Б WmÈà
' -Г- I
W Р % - * • ■"■
ЩвШ ^ Л* Ï Л.
ШВЖШ '
мммавиMM^i
пород, которое формируется в процессе вторичного смерзания растепленных пород (1).
В этих условиях граница «талые породы — мерзлота» устремляется назад, к скважине; вода в порах породы замерзает; объем породы увеличивается, что приводит к развитию радиального сжатия крепи и обсадных колонн скважин и зачастую к их механическому разрушению.
Особенно сильно этот процесс проявляется в условиях каверн, которые всегда образуются при бурении скважин вследствие растепления и разрушения стенок скважины промывочной жидкостью.
При длительных консервациях скважин или же при их низкой термоактивности во время эксплуатации имеются случаи смятия колонн при обратном промерзании жидкостей, оставленных в кольцевых пространствах и кавернах при их строительстве, что отмечено в скважинах №№ 110, 154 Мессояхского и №№ 3, 22, 130, 138 Соленинского месторождений. Следует заметить, что вероятность возникновения такого рода осложнений напрямую зависит от температуры многолетнемерзлых пород: чем ниже темпе-
-'-"■. -V ■ ' ■ ' ~ ' ,t
- -•С' у**«
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ СМЯТИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН СКВАЖИН В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
А. М. БЕКМЕТОВ
НОУ «ОНУТЦ ОАО "ГАЗПРОМ»
Наличие в разрезе месторождений мощной толщи мерзлых пород является опасным фактором как для процесса бурения, так и для процесса эксплуатации скважин.
Обратное промерзание пород в случае простоя скважины при строительстве или прекращении эксплуатации приводит к нарушениям герметичности и целостности обсадных колонн. Это обстоятельство приводит к снижению эксплуатационной надежности и безопасности нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, потерям добычи и значительным дополнительным финансово-экономическим затратам.
В настоящее время север России — обширный край освоения и использования природных ресурсов.
Характерной особенностью Крайнего Севера являются вечномерзлые породы. Они широко распространены на Земле: четвертая часть суши занята ими, в России — более половины территории (10 млн км2) заняты мерзлыми породами.
Опыт строительства скважин на нефть и газ и их эксплуатация в криолитозоне показал, что при вторичном смерзании растепленных пород, получающемся при прекращении бурения или при остановке эксплуатации скважины, возникает радиальное сжатие крепи скважины, что приводит к нарушениям герметичности и целостности обсадных колонн.
В этой связи к обсадным колоннам и их крепи предъявляют новые требования, определяющиеся особенностями напряженно-деформированного состояния горных
ратура, тем больше вероятность их возникновения. При температурах ниже -3°С обратное промерзание затруб-ных флюидов, как правило, приводит к смятию обсадных колонн (2).
Практика бурения скважин в районах Крайнего Севера показывает, что в условиях сильного кавернообразо-вания цементный раствор не удается поднять до устья скважины и стенка в верхней части обсадной колонны оказывается не защищенной цементной оболочкой от радиального сжатия при промерзании фильтрата бурового раствора в каверне. Из этого следует, что качественное цементирование скважин в условиях интенсивного кавер-нообразования в сильной степени снижает уровень неблагоприятных нагрузок смерзания. Поэтому, несмотря на сложности обеспечения хорошего качества цементирования скважин в мерзлоте, к нему следует стремиться, так как связанные с этим дополнительные затраты окупятся повышенной устойчивостью скважин к смятию.
Важнейшая характеристика механической устойчивости труб — сминающее давление Рсм. Все причины, определяющие возникновение давления на трубу, большего Рсм, можно разделить на две группы. Одна из них связана с самой трубой, отклонением ее формы от круглой, изменением толщины вдоль периметра поперечного сечения (разностенность), качеством стали, из которой сделана труба. Другая — связана с характером внешнего давления, воздействие которого может привести к смятию трубы.
Рассмотрев влияние характеристик трубы на ее сопротивляемость смятию, специалисты сделали вывод, что
опыт Ж
овальность труб в пределах 0,01-0,02, а также их разно-стенность слабо влияют на сминающее давление. Тем не менее, анализ имеющихся данных позволяет сделать вывод о большой вероятности возникновения неравномерной радиальной нагрузки смерзания на обсадные и эксплуатационные трубы в условиях ММП.
Нагрузку на трубы при остановке скважин в криолито-зоне определяют не только температура мерзлых пород и их механические свойства, но и положение труб в скважине. Смещение осей каверны и труб приводит к возникновению неравномерной по периметру трубы радиальной нагрузки, которая в несколько раз снижает сминающее давление трубы по сравнению с равномерной («гидростатической») нагрузкой.
