Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

Разработка технологических основ и совершенствование ремонтов газовых скважин в сложных климатических и геокриологических условиях Крайнего Севера

Специальности:

25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений;

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс)

Кустышев Александр Васильевич

Уфа 2008

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете(ТюмГНГУ)

Научный консультант

? доктор технических наук, профессор

Зозуля Григорий Павлович

Официальные оппоненты:

? доктор физико-математических наук, профессор

Федоров Константин Михайлович

? доктор технических наук, профессор

Котенев Юрий Алексеевич

? доктор технических наук

Абдуллин Рафиль Сайфуллович

Ведущее предприятие

? ОАО «Сибирский научно-аналитический центр»

(СибНАЦ)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция является основным нефтегазодобывающим регионом России, в котором интенсивно эксплуатируются крупнейшие в мире газовые и газоконденсатные месторождения(Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Вынгапуровское, Комсомольское, Ямсовейское, Юбилейное, Юрхаровское и др.) и единственное в Западной Сибири Пунгинское подземное хранилище газа (ПХГ). В настоящее время начато освоение Бованенковского и Харасавэйского месторождений полуострова Ямал. Действующийфонд скважин на месторожденияхсоставляет около 4,5 тыс. единиц, более трети из которых требуют текущего или капитального ремонта.

Обеспечение длительной эксплуатации скважин в суровых климатических условиях с наличием в разрезах мерзлых пород (МП) и зон аномальных пластовых давлений (пониженных - АНПД или повышенных ? АВПД) требует качественного ремонта при обязательном соблюдении промышленной, противофонтанной и пожарной безопасности.

За последние годы заметно изменился спектр проводимых на месторождениях Крайнего Севера ремонтов. Появились новые виды ремонта скважин, выполняемые с использованием канатной техники и колтюбинговых установок. В 2,0…2,5 раза увеличилась доля сложных капитальных ремонтов скважин (КРС), возросла их продолжительность, снизилась результативность и увеличилась степень опасности проводимых ремонтов.За последние годы эксплуатации на газовых и газоконденсатных месторождениях зафиксировано более 40 открытых газовых фонтанов и пожаров, которые создали реальную угрозу безопасности жизни и здоровью обслуживающего персонала и населения, нанесли непоправимый ущерб окружающей среде. ремонт газовый раствор скважина

В изменившихся условиях эффективность существующих нормативных документов, таких как Единые правила ведения ремонтных работ и Классификатор ремонтных работ, снижается. Требуется ввести новые технологии и технологические приемы, учитывающие специфические особенности эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений в условиях Крайнего Севера.

Постоянное совершенствование и внедрение передовых технологий при строительстве, эксплуатации и ремонте газовых скважин обуславливают необходимость правильного и оптимального выбора технологии КРС и применяемых технических средств. Для этого при участии автора создана База данных КРС Газпрома, которая регулярно пополняется новыми данными. Эффективность технологий ремонта следует рассматривать с учетом требований промышленной и пожарной безопасности, являющихся ключевыми при предотвращении экологических катастроф. Поэтому продолжает оставаться актуальным поиск новых комплексных (технологических, технических, фонтанобезопасных) решений и технологий, снижающих затраты и повышающих эффективность и пожарную безопасность технологических процессов при ремонте газовых скважин. Актуальность рассматриваемых проблем не вызывает сомнений.

Целью работы является разработка новых технологий и технических средств для эффективного ремонта газовых скважин в сложных климатических условиях Крайнего Севера с соблюдением требований охраны недр и окружающей природной среды.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи.

1. Обобщение и анализ применяемых технологий ремонта газовых скважин в условиях Крайнего Севера с выделением доли сложных ремонтов в общем количестве КРС.

2. Разработка технологических основ сложных ремонтов газовых скважин в условиях Крайнего Севера.

3. Разработка новых технологий для повышения эффективности сложных ремонтов скважин с использованием обычных (классических) подъемных агрегатов (ППА) и современных колтюбинговых установок.

4. Разработка технологий фонтаноопасных сложных ремонтов скважин в условиях возможных газопроявлений или открытых фонтанов и пожаров.

5. Разработка новых составов технологических растворов для повышения эффективности сложных ремонтов газовых скважин.

6. Разработка новых технических средств для проведения сложных ремонтов газовых скважин.

7. Промысловые испытания предложенных технологий и технических средств для ремонта газовых скважин в условиях Крайнего Севера, оценка эффективности их внедрения в производство.

Методы решения поставленных задач основаны на анализе и обобщении имеющихся теоретических, экспериментальных и промысловых данных по рассматриваемым проблемам и на результатах собственных аналитических, лабораторных, стендовых и промысловых исследований с использованием современных установок и математических методов.

Научная новизна

1. На основании теоретических, экспериментальных и промысловых данных получены новые закономерности динамики ремонтов газовых скважин, позволяющие прогнозировать количество и виды капитального ремонта скважин на действующих и новых месторождениях.

2. На основании обобщения статистических данных и анализа капитального ремонта скважин, теоретических исследований и опыта ремонтных работ в суровых климатических условиях предложена новая классификация, включающая сложные ремонты газовых скважин и учитывающая специфические особенности эксплуатации месторождений природного газа на поздней стадии разработки.

3. Разработан комплекс новых технологий сложных ремонтов газовых скважин с применением традиционных подъемных агрегатов и современных колтюбинговых установок.

4. На основании экспериментальных исследований разработаны новые составы технологических растворов и технические средства, позволяющие повышать успешность сложных ремонтов газовых скважин и предотвращать ухудшение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) коллектора.

Основные защищаемые положения

1. Технологические основы сложных ремонтов газовых скважин, базирующиеся на использовании традиционной техникии современных колтюбинговых установок.

2. Технологии фонтаноопасных сложных ремонтов газовых скважин, осуществляемые с минимизацией возможности возникновения открытого фонтана и пожара.

3. Новые технические средства для реализации сложных ремонтов газовых скважин.

