RU88052U1

RU88052U1 - DEEP WELL CONSTRUCTION

Info

Publication number: RU88052U1
Application number: RU2008145732/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Гелиевич Вахромеев
Original assignee: Андрей Гелиевич Вахромеев
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2009-10-27

Abstract

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.The design of a deep well, including a set of casing strings — direction, conductor, technical string with a sealing cement ring, characterized in that an absorption zone is formed in the structure of the well, insulated by direction and conductor relative to other aquifers, and an overflow system for re-injection of brine through the annulus between the technical column and the conductor due to the lack of cement behind the technical column, connecting according to the principle of "communicating vessels" through wellhead piping the inner space of the technical column and the absorption zone, previously activated by hydraulic fracturing.

Description

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).The utility model relates to the construction of deep exploration wells for exploration work in deep horizons, including oil, gas, industrial brines, in particular, to the construction of deep wells, providing a deep drilling process at intervals of the geological section, which are characterized by high heads - abnormally high reservoir pressures (AVPD) - and high rates of brine overflow. The experience of exploration of subsalt oil and gas deposits in platform conditions, for example, in the Irkutsk region shows that drilling prospecting and exploration wells in powerful salt strata - tires over oil and gas deposits is complicated and even becomes impossible due to the intensive (high-flow) and high-pressure influx of strong brines from a halogen-carbonate hydrogeological formation. For the exploration areas of the Siberian Platform, catastrophic salt occurrences with flow rates of up to 15,000 m ³ and ARPD are characteristic of a halogen (saline) formation in the depth range from 1.1 to 2.2-2.4 km. Productive high-yield brine-bearing strata are characterized by high-pressure air flow, comparable in magnitude with rock pressure (anomaly coefficient K _An ~ up to 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.The generally accepted design of a deep well is known, including a set of casing strings — direction, conductor, technical string with a sealing cement ring. [A.I. Bulatov, LB Izmaylov, O.A. Lebedev. Design of well designs., M, Subsoil. 1979.] The disadvantage of this design is the impossibility of a controlled opening of high-yield brine horizons with the pressure drop and the subsequent deepening of the well.

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.The basic rule for guiding a borehole of a deep well in deep drilling is known - repression drilling, which involves preventing the well from operating overflow in the deepening process, which ensures downhole pressure that exceeds the reservoir [A.I. Bulatov, L.B. Izmaylov, O.A . Lebedev. Design of well structures, M., Nedra. 1979.]. This rule of trunking is also valid for high-pressure formations, i.e. reservoirs with AVPD. For example, there is a known method of opening reservoirs with AVPD, which consists in using special weighted drilling fluids for washing a wellbore [Kalinin A.G., Levitsky A.Z. Technology for drilling exploratory wells for liquid and gaseous minerals. - M: Nedra, 1988 .-- from 98-99. Bulatov A.I., Penkov A.I., Proselkov Yu.M. Guide to flushing wells. - M .: Nedra, 1984. - 317 p.]. The weighting of the flushing fluid is traditionally solved by introducing special reagents into the drilling fluid, for example, calcium bromide, a mixture of calcium bromide and zinc bromide, “MAGBAR”. Their preparation requires expensive and scarce reagents. The use of drilling fluid weighting agents leads to a rise in the cost of drilling, while the range of repression created by the high-pressure brine horizon is limited to 2.3–2.4. Particular problems are caused by the drilling of highly debit (2-7 thousand m ³ ) brine-producing intervals during drilling of the layered AVPD stratum, where brine-producing high-pressure horizons alternate with section intervals in which reservoir pressure is comparable with hydrostatic.

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.In a number of cases, a relatively small brine-saturated lens with AVPD is opened by a deep well. In such cases [Methods for predicting the geological and technical conditions of the subsurface and the fight against rock occurrences when drilling wells in saline strata (as exemplified by Western Uzbekistan) / I.V Kushnirov, V.N. Pashkovsky, S.A. Alekhin and others - M. , 1985, - 65 s] it is recommended to carry out controlled discharge of this lens, ie to create conditions for flowing, under which the pressure (abnormal pressure) in the lens will drop to values that allow further drilling. The disadvantage of this solution is the possible underestimation of the scale of brine occurrence, a high-yield AHP - a deposit, which in some cases can be significant, and well flowing catastrophic. Another disadvantage of the discussed design of the prototype is the issue of disposal of large volumes of brine during the discharge of the well. Rigid modern environmental protection requirements do not allow storing the volumes of brine obtained during gushing in surface pools, and the preparation of a tank farm with a total volume of more than 200 m ³ at each exploration well significantly increases the cost of the work.

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.The only acceptable option for the controlled discharge of a brine horizon (lens), opened by a deep well, is the burial of brines received on the surface in another, pre-built absorption (injection) well, into the absorption layer below the roof of the regional confinement. [Gaev A.Ya. Underground wastewater disposal at gas industry enterprises. M .: Nedra, 1981, 168 pp. Hydrogeological studies to justify the underground burial of industrial effluents. M .: Nedra, 1993, 335 pp.]. The design of such a deep injection well was proposed in a / s [M.Ya. Malykhin, SD Pavlov, AS Tverdovidov Method for controlling the disposal of industrial effluents. A / s 1162950, Publ. 06/23/85. Bull. No. 23] and also includes a set of casing strings - direction, conductor, technical string with a sealing cement ring .. The disadvantage of this device is the cost of exploration drilling cycle, due to the construction of two wells - first deep injection, and then, actually deep exploration.

