СОБЫТИЯ

В апреле представят дорожную карту по освоению месторождений Мирового океана

Минпромторг представит в Минприроды дорожную карту мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность к освоению месторождений в акватории Мирового океана. Об этом сообщил министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров. «У нас уже ...

В России хотят ввести штрафы за недолив бензина

Росстандарт и Минпромторг планируют в 2019 году внести в Госдуму законопроект об оборотных штрафах за недолив бензина на АЗС. Об этом сообщил глава Росстандарта Алексей Абрамов. По его словам, текст законопроекта уже готов, сейчас он проходит ...

Итоги Десятой Межотраслевой конференции «АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА-2019»

27 марта 2019г. в Москве успешно прошла X Межотраслевая конференция «АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА-2019». Организатор конференции - ООО «ИНТЕХЭКО» Вниманию делегатов конференции был представлен 21 доклад - промышленные ЛКМ ...

Наука, бизнес, политика – площадка для диалога специалистов нефтегазовой отрасли

С 21 по 24 мая в ВДНХ ЭКСПО УФА традиционно пройдут Международная выставка «Газ. Нефть. Технологии» и Российский Нефтегазохимический Форум*. За 27 лет своей истории, созданная здесь платформа объединила одну из самых масштабных в ...

Министр труда и социальной защиты РФ ознакомился с опытом повышения производительности труда на заводе «ПОЛЕМА»

Завод порошковой металлургии «ПОЛЕМА» (входит в ПМХ) посетил министр труда и социальной защиты РФ Максим Топилин в рамках рабочей поездки в Тульскую область. Основной целью его визита на предприятие стало обсуждение итогов первого года ...

Проблемы бурения, крепления и эксплуатации скважин в сложных геокриологических условиях. Способы их решения.

 

КОРОТКОВ С.А., канд. техн. наук, ШПИЛЬМАН А.В, ДЕНИСЕНКО К.С.

ООО «СибГеоПроект»

 

ПРОБЛЕМЫ БУРЕНИЯ, КРЕПЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ. СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ

 

Значительная часть месторождений и площадей компаний «Газпром», «Новатэк», «Лукойл» находится севернее широты 600, то есть в зоне распространения многолетнемерзлых пород и, в частности, выше Северного полярного круга, в области слитного распространения современной и древней мерзлоты. Данная криолитозона, охватывающая огромную территорию севера европейской части РФ, Западную и Восточную Сибирь, Якутию, Чукотку и часть Дальнего Востока, характеризуется сплошным залеганием низкотемпературных многолетнемерзлых пород (ММП), как по площади, так и по разрезу. Толща ММП охватывает четвертичные и палеогеновые отложения.

 

Присутствие многолетней мерзлоты с глубоким положением в разрезе нулевой геоизотермы (от 350 до 550 м), низкие отрицательные температуры пород (-80C), высокая суммарная льдистость ММП (до 70%), наличие газогидратов, таликов и криопэгов существенно влияют на качество бурения и крепления скважин в данном регионе. Кроме того, во вскрываемых пластах присутствуют сероводород и диоксид углерода, соли и рапы, наблюдаются аномально высокие пластовые давления (АВПД) и аномально низкие пластовые давления (АНПД). Как следствие из всего перечисленного, нередки аварии и осложнения на этапах бурения и крепления, а также во время освоения скважин, их капремонта или реконструкции, при дальнейшей эксплуатации. Наиболее распространенными являются следующие:

1. Наружные смятия обсадных колонн, происходящие при обратном промерзании мерзлых пород во время капитального ремонта и остановки скважины (рис.1). Так, например, на Бованенковском, Харасавэйском, Ямбургском и Уренгойском месторождениях давления разрыва мерзлых пород составляют около 17,4 МПа, на Южно-Русском – 14,7 МПа, а на Ванкорском – 23 МПа. Эти давления не всегда учитываются в прочностных расчетах при проектировании, но для условий месторождений с наличием ММП они обязательны [15].

 

 

2. При растеплении мерзлых пород во время эксплуатации скважин образуются провалы устьев скважин и приустьевые воронки (рис. 2), нарушаются свайные основания системы сбора газа на кустовых площадках. Происходит потеря продольной устойчивости крепи скважин, деформация сооружений от сдвигов [3], обвалов, осыпей, просадки и пучения грунтов [7]. Наблюдаются отклонения фонтанной арматуры и свайных опор линейной сети (рис. 3).

 

 

3. Возникновение грифонов, межколонных давлений (МКД) и проявления [5] газогидратов (рис. 4).

 

4. При контакте конструкции скважины с газогидратами, содержащими сероводород или диоксид углерода, наблюдается коррозия обсадных труб и устьевого оборудования (рис. 5).

