У підручнику коротко викладені основи фізики нафтогазового пласта та первинного розкриття продуктивних горизонтів під час буріння свердловин. Розглянуті задачі і методи випробування продуктивних горизонтів під час буріння свердловин. Розглянуті задачі і методи випробування продуктивних горизонтів у відкритому стовбурі та після їх розмежування. Описані принципи і порядок проектування конструкції свердловин, методики розрахунку міцнісних характеристик обсадних труб та обсадних колон для нафтових і газових свердловин. ЗМІСТ Вступ........................................................................................................................3 1. Колекторські властивості гірських порід....................................................... 5 1.1. Гранулометричний склад порід................................................................... 5 1.2. Пористість і тріщинуватість гірських порід............................................... 9 1.3. Проникність гірських порід .........................................................................11 1.4. Питома поверхня порід.................................................................................14 1.5. Фактори, що впливають на колекторські властивості гірських порід.....16 2. Фізичні властивості природних газів, нафти і води......................................20 2.1. Склад і властивості природних газів і нафти..............................................20 2.2. Стан і властивості води у колекторах..........................................................24 2.3. Молекулярно-поверхневі явища в пористому середовищі.......................26 2.4. Загальноприйняті поняття про гірничогеологічні умови залягання нафтових і газових покладів................................................................................30 3. Первинне розкриття продуктивних пластів.................................................33 3.1. Причини забруднення привибійної зони пласта в процесі буріння........33 3.2. Фактори, які спричинюють забруднення привибійної зони пласта........36 3.3. Вплив складу порід колектора на проникність привибійної зони...........39 3.4. Вплив твердої фази промивальної рідини на проникність колектора.....41 3.5. Кількісна оцінка впливу промивальної рідини на забруднення колектора...............................................................................................................42 3.6. Вимоги до промивальної рідини для розкриття продуктивного пласта.....................................................................................................................45 3.7. Методи запобігання забрудненню пристовбурної зони пласта...............48 3.7.1. Застосування спеціальних промивальних рідин.....................................48 3.7.2. Застосування поверхнево-активних речовин..........................................49 3.8. Вибір конструкції привибійної зони свердловини....................................53 3.8.1. Типові конструкції привибійної зони свердловини...............................53 3.8.2. Принципи вибору конструкції привибійної зони свердловини............58 3.8.3. Кріплення привибійної зони продуктивного пласта, складеного нестійкими породами........................................................................60 3.9. Особливості розкриття об'єктів з аномальними пластовими тисками ....62 3.9.1. Розкриття продуктивних пластів з аномально низьким пластовим тиском....................................................................................................................62 3.9.2. Розкриття продуктивних пластів з аномально високим пластовим тиском.....................................................................................................................68 3.9.3. Противикидне обладнання устя свердловини.........................................72 4. Випробування пластів у процесі буріння.......................................................74 4.1. Задачі і суть випробування...........................................................................74 4.2. Випробування пластів з допомогою пластовипробувача..........................77 4.3. Підготовчі роботи до випробування............................................................82 4.4. Обладнання устя свердловини при випробуванні пласта.........................85 4.5. Режим випробування пласта з допомогою пластовипробувача...............86 4.6. Попередня обробка діаграми тиску.............................................................88 5. Конструкція свердловини................................................................................91 5.1. Мета і способи кріплення свердловин.........................................................91 5.2. Поняття про конструкцію свердловини та її елементи..............................92 5.3. Фактори, що впливають на конструкцію свердловини.............................96 5.4. Принцип проектування конструкції свердловини.....................................98 5.5. Послідовність проектування конструкції свердловини...........................103 5.5.1. Аналіз промислових даних і розрахунок величин К< К> К< К Ро .................................................................................................104 5.5.2. Побудова суміщеного графіка індексів тисків та виділення зон з несумісними умовами буріння .................................................................105 5.5.3. Вибір видів обсадних колон та уточнення інтервалів їх установки.......................................................................................105 5.5.4. Проектування інтервалів цементування обсадних колон....................106 5.5.5. Проектування діаметра експлуатаційної колони..................................106 5.5.6. Проектування діаметрів доліт, проміжних колон і кондуктора..........107 5.5.7. Проектування діаметра експлуатаційної колони газової свердловини........................................................................................................108 5.5.8. Особливості конструкцій свердловин в районах вічної мерзлоти......112 6. Обсадні труби та їх з'єднання.......................................................................114 6.1. Обсалні труби .............................................................................................114 6.2. З'єднання обсадних труб............................................................................118 6.3. Розрахунок труб на розрив від внутрішнього тиску................................125 6.4. Розрахунок круглих труб на зім'яття за умов дії зовнішнього тиску.....126 6.5. Розрахунок овальних труб на зім'яття за умов дії зовнішнього тиску...128 6.6. Розрахунок обсадних труб та їх з'єднань на осьовий розтяг...................138 6.7. Розрахунок обсадних труб на двовісне навантаження............................145 6.8. Вплив оточуючого масиву на несучу здатність труб...............................149 6.9. Герметичність різьбових з'єднань обсадних труб....................................150 7. Проектування конструкції обсадних колон.................................................154 7.1. Умови роботи обсадних колон...................................................................154 7.2. Розрахунок експлуатаційної колони на зім'яття за умов дії зовнішнього надлишкового тиску............................................................................................157 7.3. Розрахунок експлуатаційної колони на розрив від дії внутрішнього надлишкового тиску...................................................................161 7.4. Розрахунок експлуатаційної колони на міцність у разі осьового розтягу..................................................................................................164 7.4.1. Свердловина