Практическая ценность работы

1. Предложена классификация сложных капитальных ремонтов газовых скважин, которая в сочетании с предложенной нормативной базой руководящих документов позволяет осуществлять комплексный подход к ремонтам газовых скважин, обеспечивая оперативный поиск оптимальной для заданных условий технологии, ускоряющей вывод скважин из бездействия и увеличивающей межремонтный период работы скважин.

2. Экспериментально обоснован комплексный подход к ремонту газовых скважин на завершающей стадии разработки месторождений, включающий в каждый ремонт скважин следующие технологические операции: глушение скважины, промывку песчаной пробки, изоляцию притока пластовых вод, закрепление пород призабойной зоны пласта (ПЗП), устранение негерметичности эксплуатационной колонны и цементного камня за колонной, вызов притока из пласта.

3. Разработаны новые технологии глушения скважин и блокирования пластов (заявка РФ № 2006116117 Имеется положительное решение на выдачу патента РФ), изоляции притоков пластовых вод и закрепления ПЗП (патент РФ № 2231630), устранения негерметичности цементного камня за колонной (заявка РФ № 2007100858^*) и вызова притока (патенты РФ

№ 2109934 и № 2220280), которые позволяют проводить технологически сложные ремонты газовых скважин, сокращая их продолжительность на 25 % и повышая успешность на 10…15 %.

4. Разработаны технологии консервации газовых скважин (патенты РФ

№ 2231630, № 2301880 и патент РФ №35816 на полезную модель), которые обеспечивают надежность проведения ремонта и освоения скважин после консервации. Предложены новые технологии ликвидации газовых скважин (патенты РФ

№ 2222687,№ 2225500, № 2305754), которые обеспечивают надежность изоляции продуктивного пласта в условиях наличия МП и соблюдения мероприятий по охране недр и окружающей природной среды.

5. Разработаны новые технологии глушения и блокирования пласта с помощью колтюбинговой техники (заявки РФ № 2006122803*, № 2006122773*,

№ 2006122789*, № 2006123985*), изоляции притока пластовых вод (патенты РФ № 2235852, № 2244115) и вызова притока (патенты РФ № 2215137, № 2235868), которые позволяют успешно проводить технически сложные ремонты газовых скважин, сокращая их продолжительность на 50 % и обеспечивая сохранение ФЕСпласта.

6. Разработаны новые технологии предотвращения газопроявлений и ликвидации открытых газовых фонтанов (патенты РФ № 2231627, № 2261982), которые позволяют проводить фонтаноопасные сложные ремонты газовых скважин за счет применения различных устройств и механизмов для предотвращения их фонтанирования, обеспечивая охрану недр и окружающей природной среды.

7. Разработаны новые составы технологических растворов (патенты РФ

№ 2136717, № 2167275, № 2187529, № 2213762, № 2211306, № 2309177), применение которых позволяет осуществлять сложные ремонты газовых скважин, снижая загрязнение ПЗП на 10 % и сохраняя ихпродуктивную характеристику.

8. Разработаныновые устройства и технические средства (патенты РФ

№ 1348503,№ 1724853, № 2105127, № 2105863, № 2111336, № 2112862,

№ 2167264,№ 2194840, № 2209295, № 2254440, № 2266386), которые позволяют увеличить межремонтный период работы скважин на 10…20 %, повысить надежность и безотказность их ремонта с обеспечением противофонтанной и пожарной безопасности.

9. Разработаны и применены новые типы пакеров ПССМ, ПССГ, ПССГИ, для которых обоснован межремонтный период 20 лет. Доказана возможность увеличения срока службы забойного клапана-отсекателя в 6 раз, а межремонтного периода до трех лет, что позволяет применить его при консервации газовых скважин.

10. Результаты выполненных исследований явились основой для разработки 119 руководящих документов, технологических регламентов, инструкций, технических правил, отраслевых стандартов и стандартов организаций, использующихся при строительстве, эксплуатации, ремонте, консервации, расконсервации и ликвидации газовых скважин, а такжеприменяемых в проектах на строительство, капитальный ремонт, консервацию, расконсервацию и ликвидацию скважин на газовых и газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональном геолого-техническом совещании департамента по нефтяным, газовым и минеральным ресурсам ХМАО «Интенсификация притоков углеводородов из поисковых и разведочных скважин» (г. Тюмень, 2001 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы развития топливно-энергетического комплекса Западной Сибири на современном этапе» (г. Тюмень, 2001 г.); научно-технической конференции «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки», посвященной 90-летию со дня рождения В.И. Муравленко(г. Тюмень, 2002 г.); конференции «Повышение эффективности работы нефтегазодобывающего комплекса Ямала путем применения прогрессивных технологий и совершенствования транспортного обслуживания» (г. Салехард, 2002 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе», посвященной

40-летию Тюменского нефтегазового университета(г. Тюмень,2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Восстановление производительности нефтяных и газовых скважин» (г. Краснодар, 2003 г.); отраслевой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития нефтяной промышленности (бурение скважин, добыча нефти и газа, экономика)» (г. Тюмень, 2003 г.); научно-практической конференции «Проблемы освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов» в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России (г. Уфа, 2005 г.); региональной научно-практической конференции «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири», посвященной

5-летию образования Института нефти и газа (г. Тюмень, 2005 г.); III Российской межвузовской научно-практической конференции «Методы компьютерного проектирования и расчета нефтяного и газового оборудования» с международным участием, посвященной 50-летию образования ТюмГНГУ (г. Тюмень, 2006 г.); Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых нефтегазового направления«Современные технологии для ТЭК Западной Сибири», посвященной 50-летию ТюмГНГУ(г. Тюмень, 2006 г.); XIVнаучно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири» (г. Тюмень, 2006 г.); Международной конференции по колтюбингу (г. Тюмень, 2007 г.);научно-технических советах ОАО «Газпром» (2000-2007 гг.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 246 печатных работ, в том числе 6 монографий, 10 научно-технических обзоров, 118 статей и тезисов докладов, получен 61 патент РФ на изобретения и полезные модели, разработано 119 руководящих документов (инструкций, технологических регламентов, технических правил, отраслевых стандартов) и 3 учебных пособия.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего257 наименований, и 2 приложений.Изложена на 310 страницах машинописного текста и содержит 57 рисунков, 24таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, а также личный вклад автора.

