image
energas.ru

Газовая промышленность № 10 2017

Бурение и строительство скважин

01.10.2017 11:00 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТТАИВАНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ НА КУСТОВЫХ ПЛОЩАДКАХ НОВОПОРТОВСКОГО НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В статье приводятся результаты внедрения в конструкцию скважины теплоизолированного направления – термокейса – в целях оптимизации расположения скважин на кустовой площадке, а также минимизации негативного воздействия процесса разработки месторождения на окружающую среду вследствие оттаивания многолетнемерзлых грунтов (ММГ). Установлены требования к проектированию добывающих нефтяных и нагнетательных скважин для конкретных геологических и климатических условий Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ), позволяющие предупредить возникновение осложнений, характерных для криолитозоны. Дана оценка экономического эффекта от снижения затрат на инженерную подготовку кустовой площадки.
Ключевые слова: ТЕРМОКЕЙС, КУСТОВЫЕ ПЛОЩАДКИ, МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ, КРИОЛИТОЗОНА, ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ, СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ИНЖЕНЕРНАЯ ПОДГОТОВКА.
Открыть PDF


При строительстве и эксплуатации нефтедобывающих скважин на Новопортовском НГКМ, особенно при кустовом способе добычи, могут возникнуть осложнения, вызываемые процессами оттаивания и обратного промерзания ММГ.
К таким осложнениям относятся: образование приустьевых воронок (рис. 1), смятие колонн давлением обратного промерзания водосодержащих масс в межколонном и заколонном пространствах и потеря под действием веса ремонтного оборудования несущей способности мерзлого основания, перекрывающего талую зону в приустьевой зоне скважин.

Прогнозу таких осложнений и борьбе с ними посвящено значительное число как научно-исследовательских работ, так и нормативных документов. В то же время мероприятия по предотвращению нештатных ситуаций, связанных с влиянием скважин на ММГ, в каждом конкретном случае обусловливаются в первую очередь местными геокриологическими условиями. Они различаются в зависимости от географических, климатических и геологических условий месторождений.

1.png

Новопортовское НГКМ расположено в тундре Ямальского района ЯНАО вдали от транспортной и энергетической инфраструктуры. При размещении кустовых площадок на многолетнемерзлых породах (ММП) расстояние между устьями скважин не должно превышать двух радиусов оттаивания пород вокруг устья скважин [1]. По данным прогнозного теплотехнического расчета [2], тридцатилетняя эксплуатация скважины типовой конструкции с нетеплоизолированным направлением обсадной колонны с температурой флюида 60 ºС приводит к оттаиванию грунтов в радиусе 8,8 м. При этом минимально допустимое расстояние между скважинами на кустовой площадке составляет 17,6 м.

1_1.png

ИССЛЕДОВАНИЯ

Транспортная и ресурсная ограниченность Новопортовского НГКМ дала предпосылки для исследования способов оптимизации проектных решений по расположению скважин на кустовых площадках. Цель оптимизации – сокращение расстояния между скважинами, при этом не должно происходить осложнений, связанных с изменением состояния ММГ в процессе бурения и эксплуатации скважин. Для этого специалистами ООО «Газпромнефть-Ямал» совместно с проектным институтом ЗАО «ТюменьНИПИнефть» проведена работа по подбору технологии минимизации тепловых потоков от скважины в ММГ до глубины 30–50 м. По результатам обзора существующих технологий выделены следующие варианты теплоизоляционных решений:

  • колонна из стальных труб, изготовленная по технологии «труба в трубе» с заливкой межтрубного пространства пенополиуретаном (термокейс);

  • тампонажный цемент с полыми стеклянными микросферами для цементирования обсадных колонн;

  • теплоизолированная насосно-компрессорная труба (НКТ) с экранно-вакуумной изоляцией.

