Полный текст

Актуальность

Как известно, на целостность и герметичность цементного моста (ЦМ) и цементного камня (ЦК) за- и межколонными пространствами нефтяных и газовых скважин влияют следующие факторы:

• усадочная деформация и деструкция (нестабильность) ЦК во времени;
• расширения и сжатия эксплуатационной колонны (ЭК) и ЦК из-за циклических изменений давления (Р) и температуры (Т) при эксплуатации скважины;
• динамические воздействия при спуско-подъемных операциях (СПО) во время подземного и капитального ремонтов (ПРС/КРС);
• расширения обсадной колонны (ОК) и сжатия цемента при опрессовках;
• перфорации, создающие ударные нагрузки на ЭК.

Естественно, что негерметичность ЦК может усиливаться из-за плохого качества первичного цементирования скважин, а именно, из-за наличия глинистой корки между стенками скважин и ЦК, которая присуща всем месторождениям. Толстая глинистая корка на стенках скважины мешает хорошему сцеплению цемента с породой, а ПФ и ВГС проникает в цемент в процессе его схватывания. Образуются водные и газовые языки, нарушается сцепление цемента с ЭК при циклическом нагружении. В период критической гидратации обычный цементный раствор теряет способность передавать гидростатическое давление на пласт. Когда это происходит, ПФ и ВГС свободно мигрируют в цемент и образуют каналы для дальнейшего поступления ПФ и ВГС. Также на качество герметизации заколонного пространства отрицательно влияют седиментация и контракция цементного раствора, неполное вытеснение бурового раствора и другие факторы.

Отслоения ЦМ и ЦК от ЭК и разрушение цемента за колонной приводят к появлению изолированных пустот (трещины, зазоры, каверны), на которых со временем начинают скапливаться пластовый флюид (ПФ) и/или водогазовая смесь (ВГС). С течением времени такие трещины и зазоры превращаются в каналы для циркуляции заколонного перетока, преимущественно по контакту ОК с ЦК (по контакту металл-цемент) и по контакту ЦК со стенкой скважины (рис. 1) [1, 2].

Рисунок 1. Виды разрушения цементного моста и камня за колонной

Figure 1. Barrier and cement fill failure modes

В результате негерметичности зацементированного заколонного пространства при сформированном ЦК из водоносных и промытых зон сильнообводненных пластов нагнетаемая и контурная вода может прорываться в продуктивный пласт. Кроме того, заколонный переток соленых вод и рассолов агрессивно воздействуют на металл и становятся причиной сквозных коррозионных отверстий в ЭК. Также ВГС может поступать в ствол скважины из-за нарушения герметичности ЭК (в основном муфтовых соединений) и в результате разрушения ЦМ.

Таким образом, неудовлетворительное техническое состояние скважин из-за нарушения сцепления цемента с ЭК и потери герметичности ОК и заколонного пространства снижают поступление ПФ из продуктивного пласта и увеличивают общую обводненность добываемой продукции (увеличивают объемы воды, попутно добываемой и закачиваемой системой поддержания пластового давления), что является одной из причин, способствующих выходу скважин из действующего фонда.

Обводненность скважин наряду с производительностью является одним из важнейших показателей, определяющих величину прямых затрат на добычу нефти, поэтому для снижения обводненности добываемой продукции и интенсификации добычи нефти, а также продления срока службы скважин требуется проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) или технологии ограничения водопритоков (ОВП), таких как: перфорация специальных отверстий на ЭК с последующей закачкой тампонирующего изоляционного состава (микроцементы, полимерные материалы, затвердевающие составы, синтетические смолы и др.); закачивание селективных и неселективных материалов (гелеобразующие, осадкообразующие реагенты, гидрофобизаторы и пенные системы); использование двухпакерной системы; установка металлических, гофрированных, полимерных, извлекаемых пластырей или заплаток; спуск дополнительной ЭК. Причем особую актуальность приобретает эффективность РИР на скважинах, нацеленных на доизвлечение остаточных запасов уже разрабатываемых месторождений, так как они имеют обустройство и технически могут эксплуатироваться. Кроме того, стоимость РИР кратно ниже бурения новых скважин.