 

 

 Способы решения. В связи с этим при концептуальном планировании объемов поискового, разведочного и эксплуатационного бурения, проектировании обустройства месторождений и строительства скважин возникает необходимость разработки оптимальных конструкций скважин, максимально учитывающих все вышеперечисленные сложности, и мероприятий по повышению качества крепления скважин. Поэтому авторами статьи предлагаются следующие направления научных исследований и разработок (НИР), предпроектных работ и технико-технологические решения:

1. На стадии предпроектных работ и НИР, а не при составлении технического задания и выполнении проектной документации проводить анализ и обоснование геолого-технических, термобарических и геокриологических условий планируемого к разработке месторождения, оценивать все ожидаемые осложнения.

2. При наличии сертифицированной программы расчета ореола растепления ММП вокруг эксплуатационных скважин проводить такие вычисления для обоснования выбора расстояний между устьями добывающих скважин в кусте. При ее отсутствии разработать программу либо воспользоваться услугами сервисной компании, обладающей ею.

 

3. Проводить расчеты осадки грунта при оттаивании и продольной устойчивости крепи скважин по программе ПЭВМ в Mathcad (рис. 7) согласно требованиям в четырех вариантах с различными коэффициентами приведения длины (0,5; 0,7; 1,0; 2,0).

 

 

4. Проводить расчеты на обратное промерзание ММП по методам Б.А. Итона и А.А. Мамедова для определения давления пород на обсадные колонны и цементную оболочку [11]. Результаты данных расчетов учитывать в расчетах обсадных колонн на прочность в условиях АВПД и АНПД по инструкции [4] при выборе обсадных колонн, перекрывающих криолитозону.

5. При наличии в разрезе каменных солей или рап проводить расчеты обсадных труб на давление пластичных соляных пород по методу конечных элементов Ю.А. Еремеева, Б.А. Филатова и Г.А. Стрельца [12] для выбора необходимых групп прочности стали обсадных труб.

6. Проводить расчет парциального давления сероводорода и двуокиси углерода для месторождений с их содержанием, определение степени агрессивности газовых сред, коррозионной стойкости металлов труб и скорости коррозии. По их результатам производить выбор бурильных и обсадных труб [8], насосно-компрессорных труб (НКТ).

7. Проводить гидравлические расчеты цементирования обсадных колонн скважин, выбор рациональных вариантов цементирования и тампонажных растворов. Выбрать рациональную технологию цементирования направления и кондуктора, элементы технологической оснастки, тампонажные материалы, буферные и незамерзающие жидкости, герметичное резьбовое соединение.

8. На основании проведенных анализа и обоснования существующих способов активной и пассивной теплоизоляции скважин (рис. 8) выбрать оптимальную защиту крепи скважин от нагрева и обратного промерзания (термокейсы, теплоизолированные лифтовые трубы, сезонно-охлаждающие устройства, незамерзающие спецжидкости [14], тампонажные материалы с пониженной теплопроводностью). Учесть это при разработке конструкции скважин.

 

 

9.Подрядчику, выполняющему капитальное строительство кустовых площадок в зимнее время и в условиях наличия мерзлых пород, необходимо строго соблюдать требования первичной документации по обустройству месторождения, отсыпать куст тех размеров (по периметру и толщине подушки) и гранулометрического состава, которые заложены в проекте на обустройство и подтверждены теплотехническими расчетами. Здесь важно соответствие кустовой площадки и расположенных на ней скважин условиям [6].

10. Буровой подрядчик обязан четко соблюдать проектные решения, предотвращающие загрязнение буровым раствором продуктивных пластов, шламом выбуренной породы – поверхности месторождения, исключающие недоподъем тампонажного раствора до устья, дефекты обсадных колонн и оборудования устья во время подготовительных и буровых работ, простои в бурении, приводящие к обратному промерзанию уже растепленных пород и смятию колонн [9].

11. Заказчику целесообразно проводить авторский надзор и супервайзинг за качеством работ на скважине, привлекать сервисные компании, специалистов узкого профиля. Скважина, как и любой переданный из законченного строительством объект на месторождении, должна на весь период эксплуатации сохранять целостность и надежность, эффективность работы и соответствовать условиям безопасности опасного производства. За добычей флюида и состоянием устьевого оборудования и качеством грунта кустовой площадки необходимо вести тщательный технический надзор, контролировать процесс работы скважины, проводить своевременные мероприятия по недопущению негативных воздействий. Например, при появлении приустьевых воронок следует своевременно подсыпать образующиеся провалы минеральным грунтом, близким по физико-механическим свойствам тому, который слагает кустовую площадку [2]. Опыт освоения месторождений Западной Сибири показывает, что таким способом легко добиться желаемого результата. Во избежание смятия обсадных колонн при обратном промерзании ММП не целесообразно «останавливать» скважину на долгое время, особенно в зимнее время эксплуатации. Можно использовать греющие кабели либо передвижные парообразующие установки (ППУ). Необходимо проводить технический и технологический мониторинги за работой скважины и ее состоянием, включая подземную и надземную части, в т.ч.:

-режимные замеры МКД [1];

-замеры устьевой температуры и температуры окружающего устье массива пород, систематизация снятых показаний для оценки и прогноза оттаивания ММП (рис. 9);

-осмотр фонтанной арматуры, НКТ, комплекта подземного оборудования и их дефектоскопия;

-наблюдение за пространственным положением фонтанной арматуры и элементов обвязки устья относительно реперов кустовой площадки.

