Новейшие технические решения для крепления скважин
В последнее время происходит увеличение объемов горизонтального бурения для добычи нефти и газа на суше и на шельфе России, при этом наблюдается повышение сложности горно-геологических и технико-технологических условий строительства и эксплуатации скважин. Это проявляется в повышенной сложности профилей (траекторий) стволов скважин, увеличении пространственной интенсивности искривления, также в увеличении отходов от устья (отклонение от вертикали), а зачастую в необходимости строительства скважин в условиях геологической несовместимости, в том числе из-за выработки ряда месторождений.
Все эти факторы отрицательно влияют, в том числе и на качество условий разобщения и крепления пластов, а соответственно, требуют постоянного поиска новых и совершенствования известных технических и технологических решений в области крепления скважин. В статье представлены технические особенности и преимущества инновационных разработок TESCO - CDS™, TesTork™, SSES™ и CPLS™, а также приводятся примеры успешного применения системы спуска колонн и цементирования с вращением при креплении скважин в России.
бурение скважина газ нефть
Для успешного спуска эксплуатационных обсадных колонн на плановые глубины, а также для качественного цементирования скважин требуется привлечение самых современных разработок в этой области. Представляем новейшие технические решения для спуска обсадных колонн и для повышения качества цементирования методом вращения обсадных колонн при промывках перед цементированием и непосредственно во время цементирования, а также достижения TESCO Corporation в этом сегменте нефтесервисных услуг.
TESCO Corporation является мировым лидером на рынке предоставления в аренду систем верхнего привода, а также оказания сервисных работ по спуску обсадной колонны с применением собственной инновационной разработки. Компания на глобальном рынке уже почти 25 лет, из них в России почти десятилетие (с 2008 г.).На момент написания статьи компания в стадии интеграции в Группу Компаний NABORS.
TESCO Corporation оказывает сервисные услуги по спуску обсадной колонны с применением собственной инновационной разработки - системы Casing Drive System™ (CDS™). Данная технология была изобретена TESCO для бурения на обсадной колонне, но функционал настолько широк, что может использоваться для реализации разных задач. Путем снижения затрат на выполнение буровых работ и сокращения непроизводительных потерь времени (НПВ) мы повышаем реальную экономическую эффективность для Заказчиков.
Система CDS™ позволяет расширить возможности верхнего привода буровой установки и использовать его для свинчивания резьбовых соединений обсадной колонны. Система CDS™ полностью заменяет стандартный набор оборудования для спуска обсадных колонн. Наличие гидравлического вертлюга у системы CDS™ позволяет вращать обсадную колонну при спуске, циркуляции и расхаживании (к примеру, при больших коэффициентах трения вращение позволяет их кратно снизить), а также осуществлять циркуляцию и долив во время спуска обсадных колонн. Дополнительно система CDS™ позволяет приступить к проработке ствола скважины в месте получения посадки. Наличие дополнительного независимого моментомера TesTork™ (с беспроводной передачей данных WTTS) позволяет регистрировать и контролировать в режиме реального времени и с записью в память на электронный носитель показатели момента свинчивания через адаптированную компьютерную систему.
Система оснащена регулируемыми по длине штропами, которые позволяют на большинстве буровых установок брать трубу сразу с мостков. Грузоподъемность гидравлического элеватора для одиночных труб составляет 5 т, что более чем достаточно для одной трубы. Грузоподъемность самого же CDS™ составляет от 350 до 750 т. Также имеются новейшие компактные системы длиной всего 2 метра. Так как CDS™ автоматизирована и управляется удаленно, то при работе с ней не требуется привлечения верховых рабочих, по сравнению с Fill Up Tool и спайдер-элеваторами. Соответственно, также исключаются риски из-за работы с ключами, т.к. это не требуется при CDS™.
Использование CDS™ существенно сокращает количество оборудования и персонала, требуемого для спуска обсадной колонны; обеспечивает высокий уровень механизации работ и устраняет необходимость работы персонала в особо опасных условиях.
Преимущества применения CDS™ очевидны: исключаются использование громоздких спайдер-элеваторов, привлечение верхового рабочего, использование циркуляционного оборудования (Fill-Up Tools) и силовых ключей. Таким образом, использование CDS™ существенно сокращает количество оборудования и персонала, требуемого для спуска обсадной колонны; обеспечивает высокий уровень механизации работ и устраняет необходимость работы персонала в особо опасных условиях.
В отличие от «традиционного» спуска колонн и свинчивания труб при помощи обыкновенных силовых ключей наши разработки, помимо непосредственно свинчивания труб, позволяют осуществлять следующие действия: спуск колонны с доливом колонны во время спуска, с циркуляцией во время спуска и одновременными расхаживанием, вращением при спуске, с проработкой при спуске колонны с созданием (передачей) нагрузки (части веса СВП). Данная технология позволяет минимизировать риски получения дифференциального прихвата, посадок, прилипания колонны. Возможность вращения с нагрузкой в зоне осложнений (обвалов/осыпей горных пород, сужение, «выпучивание» и т.д.) способствует достижению плановых глубин спуска колонн. Также спуск с циркуляцией и вращением позволяет достичь снижения коэффициента трения, что особенно актуально для скважин со сложными горно-геологическими условиями и сложными профилями (траекториями) ствола скважин, горизонтальных скважин вообще, и ERD (БОВ) скважин в частности. Отдельного внимания заслуживают наши разработки оборудования и технологий для повышения качества цементирования колонн. Ведь факторы, влияющие на качество цементирования обсадных колонн, следующие:
а) состояние ствола скважины и качество бурового раствора;
б) центровка (центрирование) обсадной колонны относительно оси ствола скважины;
в) расхаживание (либо вирамайна, либо вращение);
г) сокращение времени на рабочие операции;
д) скорость прокачки цемента.