В то же время существующие в настоящее время технологии РИР и ОВП, в частности, использование дисперсных тампонажных составов на основе цемента, обладают низкой эффективностью. Этим составам свойственны невысокая седиментационная устойчивость и высокая вязкость; они легко разделяются на фазы, взаимодействуют с пластовыми жидкостями, газами и горными породами с ухудшением своих характеристик.

Многократное повторение тампонирования скважин с нарушениями эксплуатационных колонн до достижения герметичности, даже с учетом доступности, низкой цены и простоты использования, во многих случаях делает применение минеральных тампонажных материалов экономически нецелесообразным.

Наличие каналов в зацементированном межколонном пространстве крепи скважин является также главной причиной межколонных проявлений в нефтегазовых скважинах. Наличие высокого межколонного давления(МКД), обусловленные заколонными перетоками ПФ и ВГС с дальнейшим их прорывом к устью скважины может привести к осложнению, имеющее широкое распространение в мировой практике эксплуатации скважин: создает угрозу разгерметизации устьевого оборудования, нарушения целостности ОК, что, в свою очередь, может привести к грифонообразованию, неуправляемому фонтану, возникновению техногенных залежей. Особую актуальность проблема МКД приобретает на месторождениях с высоким газовым фактором, ПФ которых содержит агрессивный и токсичный сероводород. Причем, потенциально опасным можно считать МКД на любых скважинах, находящихся в эксплуатации, консервации, а также наблюдательных, нагнетательных или ликвидированных.

Не менее серьезной проблемой, влияющая на косвенные затраты добычи нефти и газа, является физическая ликвидация скважин (ФЛС). Согласно «Правила ликвидации и консервации объектов недропользования» ФЛСдолжна обеспечить надежную изоляцию газонефтеводяных пластов друг от друга и от дневной поверхности, предупреждающие перетоки как по внутреннему пространству ЭК, так и по заколонным и межколонным пространствам, а также грифонообразования вокруг устья скважины.

При ФЛС установка цементных мостов внутри ЭК является не только обязательной процедурой, но в ряде случаев и основным способом обеспечения изоляции скважины от внешней среды. Однако мировая практика показывает, что при ФЛС установка ЦМ внутри ЭК без ее вырезания на дефектных участках ЭК и заколонного пространства недостаточно эффективна, так как заколонный переток ВГС сквозь нарушения ЦК, особенно на контакте металл-ЦК может происходить и после ФЛС на протяжении многих лет. Под действием газа и минерализованных пластовых вод происходят разрушение ЦМ и заколонного ЦК, коррозия ОК и устьевого оборудования. Перетоки как по внутреннему пространству ЭК, так и по заколонным и межколонным пространствам может привести к грифонообразованию вокруг устья скважины. Переликвидация негерметичности на уже ликвидированной скважине, возможно, через десятки лет после прекращения ее функционирования. Особенно это касается скважин 1-й и 2-й категории опасности: сероводородсодержащие скважины и скважины с аномально высоким пластовым давлением, а также скважины с повышенным пластовым давлением и газовых скважин.

Описание системы ProMILL

Для надежной ликвидации скважин, устранения высокого МКД и проведения РИР на скважинах с неудовлетворительным техническим состоянием компания Wellbore Integrity Solutions* (WIS) предлагает прогрессивную технологию на основе ProMILL™ (Trip-saving milling and underreaming system) [2, 3].Система фрезерования и расширения ProMILL включает в себя узел мостовой пробки (Optional Bridge Plug),коническую фрезу (Taper Mill), секцию фреза (Section Mill) и расширитель с высоким передаточным числом(Underreamer, PMUR) в одном решении (рис. 2).

