие возможности разработки отдельных участков пласта или раздельное воздействие на них и возможность обвалов пластов при откачке в результате уменьшения давления внутри пласта. Из-за этих недостатков скважины с открытым забоем используются редко, и их количество составляет не более пяти процентов от всех разрабатываемых скважин.

Забой, перекрытый перфорированным хвостовиком эксплуатационной колонны

Схема скважины с песчаной пробкой на забое.

В случае использования этого типа конструкции забоя, скважина опускается до подошвы разрабатываемого слоя и укрепляется эксплуатационной колонной с просверленной перфорацией, находящейся по всей высоте продуктивного слоя. После этого она цементируется до начала продуктивного пласта, а перфорированная часть остается открытой.

Этот тип забоя используется на тех же условиях, что и открытый тип забоя, но лишен недостатков в виде обрушения пород, уменьшающих рабочий диаметр скважины.

Забой с фильтром

При строительстве забоя с фильтром обсадная колонна устанавливается до верхней границы разрабатываемого пласта и заливается раствором цемента. По ней в пласт опускается фильтр, имеющий небольшие щелевидные или круглые отверстия.

Промежуток между фильтром и трубой перекрывается сальником. Фильтры могут иметь различную конструкцию. Наибольшее применение получили фильтры со щелевидными отверстиями, кольцевые фильтры, гравийные и металлокерамические фильтры.

Схема устройства скважины и фильтра.

1. Кольцевые фильтры состоят из колец, надетых на трубу с перфорацией. Между кольцами с помощью ленты определенной толщины создается необходимый зазор, позволяющий производить требуемую фильтрацию.
2. Гравийный фильтр представляет собой две концентрические трубы с перфорацией, между которыми находится слой гравия с фракциями 5-6 миллиметров, являющийся фильтрующим элементом.
3. Металлокерамические фильтры представляют собой кольца из спекаемой под высоким давлением керамической дроби, надеваемые на трубу с перфорацией.
4. Наибольшую эффективность имеют металлокерамические фильтры, вследствие небольшого гидродинамического сопротивления и хорошей степени очистки.

Забои с фильтром служат для фильтрации от добываемого продукта песчаных примесей при разработке горизонтов с возможным образованием песчаных пробок. Забои с фильтром не имеют особого распространения в практике бурения.

Перфорированный забой

Перфорированный забой строится следующим образом. Отверстие бурится до необходимой отметки и до установки обсадной трубы исследуется с помощью специальных геофизических средств. В результате исследования с большой точностью определяются отметки продуктивных и водоносных слоев и намечаются объекты для эксплуатации.

Скважинный фильтр.

После опускания обсадной трубы производится ее цементирование от забоя до необходимой отметки и перфорирование в районе продуктивного пласта.

Бурение с перфорированным забоем получили самое широкое распространение благодаря своим преимуществам:

• простота строительства скважины и проведения геологических исследований;
• хорошая изоляция пропластов;
• последующая возможность разработки пропущенных или отложенных продуктивных пластов;
• возможность применения различных способов воздействия на слои, прилегающие к продуктивному пласту;
• сохранение рабочего сечения скважины в течение долгого времени.

Важно! В том случае если продуктивный слой содержит не цементированные песчаные слои, применяется установка фильтрующего элемента в зоне разработки.

При этом возрастает гидродинамическое сопротивление. Но даже без фильтра перфорированный забой имеет гораздо большее сопротивление в сравнении с открытым забоем.

Типовое оборудование скважины.

Иногда в практике бурения требуется создание многоствольных или многозабойных скважин. Как правило, бурения подобного типа используются в геологоразведке с целью снижения затрат или более тщательного изучения уже разведанного месторождения. Многоствольными называются скважины, имеющие ответвление от основного ствола до входа в продуктивный слой.

Многозабойные отверстия имеют разветвление в пределах продуктивного пласта. Для создания пролетов такого типа используется искусственный забой, который сооружается ниже места предполагаемого ответвления от основного ствола и перекрывает его. Искусственный забой используется и при раздельной добыче из разных продуктивных пластов одной скважины.

Как правило, есть два основных способа создания искусственного забоя. Это установка специальных пробок, перекрывающих диаметр скважины и заполнение отверстия вяжущими или инертными материалами. Преимущество второго способа заключается в том, что он подходит для бурения любого возраста и любой степени разработанности, так как со временем диаметр может измениться. Механическая установка пробки подходит только для новых скважин.

Таким образом, различные конструкции забоев выбираются в зависимости от назначения бурения, от характеристики пород, имеющихся в продуктивном пласте, наличия или отсутствия напорных горизонтов и расстояния до них и множества других факторов, влияние которых зачастую определяется расчетным путем.