Таким образом, общими недостатками известных конструкций глубокой скважины при бурении по высоконапорным рассолоносным горизонтам являются:Thus, the common disadvantages of the known structures of a deep well while drilling along high-pressure brine horizons are:

- невозможность углубления скважины по высоконапорным рассолоносным горизонтам на обычных промывочных жидкостях,- the impossibility of deepening the well along high-pressure brine horizons on conventional flushing fluids,

- невозможность создания репрессии на высоконапорный пласт за счет утяжелителей буровых растворов выше 2.3-2.4,- the inability to create repression on the high-pressure formation due to the weighting of drilling fluids above 2.3-2.4,

- невозможность дальнейшего бурения на перелив после вскрытия высокодебитного высоконапорного рассолоносного горизонта без предварительного бурения глубокой нагнетательной скважины.- the impossibility of further drilling for overflow after opening a high flow rate high-pressure brine horizon without first drilling a deep injection well.

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.This task - deep drilling along high-pressure brine-bearing horizons - is a problem in the exploration cycle of exploration for oil and gas, industrial brines. From the reviewed literature we have not found a device and a technical solution to this problem.

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.These shortcomings are eliminated by the proposed design, which provides the technical feasibility of combining the tasks solved by deep exploration and injection wells in a single design (well), and the absorbing interval and the bypass system for injection, injection of brines during sudden brine occurrence is formed in advance, before drilling for potentially dangerous high-flow rate high-pressure intervals of the geological section.

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.The difference between the proposed design and the well-known designs of deep wells is that an absorption zone is formed in the well structure, isolated from the other aquifers by the direction and the conductor, and a bypass system for the re-injection of brine through the annulus between the technical column and the conductor due to the under-lifting of cement behind the technical column connecting on the principle of "communicating vessels" through the wellhead harness the inner space of the technical column and the zone is absorbed I pre-activated by hydraulic fracturing.

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.Thus, drilling and penetration of brine-saturated, high-yield AHPD - intervals of the geological section of the sedimentary cover of platform sediments, is solved by the proposed design of a deep well, with a higher degree of protection against spontaneous emissions and gushing of the brine than in the case of using the known design.

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.The proposed design combines exploration and injection wells in a single technical solution and allows for the production of controlled opening and sinking of one or several brine-rich high-yield AHPs - intervals of a geological section “for controlled overflow” with simultaneous injection of brine volumes obtained to the surface into the same well, but in another, the absorbing interval of the geological section, previously uncovered by this well. The following is a structural diagram (figure 1) and an example implementation of the proposed technical solution.

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).Figure 1 shows the construction of a deep well for deep drilling of a geological section with the expected high-pressure horizons, dangerous sudden brine occurrences and AVPD, one or more. The essence of the proposed design (technical solution) is that during the construction of the well (1) before the launch of the technical casing (2), securing the wellbore to the roof of the proposed high-pressure high-rate brine formation (3), in the interval of the absorbing horizon (4), located directly beneath the regional water-resistant stratum (5), the absorption zone (6) is formed by hydraulic fracturing, after which the barrel is fastened with a technical column (2) and the connection formed absorption (6) through wellhead piping (10) with ground-based pumping equipment (7) due to under-raising of cement mortar 50-70 m to the shoe of the previous casing (8), forming a bypass system for reverse injection - injection of brine through the annulus ( technical column - conductor) (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).The design (utility model) works as follows: when opening and further penetrating a deep well with a brine-developing horizon with an AAPD, a productive brine-developing zone (3) works by overflowing through the wellhead harness (10) into the standard circulation system of the drilling rig (11), after which the brines are pumped by a surface pumping station equipment (7) is pumped through the annulus (9) (technical column - conductor) into a preformed absorption zone (6), thereby ensuring environmental and technical safety Drilling conducted. In the event of a sudden opening of a high-pressure formation (3) by drilling, the products are passed through the internal space of the technical column (2) - brine under pressure through the wellhead piping (10) along the annulus (9) (technical column - conductor) due to the self-energy of the productive horizon (pressure difference) to a preformed absorption zone (6).

Способ был успешно опробован на практике при строительстве скважин 3А, 3Б, 3В Знаменского месторождения промышленных рассолов. Иркутская область.The method was successfully tested in practice during the construction of wells 3A, 3B, 3B of the Znamensky field of industrial brines. Irkutsk region.

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».The proposed design of a deep well allows you to continue deepening, i.e. drilling at the overflow to the entire depth of a potentially dangerous brine-producing highly debit AVPD horizon, or go through several such intervals of a geological section in sequence. After a deep well reveals a potentially dangerous part of the geological section for the entire thickness, this interval is cased by a column. After cementing the annulus, further drilling of subsalt horizons with anomalously low (0.8-0.9 of hydrostatic) reservoir pressure is carried out on lightweight drilling fluids, at “equilibrium”.

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.The proposed well design also makes it possible to provide direct operation of a productive high-yield brine formation with AHP (anomaly coefficient K _An ~ up to 2.65) in an unforeseen (emergency) situation (failure of pumping equipment, or shutdown of pump power supply) through wellhead piping to an absorbing formation excluding pumping equipment from the scheme, moreover, the fluid is injected due to the self-energy of the reservoir (pressure difference), while the wellhead pressure due to energy p oduktivnogo reservoir (tubing pressure) is 1.5 times the fracture pressure of the absorbent layer and is 2.5-3 times the forced injection wellhead pressure.

Claims

The design of a deep well, including a set of casing strings — direction, conductor, technical string with a sealing cement ring, characterized in that an absorption zone is formed in the structure of the well, insulated by direction and conductor relative to other aquifers, and an overflow system for re-injection of brine through the annulus between the technical column and the conductor due to the lack of cement behind the technical column, connecting on the principle of "communicating vessels" through wellhead piping the inner space of the technical column and the absorption zone, previously activated by hydraulic fracturing.