Исследованиям в области эксплуатации и ремонта скважин, а также вопросам промышленной, противофонтанной и пожарной безопасностипосвящены работы многих отечественных и зарубежных исследователей. Среди них В.Е. Андреев, Х.А. Асфандияров, А.Д. Амиров, А.А. Ахметов, Ю.М. Басарыгин, Ю.Е. Батурин, А.И. Булатов, О.А. Блохин,С.М. Вайншток, Р.А. Гасумов, М.Г. Гейхман,Л.М. Грудзилович, Г.М. Гульянц, О.М.Ермилов, Ю.В. Зайцев, Г.П. Зозуля, А.Г.Калинин, В.Г. Карамышев, К.А.Карапетов, И.И. Клещенко, Ю.П. Коротаев, Ю.С. Кузнецов,А.Н. Лапердин,В.Н. Маслов, Р.И. Медведский, А.Г. Молчанов, А.С. Повзик, Р.М. Тагиев, К.М. Тагиров, А.П. Телков, Р.А. Тенн, В.С. Смирнов, Л.У. Чабаев, В.И. Чернобровкин, В.Ж. Аренс, К. Дели, H.P. Besner, G.R. Gray, W.Hurst, M. Muskat, E. Tomas, R.D. Wickoff идр.

В первом разделе диссертации анализируется опыт работ по КРС на месторождениях Крайнего Севера, в частности Медвежьем, Уренгойском, Вынгапуровском и Ямбургском. Приводится динамика ведения ремонтных работ с начала разработки месторождений в зависимости от падения пластового давления, увеличения отборов газа из залежей, темпов обводненности газовых скважин и разрушения ПЗП.

Анализ технологий ремонтных работ на месторождениях севера Западной Сибири показал, что на первом этапе разработки месторождения (первые пять лет) основные ремонтные работы технологически надежно освоены и связаны с установкой эксплуатационных пакеров, освоением скважин, ревизией забойных клапанов-отсекателей, заменой негерметичных задвижек устьевого оборудования, ликвидацией межколонных газопроявлений.

В следующие пять лет разработки месторождений накапливается опыт по установке эксплуатационных пакеров, освоению скважин, ликвидации межколонных газопроявлений, появляется необходимость проведения работ по замене негерметичных пакеров, ликвидации песчаных и гидратных пробок, интенсификации притока газа.

В последующие 10 лет, в связи с падением пластового давления и для снижения потерь давления по стволу скважины, начинается извлечение забойных клапанов-отсекателей, а позднее ? эксплуатационных пакеров. Все это направлено на поддержание проектных уровней добычи газа. В заданный период закономерно возрастают объемы поступающих в газовую залежь пластовых (подошвенных) вод. Увеличиваются объемы водоизоляционных работ и работ по закреплению ПЗП противопесочными фильтрами и с помощью химических методов. Начинаются работы по расконсервации разведочных скважин с целью вовлечения их в разработку, а также продолжаются работы по промывке песчаных пробок, интенсификации притока и замене фонтанных арматур (ФА). Следует отметить, что за этот период наблюдается увеличение количества аварийно-восстановительных работ, связанных с обрывом выработавших свой ресурс труб и подземного оборудования.

В следующие 10 лет на первый план выходят проблемы по изоляции притока пластовых вод, извлечению оставшихся в газовых скважинах эксплуатационных пакеров, интенсификации притока углеводородов.

На завершающей стадии разработки месторождения продолжаются работы по изоляции притока вод, промывке песчаных пробок, интенсификации притока и ликвидации скважин. Возрастает доля ремонтов, связанных с физическим износом задвижек ФА, а также с коррозионным износом эксплуатационных колонн в условиях превышения горного давления над забойным.

Применение метода регрессионного анализа с построением линий тренда позволяет графически отразить динамику основных видов КРС. На рисунках 1-3 показана динамика КРС на примере Медвежьего месторождения.

Рисунок1- Количество ремонтов газовых скважин по установкеи извлечению пакеровпо годам разработкиМедвежьегоместорождения



Рисунок2 -Количество ремонтов газовых скважин по изоляции притока пластовых вод, закреплению ПЗП и ликвидации песчаных пробок по годам разработки Медвежьегоместорождения

Рисунок3-Количество ремонтов газовых скважин по интенсификации притока и ремонту ФАпо годам разработкиМедвежьегоместорождения

Построенные линии тренда описываются соответствующими уравнениями:

y = 0,001x³? 0,0316x²? 0,3995x + 13,919; (1)

y = ? 0,00002x³? 0,0225x² + 0,9845x? 1,9132; (2)

y = 0,0002x³? 0,0054x² + 0,6169x? 1,7654; (3)

y = 0,0046x³? 0,2524x² + 4,253x? 9,5361; (4)

y = 0,0003x³? 0,0094x² + 0,0354x + 2,5904; (5)

y = 0,01x³? 0,0486x² + 0,5346x + 4,6807. (6)

При этом величина достоверности аппроксимации R² достаточно высока, что позволяет осуществить объективный прогноз динамики КРС.

Анализируя виды КРС, проводимых на месторождениях, выявлено, что доля сложных ремонтов из года в год увеличивается(рисунок4) и резко возрастает в последние 8 лет разработки месторождений (с 54-х в 1997 г. и 32-х в 1999 г. до 159-ти в 2000 г. и 199-ти в 2007 г.).Это объясняется общим «старением» месторождений, когда объем капитальных ремонтов газовых скважин по объективным обстоятельствам увеличился в 1,5…2,0 раза. Отмечаются также рост продолжительности работ (в среднем на 25 суток) и усложнение технологического процесса ремонта. Практически на каждом месторождении используются своя рецептура технологических растворов и последовательность технологических операций, которые заметно отличаются от традиционно применяемых.