Рисунок 2. Система ProMILL включает в себя узел мостовой пробки, коническую фрезу, секцию фреза ирасширитель с высоким передаточным числом.

Figure 2. The ProMILL system comprises of Optional Bridge Plug, Taper Mill, Section Mill and ProMILL Underreamer (PMUR).

Система ProMILL – это технология фрезерования ЭК и заколонного ЦК до породы с последующей очисткой ствола скважины и установки надежного бетонного барьера (тампонажного раствора с необходимыми реологическими свойствами) от породы к породе. ProMILL объединяет несколько операций в один спуск для максимальной эффективности работы. Секция фреза Section Mill предназначен для сплошного фрезерования участка ЭК по всему диаметру в любом интервале ствола скважины, а расширитель Underreamer служит для очистки (разрушения и удаления) ЦК за колонной (рис. 3, табл. 1).

Рисунок 3. Система ProMILL объединяет несколько операций в один спуск для максимальной эффективности работы, устранения всех путей утечки и создания надежного барьера от породы к породе.

Figure 3. The ProMILL system combines multiple operations into a single trip to maximize operational efficiency, eradicate all leak paths and deliver a true rock-to rock barrier.

Таблица 1. Спецификация системы ProMill

Table 1. ProMill System Specifications

Tool series	5500	8000	11700
Casing sizes, in.	85/8; 7; 65/8	103/4; 95/8	16; 14; 133/8
Underreaming opening sizes, in.	131/2; 93/4; 9	20, 171/2; 15; 131/2	22; 20
Underreaming scraper arm sizes, in.	121/8; 81/2	185/8; 171/2; 121/4	N/A

 

Таким образом система ProMILL устраняет все потенциальные пути утечки ПФ и ВГС, включая каналы, микротрещины и глинистой корки, подготавливая чистое основание для бетонного барьера (рис. 4).

Рисунок 4. Установка цементного моста на готовом месте скважины (С помощью ликвидационного барьера система ProMILL устраняет все пути утечки, обеспечивая при этом зональную изоляцию от породы к породе).

Figure 4. Repaired annulus and cement plug in place (The ProMILL system eradicates all leak paths from the abandonment barrier while achieving rock-to-rock zonal isolation).

После разбуривания бетонного барьера можно, например, установить металлические заплатки, расширяемые на скважине при помощи раздуваемого пакера, или спустить фильтр для эксплуатации неустойчивых по литологии продуктивных горизонтов (после отсечения водопритока). В качестве альтернативы тампонажным составам на основе цемента могут быть использованы специальные затвердевающие составы, полимерные смолы и др. [4, 5]

Компанией WIS также успешно применяется инновационное эффективное решение ProMILL Duo™ (Dualcasing section milling system), которое позволяет фрезеровать сразу две ОК (рис. 5) [2, 3].

Рисунок 5. Система ProMILL Duo.

Figure 5. The ProMILL Duo system.

ProMILL Duo включает в себя узел мостовой пробки (Bridge Plug), коническую фрезу (Taper Mill), модуль активной стабилизации (Active Stabilization Module), секцию фреза с высоким коэффициентом расширения (High Expansion Ratio Section Mill) и расширитель Underreamer (PMUR). Высокая степень расширения секции фрезаProMILL Duo позволяет ей проходить через внутреннюю ОК во втянутом состоянии и при срабатывании раскрываться на больший диаметр для фрезерования наружной ОК с муфтой. Модуль активной стабилизации оптимизирует динамические характеристики и сводит к минимуму вибрацию КНБК (BHA). Расширение скважины для создания барьера «порода к породе» осуществляется с помощью PMUR (рис. 6).

Рисунок 6. Фрез с увеличенным выходом и гидравлический стабилизатор обеспечивают эффективную систему фрезерования через двойную колонну (слева). Создание барьера от породы к породе обеспечивается с помощью ProMILL Underreamer (PMUR).