Таблица 1
На поиск решения в инженерном центре TESCO Corporation повлияло то, что на некоторые из перечисленных факторов, может оказать непосредственное влияние оснащение буровых установок специализированным оборудованием. TESCO Corporation с 2015 г. в Российской Федерации успешно применяет свою инновационную разработку - вращение колонны при цементировании. Система CDS™ может оснащаться системой Cementing Plug Launching System (CPLS™), представляющей собой специальный цементировочный вертлюг Swivel/Side Entry Sub™ (SSES™) с возможностью вращения обсадных колонн при цементировании. Данная система уникальна, не имеет аналогов в мире. Только CPLS™, в отличие от конкурентов, позволяет в оперативном режиме (10 - 20 минут) осуществлять переход после промывки на забое к цементированию обсадной колонны с вращением обсадной колонны.
Очевидно, что чем меньше по времени ствол скважины остается открытым, тем лучше качество крепления. Поэтому отдельного внимания заслуживают не только технологические, но и технические преимущества. Меньшие габариты и меньший вес CDS™ и CPLS™ по сравнению с конкурентами - как следствие - ускорение времени на колонны.
бурение скважина газ нефть
Очевидно, что чем меньше по времени ствол скважины остается открытым, тем лучше качество крепления. Поэтому отдельного внимания заслуживают не только технологические, но и технические преимущества. Меньшие габариты и меньший вес CDS™ и CPLS™ по сравнению с конкурентами - как следствие - ускорение времени на ПЗР, монтаж и демонтаж.
При вращении колонны перед и во время цементирования увеличивается коэффициент замещения бурового раствора цементным раствором и соответственно, улучшается распределение. Также данная технология способствует минимизации заколонных перетоков и межколонных давлений.
Наш опыт, оборудование и технологии позволяют с честью выдерживать серьезные горно-геологические и скважинные условия. Оборудование CDS & CPLS рассчитано на крутящий момент 50 кФнт*фт (что соответствует 67.8 кН*м). В России и СНГ мы за последние два года выполнили более 100 работ. При этом, в последнее время, увеличивается доля работ именно с вращением при цементировании. Все работы успешные. Качество сцепления цемента при вращении - повышается кратно.
Для примера - у нас выполняются работы по спуску колонн и цементированию с вращением:
*ОК 178 мм глубиной 3222 м, TVD~2700 м (частота 25 мин-1, крут. момент при цементировании 19 кН*м);
*ОК 245 мм глубиной 2656 м, TVD~1000 м (частота 12 мин-1, крут .момент при цементировании 39.4 кН*м).
Также мы спускали колонны в различных вертикальных скважинах:
*ОК 340 мм на глубину 2854 м;
*ОК 273 мм на глубину 3552 м;
*ОК 245 мм на глубину 3855 м;
*ОК 194 мм на глубину 4132 м.
Также мы спускали колонны в скважинах с большим отходом от вертикали (БОВ, ERD wells), при этом показатели достижений говорят сами за себя:
*ОК 340 мм на глубину 1605 м (зенитный угол 72°);
*ОК 245 мм на глубину 5630 м (зенитный угол 75°, отход от вертикали 4346 м);
*ОК 178 мм на глубину 6997 м (зенитный угол 75°, отход от вертикали 5675 м, TVD 2820 м).
Благодаря техническим и технологическим преимуществам оборудования производства TESCO буровые установки, оснащенные системами CDS™ выполняют операции по спуску обсадной колонны более безопасно и эффективно, сводятся к минимуму ручные операции с обсадными трубами на буровой площадке и снижаются повышенные риски при применении стандартных приводных (гидравлических) ключей.
Нашими Заказчиками и Операторами в России являются - ПАО «НОВАТЭК», ОАО «Ямал СПГ», АО «Роспан Интернешнл», АО «Мессояханефтегаз», АО «Инвестгеосервис», «Эриелл НГС», ОАО «ССК», ГК «Интегра» и другие. Производится ряд работ в Республике Казахстан.
Качество цементирования с вращением выше, чем без вращения:
*По проекту «Мессояха» - сплошное сцепление по всему интервалу цементирования выше на 89 %, по интервалу облегченного цемента улучшение на 67 %, а по интервалу тяжелого цемента улучшение средних показателей более чем в 2,4 раза;
*По проекту «Ямал СПГ» - повышение коэффициента цементирования выше на 20 %, отсутствие заколонных перетоков и отсутствие межколонного давления на скважинах за счет совмещения технологий цементирования и вращения ОК.
Экономическая эффективность (табл.):
*В сравнении с обычным методом спуска колонн применение CDS™ позволило снизить временные затраты на 20 %;
*В сравнении с конкурентами CDS™ монтаж системы спуска быстрее в четыре раза, скорость спуска выше на 27 - 35 % (в зависимости от типоразмера колонн), монтаж цементировочной системы быстрее в восемь раз, демонтаж систем быстрее в 2 - 3 раза.
С использованием CDS™ во всем мире уже произведено спуски более 40 миллионов метров обсадных труб.