Суда для повышения нефтеотдачи и ремонта скважин

СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН
Суда для повышения
нефтеотдачи и ремонта скважин
Алексей Агафонов
Сергей Вербицкий, к.т.н.
Ирина Чеснокова, к.х.н.
Крыловский ГНЦ, Санкт-Петербург
С
пециалистами Крыловского государственного научного центра проанализирован мировой рынок судов стимулирования нефтеотдачи и ремонта скважин. Выявлены основные тенденции развития функциональных возможностей таких
специализированных судов и их потенциал модернизации. Показано, что применительно к условиям российского шельфа, особо актуальным является проектирование судна, адаптированного к арктическим условиям
в части конструкции корпуса и системы позиционирования, для оперативного и низкозатратного обслуживания
скважин (в том числе подводных) с модульно комплектуемым палубным оборудованием.
Успешное освоение российского континентального
шельфа связано с необходимостью решения ряда крупных
задач по созданию новейшей техники и технологий, требующих концентрации отечественного и международного научно-технического потенциала и привлечения значительных финансовых ресурсов. Разработка каждого месторождения в суровых природно-климатических условиях российских арктических морей является крупнейшим
инвестиционным проектом, расходы по которому могут
измеряться миллиардами долларов. В связи с этим определяющую роль в развитии работ на континентальном шельфе играют вопросы окупаемости инвестиций, которые
тесно связаны с решением задач по эффективному недропользованию.
Степень извлечения нефти из нефтеносных пластов
современными, промышленно освоенными методами
разработки во всех нефтедобывающих странах на сегодняшний день считается неудовлетворительной. Остаточные или неизвлекаемые запасы нефти достигают в среднем 55–75% от первоначальных геологических запасов
в недрах. Например, в странах СНГ и России — до 60%,
в зависимости от структуры запасов и применяемых методов разработки [1–3].
Традиционные методы повышения нефтеотдачи пластов (ПНП), такие как нестационарное заводнение, форсированный отбор, очаговое и барьерное заводнение,
не всегда эффективны и, кроме того, не всегда осуще-
52
Well stimulation and intervention vessels
Specialists from the Krylov State Research Centre have analyzed
the world market for well stimulation and intervention vessels.
They identified the main tendencies in the evolution of the functional capabilities of such specialized vessels and the potential for
modernizing them. It was demonstrated that in the Russian offshore
environment the key issue is to design vessels that are adapted to
Arctic conditions where this concerns the structure of the hull and
positioning system for the prompt and low-cost servicing of wells,
including submarine wells, with modular deck equipment.
Key words: well stimulation vessels (WSV), well intervention vessels (WIV), modular equipment, sidetrack, hydraulic fracturing,
dynamic positioning system.
Alexei Agafonov, Sergei Verbitsky, Irina Chesnokova.
ствимы в морских условиях. Специфика освоения морских нефтегазовых месторождений связана с тем, что для
увеличения нефтеотдачи существующие сетки скважин
не всегда возможно уплотнить, поскольку размещение
буровых платформ для проходки дополнительных скважин связано с чрезвычайно большими трудностями из-за
уже сложившейся системы обустройства месторождения и проложенных подводных коммуникаций. Поэтому
в морских условиях особо актуальными являются задачи применения новых технологий нефтедобычи, позволяющих значительно увеличить нефтеотдачу посредством
набора различных методов стимулирования для уже разбуренных пластов, на которых традиционными методами извлечь значительные остаточные запасы нефти уже
невозможно [4].
Другим эффективным методом ПНП является восстановление бездействующего фонда скважин за счет бурения боковых горизонтальных стволов из эксплуатационных колонн старых скважин. Практика реализации
этого метода свидетельствует о его технико-экономических преимуществах по сравнению с бурением новых
скважин как за счет меньшей стоимости бурения, так
и возможности использования существующей на месторождении системы сбора и транспорта нефти и газа.
В морских условиях бурение боковых стволов приобКлючевые слова: суда стимулирования нефтеотдачи пластов, суда для
внутрискважинных работ, модульно комплектуемое оборудование, боковые
стволы, гидроразрыв пласта, система динамического позиционирования.
Offshore [Russia] | февраль 2014
ретает наибольшую актуальность, что связано прежде
всего с ограниченным количеством ячеек-устьев для
бурения на блок-кондукторах и морских стационарных
платформах.
С возрастанием в настоящее время во всем мире количества разработок морских месторождений легко предсказуемо дальнейшее развитие рынка для судов, способных осуществлять работы по стимулированию нефтеотдачи разрабатываемых пластов, и судов обслуживания
(ремонта) подводных скважин со значительно меньшими
затратами средств, чем при использовании действующих
буровых установок или буровых судов. Таким образом,
эти суда, во‑первых, продлевают жизнь морских месторождений, способствуя получению дополнительной прибыли, и, во‑вторых, соответствуют оптимально минимизированным производственным требованиям, предъявляемым заказчиками в соответствии с тенденциями
настоящего времени.
Рисунок 1
Суда для стимулирования нефтеотдачи пластов (WSV)
Суда для повышения нефтеотдачи
Мировой флот специализированных судов для стимулирования нефтеотдачи — Well Stimulation Vessels (WSV) —
сегодня насчитывает около 30 единиц [5].
Обычно это судно с главными размерениями примерно 100×20 м (рис. 1), с носовой надстройкой, вмещающей около 50 членов экипажа и персонала, с системой динамического позиционирования класса DYNPOS‑2
или DYNPOS‑3, грузовыми устройствами, технологическим оборудованием и цистернами химреагентов на палубе и в корпусе.