вертикальна.......................................................................164 7.4.2. Свердловина похило-спрямована...........................................................166 7.5. Порядок проектування обсадної колони...................................................167 7.6. Розрахунок натягу експлуатаційної колони в процесі обв'язки устя.....169 7.7. Розрахунок проміжних колон і кондукторів.............................................172 7.8. Кріплення свердловин у сольових відкладах...........................................180 7.9. Кріплення свердловин у вічномерзлих породах.......................................182 7.10. Корозійний захист обсадних колон..........................................................184 8. Спуск обсадних колон у свердловину..........................................................190 8.1. Підготовка свердловини і обладнання до спуску обсадної колони........190 8.2. Підготовка обсадних труб до спуску.........................................................193 8.3. З'єднання обсадних труб в колону.............................................................196 8.4. Розрахунок допустимої швидкості спуску обсадної колони...................202 9. Тампонажні матеріали....................................................................................206 9.1. Призначення, умови застосування та вимоги до тампонажних матеріалів.............................................................................................................206 9.2. Класифікація тампонажних цементів........................................................207 9.3. Портландцемент..........................................................................................209 9.4. Фізико-хімічні основи процесу затвердіння портландцементних суспензій..............................................................................................................212 9.4.1. Гідратація силікатних мінералів портландцементу.............................213 9.4.2. Гідратація алюмінатних і алюмоферитних мінералів портландцементу.................................................................................................213 9.4.3. Процес структуроутворення....................................................................215 9.5. Основні властивості цементного порошку, розчину і каменю...............217 9.5.1. Фізичні властивості цементного порошку.............................................217 9.5.2. Властивості цементного розчину...........................................................218 9.5.3. Властивості цементного каменю............................................................222 9.6. Регулювання властивостей портландцементних розчинів і каменю......230 9.6.1. Регулювання густини цементного розчину...........................................230 9.6.2. Підвищення температурної стійкості портландцементу.....................232 9.6.3. Прискорення строків затужавіння.........................................................233 9.6.4. Уповільнення строків затужавіння........................................................234 9.6.5. Пониження водовіддачі..........................................................................235 9.6.6. Підвищення рухливості тампонажних розчинів...................................236 9.6.7. Пониження піноутворення......................................................................236 9.7. Тампонажні цементи на непортландцементній основі............................236 9.7.1. Шлакові цементи.....................................................................................237 9.7.2. Беліто-кремнеземистий цемент..............................................................238 9.7.3. Гіпсоглиноземистий цемент...................................................................238 9.7.4. Тампонажний цемент на основі силікатів.............................................239 9.7.5. Тампонажні цементи на основі полімерів..............................................239 9.8. Тампонажні розчини спеціального призначення.....................................241 9.8.1. Тампонажні розчини для ізоляції сольових відкладів .........................242 9.8.2. Тампонажні цементи і розчини для низьких температур....................243 9.8.3. Тампонажні системи для ліквідації поглинань.....................................244 9.8.4. Тампонажні цементи, що розширюються.............................................247 10. Цементування свердловин...........................................................................249 10.1. Мета і вимоги до цементування свердловин..........................................249 10.2. Способи первинного цементування свердловин....................................250 10.3. Фактори, що впливають на якість цементування..................................259 10.4. Підвищення якості зчеплення цементного каменю з оточуючим середовищем.................................................................................270 10.5. Ускладнення під час цементування свердловини..................................280 10.6. Обладнання для цементування свердловин............................................286 10.7. Проектування робіт по цементуванню свердловини.............................292 10.8. Розрахунок одноступеневого цементування...........................................295 10.8.1. Визначення необхідної кількості матеріалів для цементування........295 10.8.2. Встановлення режиму закачування і протискування цементного розчину.................................................................................................................297 10.9. Особливості розрахунку двоступеневого і зворотного цементування..........309 10.10. Схема обв'язки обладнання і організація процесу цементування......312 10.11. Установка цементних мостів.................................................................316 10.12. Випробування обсадних колон на герметичність...............................322 10.13. Оцінка якості цементування свердловин..............................................323 10.14. Вторинне цементування свердловин.....................................................327 10.15. Ізоляційні роботи з використанням тампонажних сумішей................329 11. Заключні роботи в свердловині..................................................................332 11.1. Вторинне розкриття продуктивних пластів ..........................................333 11.2. Спеціальні розчини для вторинного розкриття продуктивних пластів..................................................................................................................339 11.3. Виклик припливу флюїду з пласта..........................................................340 11.4. Консервація і ліквідація свердловини.....................................................346 12. Техніка безпеки і захист навколишнього середовища від забруднення під час закінчування свердловини....................................................................349 12.1. Техніка безпеки під час розкриття продуктивних пластів....................349 12.2. Техніка безпеки під час випробування продуктивних пластів.............353 12.3. Техніка безпеки під час кріплення свердловини колонами обсадних труб......................................................................................................354 12.4. Техніка безпеки під час цементування....................................................355 12.5. Охорона надр і навколишнього середовища..........................................355 Список літератури...............................................................................................358 Список скорочень................................................................................................361