Забой скважины

Забой - это нижняя часть скважины, вскрывающая продуктивный пласт.
Она служит для извлечения необходимого ресурса из недр земли.

Разработаны и эксплуатируются различные конструкции забоев для осложненных и неосложненных условий.
Наиболее распространенная из них - конструкция забоя с цементированной эксплуатационной колонной, перфорируемой в интервале продуктивного пласта.
Простота технологии ее создания привела к тому, что практически повсеместно она является основой проектирования конструкции всей скважины.

Требования к забою скважины:

• обеспечение механической прочности призабойной зоны без ее разрушения;
• возможность избирательного воздействия на различные части вскрытой части продуктивного пласта за счет направленного вторичного вскрытия или за счет гидродинамических / физико-химических обработок;
• максимально возможный коэффициент гидродинамического совершенства скважины.

Конструкции забоя скважины включает оборудование забоя и призабойной зоны, обеспечивающее связь с пластом, при котором:

• скважина работает с максимальным дебитом, 
• призабойная зона пласта без разрушения позволяет работать длительное время без ремонта ППР.

Параметры конструкции забоя:

• наружный и внутренний диаметр, 
• типа фильтра, 
• характер сообщения ствола скважины с продуктивным пластом,
• элементы крепи скважины в интервале продуктивного пласта.

Конструкция забоя должна обеспечивать:

• устойчивость ствола, 
• разобщение пластов, 
• проведение технико-технологических воздействий на пласт, 
• выполнение ремонтно-изоляционных и геофизических работ, 
• длительную эксплуатацию скважин при оптимальном дебите.

Классификация типовых конструкций забоев скважин

• скважина с перфорированным забоем;
• скважина с забойным хвостовиком;
• скважина с забойным фильтром;
• скважина с открытым забоем.

Скважины с перфорированным забоем - наиболее распространены из-за преимуществ:

• надежная изоляция пройденных горных пород;
• возможность дополнительного вскрытия перфорацией временно законсервированных нефтенасыщенных интервалов в разрезе скважины;
• простота поинтервального воздействия на призабойную зону в случае ее сложного строения;
• упрощение технологии бурения, т.к. бурение под эксплуатационную колонну ведется долотом одного размера до проектной отметки.

Скважины с забойным фильтром

• предназначены для слабосцементированных (рыхлых) коллекторов;
• до кровли продуктивного горизонта скважина бурится с диаметром, соответствующим Ø эксплуатационной колонны;
• затем в скважину спускаются обсадные трубы и производится цементирование;
• продуктивный горизонт разбуривается долотом меньшего Ø до подошвы;
• перекрытие продуктивного горизонта осуществляется фильтром, закрепляемым в нижней части обсадной колонны на специальном сальнике. Фильтр предназначен для предотвращения поступления песка в скважину. 

Скважины с открытым забоем

• предназначены для однородных устойчивых коллекторов;
• нижняя часть скважины (до кровли продуктивного горизонта) не отличается для скважин с забойным фильтром;
• продуктивный горизонт разбуривается также долотом меньшего Ø до подошвы; при этом ствол скважины против продуктивного пласта остается открытым. Конструкция обладает наилучшим гидродинамическим совершенством, но имеет ограниченное распространение в силу ряда недостатков, основными из которых являются:
• ограниченность или даже невозможность эксплуатации продуктивных горизонтов сложного строения;
• небольшая толщина продуктивного горизонта;
• невозможность эксплуатации скважины с достаточно большими депрессиями вследствие разрушения продуктивного горизонта (обвалы призабойной зоны ствола).

Открытый забой

Тип коллектора:

• однородный прочный;
• поровый, трещинный, трещинно-поровый или порово-трещинный

Устойчивость породы в ПЗП определяют для следующих случаев:

• из пласта извлекается жидкость или газ;
• жидкость нагнетается в пласт;
• движение жидкости отсутствует.

Значения коэффициента Пуассона ν для основных горных пород

Горная порода	Значение коэффициента Пуассона
Глины пластичные	0,41
Глины плотные	0,30
Известняки	0,31
Песчаники	0,30
Песчаные и глинистые сланцы	0,25

При устойчивом и неустойчивом коллекторе, если grad р_пл > 0,1 МПа/10 м, а коллектор имеет поровую проницаемость к_п > 0,1 мкм², применяют конструкцию открытого забоя.

В случае заканчивания скважины при grad р_пл > 0,1 МПа/10 м, к_п > 0,1 мкм² или к_т > 0,01 мкм² вскрытие продуктивного объекта осуществляют совместно с вышележащими отложениями, до забоя спускают эксплуатационную колонну, оборудованную в нижней части фильтром, и скважину цементируют с подъемом тампонажного раствора от кровли продуктивного пласта, для чего используют пакеры типа ПДМ.

При аномально низком пластовом давлении (grad р_пл < 0,1 МПа/10 м) независимо от проницаемости пород продуктивного объекта:

• при устойчивом коллекторе применяют нижеуказанную конструкцию забоя,

• при неустойчивом коллекторе - конструкцию забоя - ниже:

При создании конструкции такого забоя с неустойчивым коллектором:

• до кровли продуктивного пласта спускают и цементируют эксплуатационную колонну, 
• вскрытие объекта проводят с учетом пластового давления, поровой и трещинной проницаемости коллектора,
• при grad р_пл < 0,1 МПа/10 м, к_п < 0,1 мкм² или к_т < 0,01 мкм² применяют специальные буровые растворы на нефтяной основе, пены и др,
• неустойчивый порово-трещинный коллектор перекрывается хвостовиком-фильтром,
  
• если кровля продуктивного объекта сложена из неустойчивых пород и не перекрыта эксплуатационной колонной, при установке хвостовика-фильтра используют заколонные пакеры, которые располагают в неперфорированной части около кровли продуктивного горизонта и в башмаке эксплуатационной колонны с целью предупредить обрушение стенок скважины и зашламление открытого ствола
  
• перед вызовом притока в случае необходимости выполняют обработку ПЗП (солянокислотная обработка, гидроразрыв пласта и т.д.).