Рисунок 4 ? Изменение общего количества капитальных и сложных ремонтов газовых скважинна месторождениях Крайнего Севераза период 1974-2007 гг.

Например, широко применяемая технология промывки песчаной пробки на месторождениях средней полосы и юга России в суровых климатических условиях Крайнего Севера из разряда простой технологии превращается в сложную.

В данном случае процесс ликвидации песчаной пробки осложняется гидратообразованием в скважине, в связи с чем требуются другие технологические жидкости (новые незамерзающие растворы) и новое дополнительное оборудование(передвижные паронагревательные установки ? ППУ), что влечет за собой увеличение продолжительности ремонтных работ, повышение вероятности разгерметизации устьевого оборудования и возникновения газопроявлений.

Применяемые на завершающей стадии разработки месторождений технологии обеспечивают успешность ремонтных работ на постоянном уровне, хотя и в достаточно широком диапазоне: от 40 (водоизоляционные работы) до 100 % (ликвидация скважин) (таблица 1).

Таблица 1 ? Сведения об успешности различных видов КРС, %

Наименованиевида КРС	Месторождение
	Медвежье	Уренгой- ское	Ямбург-ское	Вынга- пуровское
Глушение скважины	72	80	73	70
Извлечение пакера	80	85	74,7	90,5
Изоляция притока пластовых вод	100 / -	85 / 83	94,7 / 100	40 / -
Промывка песчаной пробки	- / 80	- / 100	- / 100	- / 62,5
Крепление ПЗП	90	90	90	90
Ликвидация гидратной пробки	- / 100	- / 100	1 / 100	- /100
Интенсификация методом ГРП* (ПЗР**)	-	100 (90)	100 (50)	100 (50)
Интенсификация методом бурения БС***	0	100	-	90
Интенсификация методом СКО****	80	90	70	90
Освоение	90	95	80	91,4
Консервация скважины	100	100	100	100
Расконсервация скважины	90	95	80	100
Ликвидация скважины	100	100	100	100
Примечания * ? гидравлический разрыв пласта; ** ? подготовительно-заключительные работы; *** ? боковой ствол; **** ? солянокислотная обработка. Числитель - ремонт с помощью ППА;знаменатель -с помощью колтюбинговой установки.

Недостаточная успешность отдельных видов КРС свидетельствует о возрастающей сложности ремонтов и несовершенстве применяемых технологий, включая технологические растворы и технические средства, что требует разработки новых и совершенствования применяемых.

Основным недостатком глушения скважин в условиях АНПД является поглощение жидкости глушения, а водоизоляционных работ ? недостаточная эффективность и малая продолжительность безводной эксплуатации скважин. Для промывки песчаных пробок характерна частая повторяемость операций по причине повторного образования пробок, а сложность извлечения эксплуатационных пакеров определяется просроченным межремонтным периодом.

Второй раздел посвящен совершенствованию методологического подхода к классификации видов КРС с позиций учета сложных ремонтов.

По ранее действующей классификации подземные ремонты подразделялись на капитальные и текущие ремонты скважин. К капитальному ремонту относится комплекс работ, связанных с восстановлением работоспособности газовых скважин и продуктивного пласта с помощью различных технологических операций. К текущему ремонту относится комплекс работ, связанных с восстановлением работоспособности подземного и устьевого оборудования, а также с ревизией, заменой или изменением глубины подвески труб, с изменением режима эксплуатации скважины, а также с очисткой лифтовой колонны и забоя от гидратных отложений, солей и песчаных пробок.

Ремонтные работы в газовых скважинах Крайнего Севера осуществляются, как правило, при наличии пакерной схемы компоновки подземного оборудования, которая обеспечивает надежную работу и противофонтанную безопасность эксплуатации скважин в условиях повсеместно распространенных по территории региона МП. Применение пакерной схемы на определенном этапе способствовало появлению новых технологий подземного ремонта скважин с помощью канатной техники, позволяющей осуществлять установку и извлечение подземного оборудования, открытие и закрытие циркуляционного клапана, опрессовку лифтовой колонны, исследованиеее деформированных участков, ловильные работы, ремонт и (или) замену ФАбез глушения скважины и др.

Однако в действующем на тот момент Классификаторе ремонтных работ о таких технологиях не было сведений. Поэтому возникла объективная необходимость в разработке нового Классификатора ремонтных работ для газовых месторождений Крайнего Севера. В разработанном (1999 г.) Классификаторе ремонтные работы с помощью канатной техники были выделены в самостоятельный вид ремонта и включали: ПР1 ? оснащение скважин подземным оборудованием при вводе в эксплуатацию (из бурения, освоения, бездействия, консервации); ПР2 ? ремонт скважин, оснащенных комплексом подземного оборудования (ревизию и смену забойного клапана-отсекателя, открытие-закрытие циркуляционного клапана, удаление срезного клапана); ПР3 ? прочие виды ремонта. При этом из Классификатора были временно выведены непрофильные для газовых скважин технологии.

Классификатор работ отражал фактическое состояние ремонтных работ на газовых и газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера до 2001 года, когда впервые на Уренгойском месторождении была испытана технология промывки газовых скважин с помощью гибких труб (ГТ). С этого момента новые технологии ремонта скважин с помощью ГТ начинают активно применяться газодобывающими предприятиями и компаниями ОАО «Газпром».

Возникла необходимость считать технологии ГТ как самостоятельные ремонты, что и было учтено при разработке новой редакции Классификатора для месторождений ОАО «Газпром». В нем ремонты с помощью ГТ были отнесены к капитальному ремонту, но выделены как отдельные виды ремонтов. Ремонт скважин с помощью канатной техники был отнесен к текущему ремонту, что было признано объективно целесообразным.