Figure 6. The extended reach Section Mill and hydraulic Stabilizer provides an efficient milling system in dual casing abandonment applications. A rock-to-rock barrier is enabled by using the ProMILL Underreamer (PMUR).

Выдвижение в рабочее положение лопастей ProMILL (ProMILL Duo) с режуще-фрезерными элементами WavEdge и TruEdge, армированных высококачественным композиционным материалом, осуществляется под действием перепада давления жидкости в корпусе фреза. Элементы WavEdge и TruEdge являются результатом детального научно-исследовательского проекта, лабораторных и полевых испытаний, и обеспечивают долговечность, высокую скорость фрезерования (ROP), превосходные качества очистки ствола скважины и возможность эффективного выполнения фрезерования через двойную ОК. В комплект входит обратный клапан, предотвращающий забивание шламом инструмента во время СПО.

Преимущества применения системы ProMILL

По сравнению с существующими способами РИР, ликвидации скважин и МКД система ProMILL (ProMILL Duo) имеет следующие преимущества:

• бетонный барьер обеспечивает надежную изоляцию от породы к породе, т.е. устраняет путей миграции и перетоки ВГС в заколонном пространстве и цементном стакане в области забоя, а также потери герметичности ОК;
• выполнение операций за один рейс сокращает время проведения работ (экономит время работы станка КРС и обеспечивает высокую производительность);
• обеспечивает эффективную изоляцию продуктивного пласта от жидкости и газа других пластов (когда пластовые воды непосредственно подстилают продуктивный горизонт), от проницаемых пород и дневной поверхности, а также нижележащих горизонтов в случае зарезки бокового ствола (ЗБС);
• предотвращает переток пластовых и закачиваемых жидкостей из пласта в пласт или в водоносный пласт, и выхода их на поверхность, когда необходимость проведения работ в первую очередь диктуется требованиями охраны недр и окружающей среды;
• позволяет отключить выработанных интервалов пласта или определенных пластов, если одновременно ведется добыча из нескольких пластов;
• обеспечивает изоляцию нижележащих горизонтов в нагнетательных скважинах с целью организации ППД в необходимый пласт;
• повышается надежность (достигается 100% успешность) ликвидации скважин;
• достигается высокая эффективность ликвидации МКД;
• незаменим в сложных случаях, когда другие способы РИР оказываются бессильными решить проблемы восстановления целостности и герметичности ЭК и ЦК, устранения заколонного перетока жидкости, или же экономический расчет показывает их неэффективность;
• увеличивается межремонтный период (МРП) работы скважин и исключаются затраты на многократные РИР.

Работы с применением системы ProMILL в каждом отдельном случае проводится с учётом многих показателей: геолого-физических особенностей продуктивного пласта или пласта-обводнителя, протяженности участка, наклона скважины, гидродинамических условий, существующего опыта проведения РИР на данном месторождении, оснащенности техникой и материалами КРС компании и т.д. Повысить эффект от использования технологий ProMILL можно путем применения комплексного подхода к проведению работ при подборе скважин-кандидатов. Проектирование и выполнение работ осуществляются высококвалифицированными специалистами WIS, имеющими многолетний практический опыт проведения соответствующих работ.

Результат успешного применения технологии ProMILL в Казахстане

В 2024 году впервые в Казахстане была проведена работа по ликвидации нефтяной скважины с надежным устранением негерметичности межколонного пространства путем установки цементного моста. Для выполнения данной работы компания WIS использовала систему ProMILL, позволяющая выполнить все операции за один рейс, объединяющую секцию фреза 5500 K-Mill с ножами, оснащенными передовой технологией TruEdge™, и 5500 High-Ratio Underreamer (HRU) со специально разработанными скребками, с вставленными PDC [6].

Предварительно был проведен комплексный гидравлический анализ для определения оптимальных параметров потока промывочной жидкости для эффективной работы инструмента и улучшенного удаления стружки и шлама для каждого этапа выполнения ProMILL, включая вырезку, фрезерование и расширение HRU.