Таким образом, наличие в разрезе месторождений мощной толщи мерзлых пород является опасным фактором как для процесса бурения, так и для процесса эксплуатации скважин. Растепление ММП от воздействия температуры добываемого флюида может привести к потере продольной устойчивости крепи скважины, а обратное промерзание пород в случае простоя скважины — к нарушениям герметичности и целостности обсадных колонн. Это обстоятельство приводит к снижению эксплуатационной надежности и безопасности нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, потерям добычи и значительным дополнительным финансово-экономическим затратам.
В мировой практике существуют условно активные и пассивные способы защиты эксплуатационных колонн от смятия и предупреждения растепления ММП вокруг скважин. Наибольшее распространение получили пассивные способы.
Так, на Бованенском и Харасавэйском ГКМ (3) предупреждение смятия эксплуатационных колонн газовых скважин решается пассивным способом — использованием импортных толстостенных труб, а предупреждение растепления ММП решается также пассивным способом
— применением теплоизолированных лифтовых труб типа ЛТТ 114х168мм с коэффициентом теплопроводности изолирующего материала 0,014 Вт/м°С (конструкции ВНИИГаз).
Использование указанных способов защиты требует больших капитальных затрат и не всегда полностью достигает поставленных целей.
Приведем небольшой обзор технических решений, направленных на активную защиту эксплуатационных колонн от смятия в зоне ММП.
В способе предупреждения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород (4) эффект предупреждения смятия достигается путем создания в растепленной зоне теплового поля, например, прокачкой теплой жидкости в межтрубном пространстве скважины. Недостатком этого способа является высокая стоимость дополнительной колонны и наземного оборудования для прокачки теплой жидкости в межтрубное пространстве.
Предотвращение смятия обсадной колонны в зоне многолетнемерзлых пород по а.с. СССР № 717294 достигается за счет перепуска избытка жидкости из промерзающей каверны в обсадную колонну. Недостатки способа
— сложность конструкции обсадных труб и необходимость бурения скважины увеличенного диаметра (из-за наличия кожухов на обсадной колонне).
В способе предотвращения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород по а.с. СССР № 857445 предусмотрено образование канала вдоль стенок обсадной колонны путем ее нагрева и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу. Каверны после-
довательно замораживают снизу вверх, поддерживая в растепленном состоянии канал выше замораживаемой каверны, а нагрев обсадной колонны осуществляют путем циркуляции внутри ее подогретой жидкости. Недостатками данного способа являются необходимость длительной циркуляции подогретой жидкости через спущенные в скважину трубы, дополнительный спуск в скважину датчиков температуры для контроля за моментом промерзания каверн, длительность процесса направленного размораживания водосодержащих масс в заколонном пространстве, что требует содержать рабочую бригаду на буровой для проведения работ и контроля.
В способе предотвращения смятия обсадной колонны в период длительного простоя скважины в зоне много-летнемерзлых пород (патент РФ № 2039867) также предусмотрено образование канала вдоль стенок обсадной колонны путем ее нагрева и сброс избытка жидкости из
фото В.Пензина
7-8/ 2003
49
опыт
каверны по образованному каналу, последовательное замораживание каверн снизу вверх. Поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны осуществляют смесью, выделяющей теплоту при экзотермической реакции. Замораживание каверны производят смесью, поглощающей теплоту при эндотермической реакции взаимодействия компонентов. Количество и скорость выделения и поглощения теплоты реакции смесей регулируют изменением их вещественного состава в зависимости от расположения каверн по глубине и температуре многолетнемерзлых пород.
Основными недостатками данного способа являются:
— необходимость проведения спуско-подъемных операций с привлечением подъемника и насосного оборудования для закачки смесей в эксплуатационную колонну;
— необходимость утяжеления бурового раствора до плотности используемых смесей или установки дополнительного цементного моста или пакера в скважине, с целью предотвращения естественного их смешивания;
— необходимость последующего разбуривания цементного камня в эксплуатационной колонне для возобновления дальнейшего строительства скважины или продолжения её эксплуатации, что связано с уменьшением внутреннего диаметра колонны и возможными осложнениями;
— непредсказуемость и отсутствие возможностей контроля за результатами проведенных мероприятий;
Способ предупреждения смятия обсадных колонн в зоне многолетнемерзлых пород по а.с. СССР № 583286 включает образование канала вдоль стенок обсадной колонны и сброс избытка жидкости из каверны по образованному каналу, последовательное замораживание каверн снизу вверх. Поддержание канала в растепленном состоянии выше замораживаемой каверны осуществляют пропусканием электрического тока от источника питания через термостойкий кабель, расположенный на наружной поверхности эксплуатационной колонны. Равномерное замораживание каверны обеспечивается постепенным снижением мощности теплового поля в течение вре
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.