Выбор теплоизоляционного оборудования осуществлялся на основе прогнозирования температурного изменения геокриологических свойств грунтов под воздействием термических и технологических факторов, с учетом выбранной конструкции скважин. Прогноз состояния ММГ выполнялся с использованием численного метода решения нестационарного уравнения теплопроводности с фазовыми переходами грунтовой влаги [3]. При составлении прогноза учитываются:

  • неоднородность геологической среды;

  • изменение соотносительных количеств льда и незамерзшей воды в диапазоне температур, принимаемых грунтами;

  • динамические изменения тепловых условий во времени и пространстве, источники тепла в рассматриваемой области;

  • конструкция скважин, свойства цементного камня, конструкция и свойства теплоизоляционного оборудования, температура флюида по стволу скважины.

Полученные в результате моделирования радиусы оттаивания за 30 лет эксплуатации для всех вариантов проведения расчетов представлены в таблице. Расчеты выполнились в программе QFrost, разработанной в МГУ им. М.В. Ломоносова. Температура флюида для наихудшего варианта (с точки зрения отепляющего воздействия) принята равной 60 ºС.

1_1_1.png 

ВНЕДРЕНИЕ

После сопоставления всех расчетов был выбран оптимальный вариант использования теплоизоляционного материала в виде скважины с термокейсом (рис. 2) с применением обычного цемента за всеми колоннами. Поскольку добывающие/нагнетательные скважины не планируется располагать ближе чем в 9 м друг от друга, то применение теплоизолированного направления до глубины его установки (0–50 м) позволит избежать осложнений, связанных с оттаиванием грунтов вокруг скважин. Таким образом, к внедрению в производство был рекомендован вариант № 2: термокейс с применением обычного цемента за всеми колоннами на глубину 50 м для всех кустов нефтяных и газовых скважин Новопортовского НГКМ.

Установленные данным исследованием радиусы оттаивания позволяют оптимизировать применение теплоизолирующего оборудования и расположение скважин на кустовых площадках Новопортовского месторождения, а также минимизировать негативное воздействие процесса разработки месторождений на окружающую среду.

Полученные результаты расчетов легли в основу технологического регламента на обоснование расположения добывающих/нагнетательных скважин кустовых площадок в условиях наличия многолетнемерзлых пород [2].
В результате внедрения рекомендованной технологии были внесены изменения в проектную документацию на кустовые площадки 1-й очереди строительства – сокращено расстояние между устьями скважин с 20 до 9 м (рис. 3).

Благодаря результатам исследований длина кустовых площадок сократилась с 500 до 360 м. Удельная площадь сохраненной тундры – 12,9 тыс. м2.

 

ВЫВОДЫ

1. Для конструкции скважин с термокейсом (теплоизолированным направлением) с применением обычного цемента за всеми колоннами прогноз радиуса оттаивания показал, что на 30-й год эксплуатации его максимальное значение при температуре 60 ºС составит 4,35 м. Это соответствует максимальному расстоянию между скважинами 8,7 м.

2. Применение при строительстве и эксплуатации добывающих/нагнетательных скважин на кустовых площадках, расположенных на территории ММГ, позволяет значительно (до 28 %) сократить протяженность кустов, снизить техногенное влияние на тундру и обеспечить безопасность обслуживания и эксплуатации инфраструктуры кустовой площадки.

3. Внедрение предложенной технологии позволило уменьшить затраты на инженерную подготовку и сократить время производства работ по отсыпке кустовых площадок. Полученный экономический эффект оценивается в размере 2,085 млрд руб.

 


Результаты расчета радиуса оттаивания для различных решений по теплоизоляции

Наименование теплоизоляционного решения

Радиус оттаивания, м

Минимально допустимое расстояние между скважинами, м

Без теплоизоляционного оборудования с использованием обычного цемента за всеми колоннами

8,80

17,60

Скважина с термокейсом типоразмера 820/530 мм с применением обычного цемента за всеми колоннами

4,35

8,70

Скважина с термокейсом с применением облегченного цемента с полыми стеклянными микросферами за всеми колоннами, за исключением направления

3,96

7,92

Скважина с теплоизолированной НКТ (ТНКТ) с применением обычного цемента за всеми колоннами

2,48

4,96

 



← Назад к списку