Переход газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера на стадию поздней и завершающей эксплуатации привел к резкому увеличению числа сложных ремонтов.

В настоящее время к сложным ремонтам, согласно Единому тарифно-квалификационному справочнику работ и профессий, относятся возврат на выше- или нижележащий горизонт; кислотно-солевая обработка ПЗП (первая категория сложности); изоляция эксплуатационного горизонта от чуждых вод, включая ликвидацию скважин; оправка эксплуатационной колонны; ГРП и гидропескоструйная перфорация (ГПП); бурение БС; вырезка труб эксплуатационной колонны; ловильные работы (вторая категория сложности). Однако такая квалификация сложных ремонтов не в полной мере учитывает существующие в настоящий момент ремонтные работы и требует корректировки.

Под сложными ремонтами скважин следует понимать наиболее сложные с технологической, технической ифонтаноопасной сторон ремонты. Они характеризуются применением в комплексе нескольких технологических операций, использованием сложной техники, оборудования и инструментов, разнообразием применяемых технологических растворов и композиций, а также безопасным проведением работ, исключающим возникновение газопроявлений, открытого фонтана и пожара.

К сложным ремонтам газовых скважин месторождений Крайнего Севера,по предлагаемой классификации, относятся ремонты по ликвидации негерметичности эксплуатационных колонн, ловильные работы, консервация, расконсервация и ликвидация скважин. В связи с переходом большинства месторождений в разряд месторождений с падающей добычей к сложным ремонтам следует отнести также ремонты по глушению скважин и блокированию ПЗП, извлечению лифтовых колонн больших диаметров, оборудованных пакерами, работы по проведению ГРП, бурению БС, ликвидации газопроявлений, открытых фонтанов и пожаров.

В данной работе сложные капитальные ремонты предложено условно разделить на три большие группы (рисунок5): технологически сложные ремонты; технически сложные ремонты; фонтаноопасные сложные ремонты.

К технологически сложным ремонтам отнесены ремонты, связанные с глушением продуктивного пласта и проводимые с применением ППА.

К технически сложным ремонтам отнесены ремонты, проводимые без глушения скважин с помощью колтюбинговых установок.

К фонтаноопасным сложным ремонтамотнесены ремонты, связанные с предотвращением и ликвидацией газопроявлений, открытых фонтанов и пожаров.

Рисунок5- Классификация сложных ремонтов газовых скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для успешного проведения сложных ремонтов скважин необходима достоверная и объективная информация о техническом состоянии скважин и ранее проводимых на них капитальных ремонтах. Для этого была разработана база данных капитального ремонта по действующему фонду скважин ОАО «Газпром» (База данных КРС Газпрома).

Создание единой Базы данных КРС позволило превратить обычный справочник-накопитель о технологиях и технике для ремонта скважин в работающий инструмент, который обеспечивает возможность проведения анализа эффективности и успешности технологий и технических средств, применяемых в процессе ремонта скважин. База данных КРСна основании анализа эффективности и успешности ремонта скважин облегчает выбор новых, более совершенных технических и технологических решений, которые позволят оперативно решить проблему ремонта конкретной скважины.

На основании анализа технического состояния и результатов ремонтных работ, ранее проведенных в скважинах, с точки зрения их успешности и эффективности стратегически правильно выбирается вид технологии капитального ремонта, которая позволит за счет правильно выбранной тактики решить возникшую проблему ремонта данной скважины.

Для технически грамотного применения технологий ремонта скважин были разработаны технические правила ведения ремонтных работ индивидуально для каждого месторождения с учетом его специфики и обеспечения требований промышленной, пожарной и противофонтанной безопасности. В разработанных технических правилах предложен комплексный подход к ремонтам скважин, включающий обязательное проведение в процессе одного ремонтатаких технологических операций, как глушение скважины, промывка песчаной пробки, изоляция притока пластовых вод, закрепление пород ПЗП, устранение негерметичности эксплуатационной колонны и цементного камня за колонной, вызов притока из пласта.

В третьем разделе приводятся результаты исследований по разработке и совершенствованию технологически сложных ремонтов газовых скважин, необходимость которых вызвана изменением геолого-технических условий разработки месторождений.

Глушение скважин с блокированием ПЗП с помощью новых технологических растворов и блокирующих композиций. Сложность глушения газовых скважин в условиях АНПД заключается в том, что происходит неизбежное поглощение жидкости глушения породами высокопроницаемых и сильнодренированных пластов, особенно в сеноманской газовой залежи. Для устранения поглощений необходимо осуществлять временное блокирование пласта. Блокирующая композиция должна иметь плотность, обеспечивающую создание необходимого противодавления на забое скважины; достаточные структурно-механические свойства, обеспечивающие надежное блокирование пласта; не вступать в химические реакции с породой и пластовой жидкостью; не содержать в своем составе неразрушаемого кольматанта, способного загрязнять ПЗП; не вызывать набухания пород коллектора; в процессе освоения скважины извлекаться из пласта потоком газа при сравнительно низких депрессиях.

Указанными требованиями обладают составы, разработанные на основе газового конденсата, эмульгатора «Эмультал», гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости (ГКЖ) и алюмосиликатных микросфер (АСМ) (патент РФ

№ 2213762, совместно с Клещенко И.И.); на водной основе из хлорида магния (MgCl₂), гидроксида натрия (NaOH), карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и АСМ (патент РФ № 2309177, совместно с Обидновым В.Б.). Особенностью глушения скважин по новой технологии (заявка РФ № 2006116117*) являются первоначальное заполнение забоя блокирующей композицией и наличие в ее составе АСМ, которые за счет правильно подобранных размеров кольматируют пласт, не позволяя жидкости глушения проникать в пласт и загрязнять его. Кроме того, содержание АСМ только в блокирующей пачке позволяет устранить расслаивание блокирующей композиции, происходящее обычно в процессе извлечения лифтовой колонны (в том числе с комплексом подземного оборудования) и уменьшить объемы используемых при ремонте скважины технологических жидкостей.