 

 

Заключение. Учет результатов всех вышеперечисленных мероприятий необходим как на стадии проектирования строительства скважин, сбора справочных данных для планирования геологоразведочных работ, систематизации скважин всех назначений как нефтегазовых объектов капитального строительства, так и имеют высокую практическую значимость на этапе строительства скважин всех назначений (поисковые, разведочные, эксплуатационные, поглощающие, наблюдательные).

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Бекмурзаев К.В. Меры по предотвращению межколонных проявлений на газовых скважинах месторождений Крайнего Севера / К.В. Бекмурзаев, С.А. Коротков // Сборник трудов 13-й Международной научно-практической конференции «Новые процессы, технологии и материалы в нефтяной отрасли 21 века» INTECHEnergy. Москва: РГУ им. И.М. Губкина. 2012. С. 57-59.
  2. Горелик Я.Б. О нарушении продольной устойчивости крепи эксплуатационных скважин при сохранении боковой опоры на оттаивающие мерзлые породы / Я.Б. Горелик, П.В. Солдатов // Криосфера Земли. Новосибирск: Академическое издательство «Гео». 2016. Т. 20. № 4. С.93-104. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2016-4.
  3. Деформации и напряжения в промерзающих и оттаивающих породах / Э.Д. Ершов, Ю.П. Лебеденко, Л.В. Шевченко. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 165 с.

4. Инструкция  по расчету  обсадных  колонн  для нефтяных и газовых скважин. М.: АООТ «ВНИИТнефть», 1997. 195 с.

  1. Коротков С.А. Анализ возникновения МКД и способы их предотвращения (тезисы) // Сборник тезисов докладов 14-й научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири». Тюмень: ТюменНИИгипрогаз. 2008. С. 230-234.
  2. Коротков С.А. К вопросу растепления грунта кустовых площадок месторождений Крайнего Севера и потери устойчивости крепи скважин // Сборник трудов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научного знания. Новые технологии ТЭК-2017». Тюмень: ТИУ. 2017. Т. 1. С. 8-12.
  3. Короткова Ю.С. Деформации кустовых площадок и скважин вследствие растепления мерзлых пород и способы их предотвращения // Сборник трудов Международной научно-практической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии – нефтегазовому региону». Тюмень: ТИУ. 2017. Т. 2. С. 256-258.
  4. Коротков С.А. Обсадные трубы. Перспективы и новые направления внедрения // Сборник трудов XXI Международной научно-практической конференции «Трубы-2014». Челябинск: ОАО «РосНИТИ». 2014. Т. 1. С.102-103.
  5. Культиков А.М. Оценки нагрузок на колонну при оттаивании пород вокруг скважины в кусте // Инженерно-геокриологическое обеспечение строительства сооружений. Новосибирск: Наука. 1989. С. 88–96.

10. Медведский Р.И. Численное моделирование повторяющихся тепловых воздействий на толщу мерзлых пород / Р.И. Медведский, Ю.А. Сигунов // Изв. СО АН СССР. Сер. технич. наук. Тюмень: ЗапСибНИГНИ. 1988. № 21. С. 72-79.

11. Напряженно-деформированное состояние крепи скважин в криолитозоне: учебное пособие для вузов / В.Г. Кузнецов, В.П. Овчинников, А.А. Фролов, В.И. Кучерюк, В.Ф. Сорокин, С.И. Иванов. М.: Недра, 2003. 154 с.

12. Нарушения обсадных колонн в интервалах соленосных отложений / Г.А. Стрелец, Б.С. Филатов, В.З. Лубан, Ю.А. Еремеев // Нефтяное хозяйство. М.:Недра. 1970. № 2. С. 28–31.

13. Свидетельство ФИПС о государственной регистрации № 2015619562. Программа для ЭВМ «ОРЕОЛ» / С.А. Коротков, А.Г. Пермитин. Опубл. 08.09.2015.

  1. Штоль В.Ф. К вопросу разработки составов незамерзающих спецжидкостей и технологии заполнения межколонных пространств при цементировании обсадных колонн в условиях залегания ММП / В.Ф. Штоль, С.А. Коротков, Н.Г. Кашкаров // Сборник трудов Пятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». Москва: РГУ им. И.М. Губкина. 2003. С. 45-46.
  2. Щербич Н.Е. Технико-технологические решения по предотвращению смятия обсадных колонн газовых скважин, перекрывающих зону ММП, в условиях Крайнего Севера / Н.Е. Щербич, С.А. Коротков, Л.В. Брагина // Сборник материалов Третьей Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и научных работников «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии». Астрахань: Изд-во АГУ. 2004. С. 65-69.

 

НГС 1(34)2019


Категория статьи: Наука

К содержанию журнала
Яндекс.Метрика