Рисунок 7. Схема фрезерования и расширения окна

Figure 7. Section Milled & Underreamed window schematic

На этапе фрезерования был успешно отфрезерован участок длиной 20,9 м высокопрочной, устойчивого к сероводороду, обсадной колонны (32 ppf, SM-90SSU) диаметром 7” (177,8 мм) со средней скоростью проходки (ROP) 0,31 м/ч. После активации расширителя с высоким передаточным числом HRU общий интервал фрезерования и удаления ЦК внутри ОК 9^5/8” достиг 19,8 м - и все это за один рейс. Износ ножей K-Mill составил всего 16%, что подчеркивает исключительную долговечность запатентованной технологии пластин TruEdge от WIS даже после 67,3 часов непрерывного фрезерования.

Дополнительная информация

*Wellbore Integrity Solutions (WIS) - общепризнанный мировой лидер по оказанию услуг по улучшению, поддержанию и восстановлению технического состояния целостности скважины с этапа строительства до ее ликвидации, путем разработки и модификации необходимых для этого технологии, оборудования и инструментов. При этом под целостностью скважины подразумевается безопасная и эффективная добыча ПФ через ствол скважины и предотвращении нежелательного потока флюидов внутри или снаружи ОК.

WIS специализируется на предоставлении широкого набора передовых технологий, оборудования, инструментов и инженерных услуг, направленных на продление жизненного цикла нефтяных, газовых и геотермальных скважин.

После приобретения бизнеса Fishing and Remedial (Red Baron), DRILCO и Thomas Tools у Schlumberger c 2020 года WIS работает как полностью независимая компания, со штаб-квартирой в г. Хьюстон (штат Техас, США). При этом сделка о передачи бизнеса включала в себя переход интеллектуальной собственности, технологий и торговых марок, а также соответствующие производственные активы, инженерные и научно-исследовательские центры.

WIS сфокусирована на поставку качественной технологии, продукции и услуг, включающие в себя:

• ликвидация скважин и МКД, а также ремонтно-изоляционные работы с применением эффективной системы ProMILL и инновационной технологии диагностики негерметичности скважин FiberLine Intervention;
• внутрискважинная обработка, очистка и восстановление скважин, в т.ч. путем ЗБС (ЗБГС);
• устранение сложных аварий скважин при бурении и КРС (в т.ч. аренда «ловильных корзин»);
• инспекция (диагностика) и ремонт бурильных труб и НКТ, а также производство инструментов и оборудования на современных производственных цехах, и их аренда;
• оказание инженерных консультационных услуг и другие.

WIS ведет производственную деятельность в 6 регионах мира (Сев. и Латинская Америка; Европа, Запад. и Вост. Африка; Россия и Каспийский регион; Ближний Восток, Сев. Африка и Индия; Юго-Восточная Азия и Австралия) и в более чем 25 странах.

Филиал нашей компании – ТОО Wellbore Integrity Solutions Kazakhstan LLP - имеет сервисные центры в городах Актау и Аксай с производственными цехами и уникальным оборудованием, где трудятся более 60 казахстанских специалистов с соблюдением всех процедур западных производителей оборудования и инструментов. В настоящее время филиал оказывает услуги таким компаниям, как АО НК «КазМунайГаз», ТОО «Тенгизшевройл», Карачагана́к Петро́леум Опере́йтинг Б.В., NCOC, Шлюмберже Лоджелко ИНК, Korea NationalOil Corporation Kazakhstan, Magnetic Oil Ltd., Dunga Operating GmbH и др.

Об авторах

Милат Ермеков

Wellbore Integrity Solutions

Автор, ответственный за переписку.
Email: milbor090@gmail.com

доктор технических наук, технический консультант по добыче нефти и газа

США

Тимур Мустафин

Wellbore Integrity Solutions

Email: Timur.Mustafin@wellboreintegrity.com

Менеджер по развитию бизнеса

США

Список литературы

Дополнительные файлы