Извлечение лифтовых колонн больших диаметров из скважин, эксплуатируемых по пакерной схеме. Сложность извлечения лифтовых колонн больших диаметров (более 146 мм), оборудованных пакерами, заключается в необходимости создания большего подъемного усилия (свыше 500 кН). Спущенный в составе лифтовой колонны пакер находится в зацеплении с эксплуатационной колонной, не дает освободить лифтовую колонну и поднять ее на длину, необходимую для установкиэлеватора.

Для извлечения таких лифтовых колонн предлагается технология подъема с помощью специально разработанной труболовки (патенты РФ № 2250978и №38820).

Извлечение пакера из наклонно направленной скважины. После долгих лет эксплуатации пакер теряет свои первоначальные характеристики, резиновые манжеты становятся менее эластичными, возрастают сила сцепления и прочность контакта со стенкой колонны, движущиеся части пакера блокируются механическими примесями, препятствуя его расфиксации и приведению в транспортное положение. При наличии песка в подпакерном хвостовике практически невозможно извлечь пакер из скважины стандартными инструментами, так как требуется создать усилие срыва, значительно превышающее допустимые нагрузки.При этом большие углы отклонения наклонно направленного ствола от вертикали и сложность профиля скважины дополнительно затрудняют процесс извлечения пакера.

Разработанная технология(патент № 2239046)извлечения пакера из наклонно направленной скважины основана на поэтапном проведении работ различными инструментами: первоначальной расфиксации пакера инструментом расфиксации; отрезания верхней части лифтовой колонны выше циркуляционного клапана фрезерным инструментом и подъема ее на поверхность; отсоединения пакера от оставшейся в скважине лифтовой колонны в байонетном замке метчикоми подъема ее на поверхность; последующего расхаживания подпакерного хвостовика с пакером механическим и гидравлическим яссами; срыва и извлечения пакера на поверхность.

Ликвидация негерметичности эксплуатационных колонн закачиванием новых герметизирующих композиций. На Уренгойском и Ямбургском месторождениях в наклонно направленных скважинах имеет место негерметичность эксплуатационных колонн. Чаще всего нарушается целостность резьбовых соединений эксплуатационной колонны, происходит ее излом в интервале искривления ствола скважины с появлением трещин различных величины и протяженности.

Через места негерметичности во внутреннюю полость эксплуатационной колонны может поступать газ, газовый конденсат, нефть или пластовая вода. Обычно такие скважины ремонтируют закачиванием в интервал негерметичности эксплуатационной колонны цементных растворов или спускают в скважину дополнительную колонну. Закачивание цементных растворов дает непродолжительный эффект, поэтому в дальнейшем требуется проведение повторного ремонта.

В связи с этим предложена новая технология ликвидации негерметичности эксплуатационной колонны (патент РФ

№ 2305754, заявка РФ № 2007100858*) (рисунок 6), которая заключается в следующем. Ниже интервала негерметичности 1 эксплуатационной колонны устанавливается цементный мост 2, а в самом интервале выполняются дополнительные перфорационные отверстия, через которые за колонну закачивается под давлением облегченная герметизирующая композиция.



Рисунок 6 - Технологическая схемаликвидации негерметичностиэксплуатационной колонны

3.Интервал негерметичности и дополнительные перфорационные отверстия перекрываются порцией расширяющегося цементного раствора. После завершения периода ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) цементный мост разбуривается, скважина осваивается и запускается в эксплуатацию. В качестве облегченной герметизирующей композиции рекомендуется применять композицию, состоящую из тампонажного портландцемента (ПТЦ), эпоксиполиуретанового полимера (ЭПУ), АСМ, латекса, триметилхлорсилоксана (ТМХС) и отвердителя. В качестве материала для цементного моста предлагается использовать расширяющийся цементный раствор, состоящий из ПТЦ, АСМ, гидрокарбоалюминатной добавки (ГКА), гипса, пластификатора и воды (или 4 %-ного раствора хлористого кальция).

Ликвидация негерметичности эксплуатационной колонны спуском дополнительной колонны меньшего диаметра осуществляется по известнойтехнологии. Недостатками такой технологии являются неизбежное увеличение высотных размеров устьевого оборудования и переобвязка устья трубопроводами. Особен ностью предлагаемой технологии является способ подвешивания дополнительной обсадной колонны (патент РФ № 41490) в ранее установленной колонной головке с помощью посадочного и подвесного переводников, соединенных между собой резьбовым соединением.

Рисунок 7 - Технологическая схемаликвидации притока пластовых вод

При этом увеличения габаритных размеров устьевого оборудования не происходит.

Ликвидацию притока верхних пластовых вод рекомендуется осуществлять за счет использования энергии пластовых вод, поступающих в скважину через места негерметичности эксплуатационной колонны (патенты РФ № 2309462 и № 58608). В скважине ниже интервала негерметичности 1 (рисунок 7) эксплуатационной колонны размещают пакер 2, отсекая с его помощью поступление пластовых вод из вышележащего пласта 3.

Над пакером создают давление, препятствующее подъему по затрубному пространству скважины пластовых вод 4.

При этом поступающая из вышележащего пласта вода скапливается над пакером 2 и создает дополнительное противодавление газу, движущемуся с забоя скважины вверх. Предлагаемый способ позволяет эксплуатировать скважину в условиях поступающей из вышележащего продуктивного горизонта пластовой воды и не проводить малоэффективные ремонты скважин по ликвидации этих притоков.