При создании конструкции такого забоя с устойчивым коллектором технология идентична, но не нужно  коллектор перекрывать хвостовиком.  

Забой смешанного типа

Конструкции забоя этого типа используют в однородном коллекторе порового, трещинного, трещинно-порового или порово-трещинного типа; при наличии близко расположенных напорных горизонтов или газовой шапки около кровли пласта, а также при низких значениях поровой или трещинной проницаемости пород (соответственно к_п < 0,01 мкм² или к_т < 0,01 мкм²); если коллектор сложен из прочных пород, сохраняющих устойчивость при создании депрессии на пласт во время эксплуатации скважины, а также при раздельном способе эксплуатации продуктивных объектов.

Выбор конструкции забоя смешанного типа предусматривает соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта с учетом его физико-механических свойств; оценку устойчивости пород ПЗП. При устойчивом коллекторе применяют конструкцию забоя , при неустойчивом - конструкцию .

Технологии создания конструкций изображенных забоев аналогичны:

• скважину бурят до проектной глубины со вскрытием всей мощности продуктивного объекта;
• эксплуатационную колонну спускают до глубины, обеспечивающей перекрытие и изоляцию близко расположенных около кровли пласта напорных объектов, газовой шапки или верхней неустойчивой части продуктивных отложений;
• после цементирования колонны ее перфорируют в интервале высокопродуктивной части объекта, а перед вызовом притока в случае необходимости осуществляют обработку ПЗП;
• забой, представленный неустойчивыми коллекторами трещинного или порово-трещинного типа, перекрывают потайной колонной-фильтром.

Закрытый забой

Конструкции с таким забоем применяют для крепления неоднородных коллекторов с целью изолировать близко расположенные пласты в неоднородном коллекторе порового, трещинного, трещинно-порового или порово-трещинного типа, в котором отмечается чередование устойчивых и неустойчивых пород, водо- и газосодержащих пропластков с разными пластовыми давлениями, в случае если коллектор характеризуется высокими значениями поровой или трещинной проницаемости пород (к_п > 0,1 мкм² или к_т > 0,01 мкм²), а также для обеспечения совместной, раздельной или совместно-раздельной эксплуатации объектов.

При выборе конструкции закрытого забоя устанавливают соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта общепринятым положениям.

Расчет основных элементов конструкции закрытого забоя проводят в соответствии с действующими руководящими документами. 

При заканчивании скважины с конструкцией забоя, продуктивный объект вскрывают совместно с вышележащими отложениями с использованием бурового раствора, не ухудшающего коллекторских свойств пласта, до забоя спускают эксплуатационную колонну, скважину цементируют, а гидродинамическую связь с пластом осуществляют, применяя кумулятивную, пулевую или гидропескоструйную перфорацию.

Конструкции забоя для предотвращения выноса песка

Эту конструкцию забоев применяют для предотвращения выноса песка в слабосцементированном коллекторе, представленном мелко-, средне- и крупнозернистыми песчаниками и характеризующемся разрушением призабойной зоны пласта и выносом песка при эксплуатации скважины, а также при раздельном способе эксплуатации продуктивных объектов.

Применяют проницаемый полимерный тампонажный состав . 

Материал включает состав ТС-10, уротропин, наполнитель ШРС-С, получаемый при совместном помоле шлака, руды и соли (хлористого натрия), и водный раствор едкого натра. 

Начальная прочность материала при сжатии не ниже 6 МПа, а после вымывания из него соли 3,5 - 5,0 МПа; соответственно начальная проницаемость камня 0,12 - 0,20 мкм², после вымывания 1-5 мкм². 

Вымывание солевого наполнителя осуществляют при прокачивании через искусственный фильтр водных растворов ПАВ с концентрацией 0,5-1,0% из расчета 1-2 м³ на 1 м интервала перфорации. Материал устойчив к воздействию кислот и не разрушается при температурах до 200°С.

Выбор конструкции забоя для предотвращения выноса песка предусматривает соответствие условий залегания и эксплуатации продуктивного объекта; при этом определяют средний фракционный состав пластового песка. В скважинах со средне- и крупнозернистыми песчаниками используют конструкцию забоя, показанную на рисунке выше.

Конструкция забоя, изображенная на рисунке выше, включает зацементированную эксплуатационную колонну и забойный фильтр (щелевой, с проволочной обмоткой, металлокерамический, титановый), установленный в интервале перфорации.

В скважинах с мелкозернистым песчаником применяют только конструкцию забоя на рисунке справа, которую можно использовать в скважинах со средне- и крупнозернистыми песчаниками.

Конструкция забоя на рисунке справа отличается от предыдущей тем, что забойный фильтр не устанавливают, а вынос песка предотвращают путем создания в перфорационных каналах искусственного фильтра из проницаемого тампонажного материала. 

Для этого после перфорации колонны осуществляют вызов притока, отрабатывают скважину в течение 1-5 суток, проверяют приемистость пласта и закачивают на поглощение тампонажный состав. 

Предельно допустимая депрессия на пласт после крепления призабойной зоны тампонажным составомне должна превышать 3 МПа.