Технологии
Ликвидация межколонных давлений – основа безопасной эксплуатации нефтяных и газовых скважин
С.А. Демахин, А.П. Меркулов, И.А. Туфанов,С.В. Малайко, А.В. Клочков, ООО «Зиракс», ООО «Зиракс-нефтесервис», ООО «НПП Ойл-инжиниринг»
Одной из актуальных проблем безопасной эксплуатации скважин являются межколонные давления (МКД), возникающие в зацементированном кольцевом пространстве скважин. Такое явление создает угрозу разгерметизации устьевого оборудования, нарушения целостности обсадных колонн, образования грифонов, неуправляемого фонтана, возникновения техногенных залежей.
Проблема негерметичности межколонного пространства (МКП) часто встречается в практике эксплуатации скважин, к примеру, более 8000 скважин в Мексиканском заливе имеют МКД, около 50% нефтяных скважин месторождения Белый Тигр на шельфе Вьетнама, почти 30% скважин газоконденсатного сероводородсодержащего месторождения Карачаганак в Казахстане. В России около 25-30% всех эксплуатационных скважин ОАО «Газпром», а по северным месторождениям даже 50%, составляют скважины с межколонными давлениями различной величины. На газовых месторождениях севера Тюменской области после ввода скважин в промышленную разработку выявлены межколонные газопроявления и грифоны на устье более чем в 50% эксплуатационных скважин [1].
Серьезной проблемой является и ликвидация скважин с МКД. По разным оценкам, в данный момент порядка 900 скважин из законсервированных и подлежащих ликвидации имеют МКД, из ликвидированных порядка 3600 скважин подлежат повторной ликвидации, как опасные в экологическом отношении.
Таким образом, наличие МКД имеет широкое распространение, но в данный момент мало технологий, позволяющих уверенно решать проблему снижения или ликвидации межколонных давлений. При этом, согласно пункту 1196 «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности», при обнаружении давления в межколонном пространстве, эксплуатация скважины должна быть прекращена.
Причинами возникновения межколонных давлений, в основном, являются [1-3]:
- негерметичность обсадной колонны (труб, резьб) и колонной головки;
- формирование каналов в цементном камне на этапе строительства скважины;
- трещинообразование в цементном камне при перфорации, гидравлической опрессовке, вращении инструмента в колонне, температурных перепадов в скважине и т.д.
- геологические факторы (высокое пластовое давление, нарушение структуры горных пород).
Особую актуальность проблема МКД приобретает на газовых и газоконденсатных месторождениях, пластовый флюид которых содержит агрессивный и токсичный сероводород. К примеру, на Астраханском газоконденсатном месторождении (АГКМ) проблема межколонных давлений возникла до начала промышленной эксплуатации месторождения. МКД были отмечены в разведочных скважинах, в 70 скважинах обнаружены после окончания бурения –в период обустройства месторождения, в 59 скважинах возникли в процессе эксплуатации. Поэтому с начала разработки АГКМ стало актуальным как определение причин появления и степени опасности данного осложнения, так и разработка технологий снижения и ликвидации межколонных давлений.
Одной из таких технологий, успешно применяемой, в том числе и на АГКМ, является гравитационный метод, основанный на применении специального флюида плотностью 2,1 - 2,3 г/см3. Он представляет собой суспензию микробарита с размером частиц порядка 1 мкм (рис. 1 и 2) в растворе ПАВ и растворителей. Благодаря хорошей проникающей способности, этот флюид способен фильтроваться в МКП и далее, вследствие высокой плотности раствора, сдерживать поступление газа на поверхность.
Технология ликвидации МКД с применением флюида на основе микробарита предусматривает ряд операций. На первом этапе в МКП с нарушенной цементной крепью, по которой поступает пластовый флюид (рис. 3, а), закачивается флюид на основе микробарита (рис. 3, б). На втором этапе флюид, в силу своей плотности (2,1 - 2,3 г/см3), гравитационно замещает пластовые флюиды в МКП, в трещинах и каналах в цементном камне (рис. 3, в) и прекращает поступление пластовых флюидов по межколонному пространству (рис. 3, г).
Рис 3. Технология ликвидации межколонных давлений на основе флюида с микробаритом
Достоинством данной технологии, в отличие от методов закачки отверждающихся материалов в МКП, является управляемый характер воздействия, межколонное пространство не блокируется полностью и навсегда. Любой отверждающийся материал во времени подвержен химической, термической и механической деструкции. Поэтому вполне возможно повторное возникновение давления в МКП, но при этом закачать еще что-то в МКП будет очень затруднительно. Применение же флюида на основе микробарита оставляет МКП открытым для воздействия, флюид можно удалить из МКП или заменить его там на новую порцию.
Еще одной особенностью воздействия на МКП является его малая приемистость, порой закачать какие-то объемы жидкости в него проблематично. Для интенсификации этого процесса используются специальные устьевые генераторы силовых волн, позволяющие создавать пульсирующее давление в потоке закачиваемой жидкости и облегчать ее проникновение в МКП, в трещины и каналы в цементном камне. При этом важно одновременно не нарушить прочность существующего цементного камня, его контакт с металлом трубы. Поэтому параметры вибрационного воздействия специально подбираются с учетом данного фактора. На рис. 4 приведена номограмма для определения допустимого пульсирующего давления по заданному избыточному статическому давлению. Она рассчитана для различных параметров b/a(b – внешний радиус, a – внутренний радиус обсадной трубы), соответствующих используемому в нефтепромысловой практике набору 148 мм и 168 мм обсадных труб.
Рис. 4. Номограмма для определения допустимой амплитуды колебаний давления на тампонажный цементный камень, в зависимости от избыточного статического давления Δ P (репрессии или депрессии)- - - - для «горячего» цемента;
------- для «холодного» цемента.
Значения параметра b/a: 1 – 1,167; 2 – 1,16; 3 – 1,15; 4 – 1,14; 5 – 1.125; 6 – 1,105.
Из номограммы видно, что виброусталость [4], например, для "холодного" цемента будет достигаться, если создавать репрессию 20 МПа при амплитуде колебаний давления 20МПа, а для "горячего" цемента и даже самой тонкостенной обсадной колонной (b/a= 1,105) виброусталость при репрессии 6,0 МПа будет достигаться при амплитуде колебаний давления 13,5 МПа (см. точки на графике).
При проведении ремонтно-изоляционных работ по ликвидации МКД с применением пневмовибратора гидроимпульсных колебаний давления с амплитудой 1,2-2,2 МПа и репрессии не более 6 МПа виброусталость не будет достигаться при более 6-кратном коэффициенте запаса для "горячего" цемента.
Таким образом, технологии ликвидации межколонных давлений компании Ziraxс применением суспензий микробарита являются эффективным способом продления безопасной эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Список литературы
- Горбачева О.А. Разработка и внедрение методов контроля и исследований скважин с межколонными давлениями на Астраханском ГКМ: диссертация кандидата технических наук. - Уфа, 2012. - 193 с.: ил.
- Тенн, Рудольф Альфредович. Методы диагностики и ликвидации межколонных флюидопроявлений при строительстве скважин на месторождениях и ПХГ: диссертация кандидата технических наук: 05.15.10. - Ставрополь, 1999. - 205 с.: ил.
- Фан Тиен Зунг. Борьба с межколонными давлениями в нефтяных скважинах: диссертация кандидата технических наук: 25.00.15. - Уфа, 2006. - 154 с.: ил.
- Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шарифуллин Р.Я., Туфанов И.А. Повышение продуктивности и реанимации скважин с применением виброволнового воздействия. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 381 с.