Консервация скважин установкой цементного моста из нового расширяющегося тампонажного материала. Как показывают результаты обследования,на законсервированных скважинахместорождений Крайнего Севера наблюдаются случаи недостаточной герметичности заколонного пространства в интервале продуктивного пласта. В скважинах имеются давления в межколонном, затрубном и трубном пространствах, что свидетельствует о несовершенстве применяемых технологий консервации скважин. С целью повышения надежности консервациипредлагается (патент РФ № 2301880) первоначально заполнить забой скважины в интервале продуктивного пласта блокирующей композицией и установить цементный мост, а после ОЗЦ закрепить установленный цементный мост дополнительной порцией тампонажного раствора. При этом в качестве дополнительной порции тампонажного раствора следует применять композицию, содержащую ПТЦ, ГКА, гипс, пластификатор и воду. Этот состав обладает повышенной подвижностью и обеспечивает надежное заполнение дефектов цементного моста, которые возникают в процессе ОЗЦ. После повторного ОЗЦ ствол скважины, в том числе интервал МП, заполняется газовым конденсатом.

Консервация скважин с использованием внутрискважинного оборудования. Консервацию скважин, оборудованных по пакерной схеме, допускается осуществлять с использованием глухих мостовых пробок. С целью сокращения продолжительности работ предлагается проводить консервацию с использованием забойного клапана-отсекателя (патент РФ № 35816). При реализации этого способа затрубное пространство скважины герметизируетсяс помощью эксплуатационного пакера (патент РФ № 2209295), конструкция которого обеспечивает надежность извлечения его после окончания срока консервации, а трубное пространство перекрывается забойным клапаном-отсекателем в закрытом положении (патент РФ № 1348503), устанавливаемым в посадочном ниппеле. Надпакерное пространство заполняется незамерзающим эмульсионным раствором (патент РФ№ 2211306).

Освоение скважин. В условиях АВПД вызов притока в обсаженных газовых скважинах (патент РФ № 2220280) предлагается проводить следующим образом. Лифтовая колонна с пакером спускается до забоя скважины, в интервал перфорации закачивается углеводородная жидкость.После этого лифтовая колонна с пакеромприподнимается до кровли продуктивного пласта, эксплуатационная колонна перфорируется, ПЗП очищается методом обратных промывок на разных режимах с поддержанием противодавления на пласт по замкнутому циклу. Затем скважина оставляется на расчетное время, после которого на ПЗП осуществляется воздействие методом переменных давлений (до 20 циклов). Скважинапромывается с поддержанием противодавления в течение не менее двух циклов. Затем осуществляется вызов притока пластового флюида из пласта, устанавливается пакер, в затрубное пространство скважины закачивается надпакерная жидкость, а в интервал МП ?незамерзающая жидкость, и скважина отрабатывается на факел. При этом время промывок в процессе очистки ПЗП на каждом режиме составляет не менее двух циклов. Снижение давления осуществляется ступенчато (через 0,3…0,5 МПа), а величинадепрессии при вызове притока и отработке скважины на факел рассчитывается из условия:

Р_пл Р_заб 0,7 Р_пл ,(7)

гдеР_пл , Р_заб? соответственно пластовое и забойное давления, МПа.

Перфорация эксплуатационной колонны проводится при соблюдении условия

Р_заб ~ Р_пл.(8)

Вывод скважин из бездействующего фонда. В настоящее время большинство месторождений природного газа Крайнего Севера осваиваются методом «опережающего» бурения, когда скважины сооружают, не дожидаясь обустройства промыслов и подвода к ним внутрипромысловых трубопроводов. В таких скважинах перфорируется интервал продуктивного пласта, осуществляется вызов притока газа из пласта, после чего скважина вновь глушится глинистым или солевым раствором соответствующей плотности. Длительное нахождение скважин (до 8…10 лет на Ямбургском месторождении) в ожидании подключения к внутрипромысловому трубопроводу под воздействием глинистого или солевого раствора негативно сказывается на их продуктивности. Успешно освоить скважину обычными методами, например снижением противодавления на пласт, как правило, не удается. По этой причине в бездействующем фонде находится достаточно большое количество скважин (например, только на Ямбургском месторождении около 7 % от общего фонда скважин). В таких случаях для вывода скважин практикуется повторное вскрытие продуктивного пласта бурением БС, проведением ГРП и (или) повторной перфорацией.

С целью ввода в эксплуатацию и восстановления продуктивности простаивающих газовых скважин с коллекторами, обладающими низкими ФЕС,в особенностирасположенных вблизи газоводяного контакта (ГВК), разработана новая комплексная технология (патент РФ № 2231630), предлагающая первоначальное проведение «щадящей» перфорации эксплуатационной колонны в интервале на 1…2 мниже текущего ГВК. Затем в обводнившуюся часть продуктивного пласта через образованные отверстия закачивается водоизолирующая композиция, формирующая водоизолирующий экран. Закачивание водоизолирующей композиции осуществляется через ГТ. При этом затрубное пространство скважины перекрывается пакером. Продавливание водоизолирующей композиции в пласт осуществляется с помощью продавочного раствора.Затем проводится «щадящая» перфорация эксплуатационной колонны ниже первоначального интервала перфорации, но выше текущего ГВК на 1…2 м. Через верхние перфорационные отверстия закачивается герметизирующая композиция, в качестве которой рекомендуется применять составы на основе поливинилового спирта (разработанные совместно с КлещенкоИ.И.). После этого внутри эксплуатационной колонны с помощью ГТ устанавливается цементный мост, перекрывающий интервал вновь образованных верхних и нижних перфорационных отверстий. Далее проводится «щадящая» повторная перфорация эксплуатационной колонны в первоначальном интервале с глубиной, превышающей пределы загрязненной зоны (например, глубина проникновения фильтратов бурового и солевого растворов в ПЗП бездействующих скважин Ямбургского месторождения достигает 200…280 мм). Затем осуществляются вызов притока и освоение скважины.

Ликвидация скважин с использованием устьевого оборудования. Обследование территории ликвидированных скважин показывает, что бетонные тумбы на устье разрушены, а на ряде скважин наблюдаются грифоны с газо- и водопроявлениями. С целью повышения надежности ликвидации скважин и увеличения сроков сохранности устьев скважин предлагается следующая технология (патент РФ № 2225500). Первоначально проводится глушение скважины, в интервале продуктивного пласта и над ним устанавливается цементный мост 1

(рисунок 8), ствол скважины заполняется глинистым раствором 2, в башмаке кондуктора устанавливается второй цементный мост 3, интервал МП заполняется незамерзающей жидкостью 4. ЗатемФА демонтируется до трубной головки 5.

Рисунок 8 - Технологическая схемаликвидации газовых скважинс использованиемустьевого оборудования

В стволе скважины на глубине от 3 до 5 м от устья, соответствующей глубине за-легания нейтрального слоя, устанавливается глухая пробка 6. Внутренние полости колонной 7 и трубной 5 головок и ствол скважины над глухой пробкой 6 заполняются цементным раствором 8, а боковые отводыи верхний фланец трубной головки герметизируются глухими фланцами 9. Такой способ ликвидации за счет установки на устье колонной и трубной головок устраняет вероятность разрушения цементного камня в ранее установленной на устье бетонной тумбе и позволяет повысить надежность ликвидации скважин.

Ликвидация скважин с использованием подземного оборудования. Для ликвидации скважин, оборудованных по пакерной схеме, в связи со сложностью и трудоемкостью извлечения эксплуатационного пакера предлагается технология (патент РФ № 2222687), предусматривающая использование пакера в качестве основы при установке цементного моста над продуктивным пластом. После отсоединения лифтовой колонны от пакера и извлечения ее из скважины цементный растворзакачивается во внутреннюю полость пакера и подпакерного хвостовика, а после ОЗЦ дополнительно выше пакера на 20…30 м, создавая надежный цементный мост. Дальнейшие работы по ликвидации скважины осуществляются по вышеприведенной технологии.

Предлагаемые технологии технологически сложных ремонтов использовались при проведении более 700 скважино-операций. Успешность КРС увеличилась в среднем на 10…15 %, а продолжительность сократилась в среднем на 25 %.

В четвертом разделе рассматриваются проблемы технически сложных ремонтов газовых скважин, необходимость в которых вызвана появлением более современных технических средств, в частности колтюбинговых установок.

Глушение пакеруемых скважин. Сложность глушения газовых скважин заключается в том, что они вскрывают газовую залежь большой толщины, а лифтовые колонны обычно спущены до верхних отверстий интервала перфорации. В этом случае продавить блокирующуюкомпозициюна всю толщину интервала перфорации проблематично. Блокирующая композиция будет проникать в наиболее проницаемую часть пласта. После этого жидкость глушения будет циркулировать над оставшейся частью блокирующей композиции, не продавливая ее в ПЗП, то есть продуктивный пласт будет заблокирован не полностью. Это может привести к неконтролируемому притоку газа из пласта, т.е. к открытому фонтану и, возможно, к пожару.

Для обеспечения надежного глушения пакеруемых газовых скважинпредлагаются несколько технологий с использованием ГТ (разработанных совместно с Обидновым В.Б.).

Во внутреннюю полость лифтовой колонны (заявка РФ № 2006122789*) до нижних отверстий перфорации спускается ГТ, через которую в трубное пространство скважины закачивается жидкость глушения с одновременным выпуском газа через кольцевое пространство между лифтовой колонной и ГТ на факельную линию. Затем перекрывается внутренняя полость ГТ, последовательно закачиваются в кольцевое пространство блокирующая композицияи жидкость глушения. Затем блокирующая композиция продавливается в ПЗП, после чего из скважины извлекается ГТ. В случае вскрытия скважиной пласта большой толщины или нескольких пластов ГТ спускают до нижних отверстий интервала перфорации, а блокирующая композиция продавливается в пласт при одновременном подъеме ГТ в интервале перфорации.

При невозможности открытия циркуляционного клапана и создания циркуляции в трубном и затрубном пространствах глушение скважин предлагается проводить по следующей технологии (заявка РФ № 2006122803*). В скважину до нижних перфорационных отверстий спускается ГТ, через которую в трубное пространство скважины первоначально закачивается жидкость глушения. Затем через ГТ закачивается блокирующая композиция, продавливается в ПЗП с одновременным передвижением ГТ в интервале перфорации и поддержанием противодавления в кольцевом пространстве. После извлечения из скважины ГТ затрубное пространство скважины над пакером заполняется жидкостью глушения. Скважина оставляется на технологически необходимое время, после чего скопившийся газ выпускается из трубного и затрубного пространств скважины.

Наиболее оптимальной технологией глушения пакеруемых скважин следует считать технологию так называемого «щадящего глушения» (заявка РФ№ 2006123985* совместно с Ткаченко Р.В.). По этой технологии первоначально в скважину через ГТ закачивается блокирующая композиция в объеме, необходимом для заполнения забоя в интервале перфорации, после чего ГТ приподнимается над интервалом перфорации, и кольцевое пространство заполняется жидкостью глушенияс одновременным выпуском газа на факельную линию. После извлечения из скважины ГТ открывается циркуляционный клапан, и затрубное пространство скважины над пакером заполняется жидкостью глушения с одновременным выпуском газа из затрубного пространства через факельную линию в атмосферу.

При глушении скважин, не оборудованных пакером (заявка РФ№ 2006122773*), взатрубное пространство скважины рекомендуется закачивать жидкость глушения с одновременным выпуском газа через трубное пространство на факельную линию, а также блокирующую композицию из расчета заполнения ею всего интервала перфорации. Блокирующая композиция продавливается на забой скважины жидкостью глушения. Затем во внутреннюю полость лифтовой колонны до нижних перфорационных отверстий спускается ГТ, в которую закачивается жидкость глушения, блокирующая композиция продавливается в пласт с одновременным подъемом ГТ в интервале перфорации и поддержанием противодавления в затрубном и кольцевом пространствах.

Изоляция притока пластовых вод. Сложность изоляционных работ с использованием ГТ заключается в необходимости прокачивания через ее небольшое поперечное сечение быстросхватывающихся и вязких тампонажных растворов. Для обеспечения надежного прокачивания таких растворов предлагаются несколько новых технологий.