Состав технологического оборудования на верхней палубе (рис. 2) может варьироваться в зависимости от конкретно поставленных задач, так же как и количество и номенклатура необходимых реагентов [11].
Основное оборудование — насосы высокого давления
(~1000 атм) для осуществления операций по гидроразрыву пласта.
Суда для стимулирования нефтеотдачи подключаются
к установленному устьевому оборудованию и осуществляют промывку скважины химреагентами, операции
по гидроразрыву пласта, а также другие операции без
необходимости установки морского райзера и демонтажа оборудования скважины. Значительные запасы химреагентов (гелированной жидкости для гидроразрыва и расклинивающего агента — проппанта) позволяют произвести несколько обработок скважин за один
рейс, без необходимости возврата в порт для пополнения запасов.
Blue Tarpon (оператор — Baker Hughes) [6, 7];
Stim Star III (оператор — Halliburton) [8, 9];
Deep Stim II (оператор — Schlumberger) [10, 11].
Рисунок 2
Основное оборудование судов WSV
География эксплуатации судов WSV
Международный рынок судов по стимулированию нефтеотдачи продолжает расширяться, особенно в таких регионах, как Западная Африка и Ближний Восток. Технические требования к таким судам в глубоководных и ультраглубоководных регионах заставляют операторов рассматривать существующий флот с точки зрения модерwww.offshore-mag.ru
низации действующих, проектирования и строительства
новых судов с расширенными возможностями [5, 12].
53
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН
Рисунок 3
Модульная система палубного оборудования для ПНП StimFORCE
Источник: [13]
Рисунок 4
Суда для внутрискважинных работ (WIV)
ву». Многие из тех судов были утилизированы в силу
возраста, размера и невозможности модернизировать
систему позиционирования до класса DYNPOS‑2. Однако с 10 судами, работающими в этой области, рынок находится снова на подъеме, поскольку открытие и разработка нефтяных месторождений в крайне глубоководных
областях увеличивают спрос на WSV следующего поколения.
В Южной Америке в начале 2003 года работало не более
8 судов. Как и в Мексиканском заливе, многие их них были
утилизированы по тем же причинам. Бразилия сегодня
единственная страна в этом регионе, использующая три
судна по стимулированию нефтеотдачи постоянно, по контракту, с перспективой заключения договора на четвертое
в следующем году.
Северное море продолжает обслуживаться в среднем
«двумя с половиной» судами по стимулированию нефтеотдачи с перспективой использования трех полностью занятых судов к 2014 году.
Медленный, но устойчивый рост добычи углеводородов
в Западной Африке обосновывает нахождение шести WSV
в этом регионе. Открытие месторождений у берегов Габона
и Ганы может потребовать еще как минимум одного судна
для этой области.
Ближний Восток (включая Индию) вырос от рынка с 2
судами до в общей сложности 6 за последние несколько
лет (четыре — в Катаре, два — в Индии) и потенциальной
необходимостью еще одного судна для Саудовской Аравии. Однако здесь в основном нужны суда с оборудованием для кислотных обработок пластов, в отличие от требований в других регионах мира. Возможность аренды судов
ограничена, так как только несколько судов в мире имеют
соответствующее оборудование, чтобы закачивать значительные объемы кислоты, требуемые для стимулирования
нефтеотдачи в данном районе.
В Азиатско-Тихоокеанском регионе, за пределами
Китая, в большинстве областей используются баржи или
небольшие арендованные суда снабжения с оборудованием стимулирования на палубе. Потребности Китая устойчиво растут, и, возможно, будут нужны 3 WSV в ближайшее время.
Направления развития флота WSV
Источник: [14-16]
Мексиканский залив являлся в 2000 году местом дислокации 18 судов, но нестабильный рынок нефти, испытывавший в то время взлеты и падения, заставил разработчиков месторождений пользоваться судами для стимулирования нефтеотдачи исходя из принципа «по вызо54
На сегодняшний день по сравнению с прошлым десятилетием увеличились средняя длина судна и, соответственно, площадь палубы. По сравнению с данными, например,
1999 года есть заметные различия в распределении объемов хранения/емкостей под палубой и над палубой —
основное хранение запасов химреагентов перемещается
на интегральную палубу, что позволяет компоновать эксплуатационный комплекс в зависимости от характеристик обрабатываемого коллектора. Увеличена полная способность хранения. Среднее количество насосов на судно
увеличилось до 8 шт., а число судов, имеющих количество насосов больше среднего, возросло до 11. Возросло
как давление, которое могут развивать насосы при осу-
Offshore [Russia] | февраль 2014
ществлении операций по гидроразрыву, так и мощность
данного оборудования. Увеличилось количество блендеров для непрерывного приготовления составов для ГРП.
Компания Baker Hughes в настоящее время управляет самым молодым флотом судов по стимулированию
нефтеотдачи, с насосным оборудованием, развивающим
самые высокие давления при ГРП в морских условиях.
Baker Hughes, приспосабливаясь к новым требованиям
рынка, развивает концепцию модульно комплектуемого оборудования — Modular Stimulation Vessel Template
(MSVT), теперь называемого StimFORCE [13]. Модульная
компоновка оборудования (рис. 3) позволяет быструю его
установку и на соответствующем по параметрам судне
снабжения, которое имеет палубу достаточной площади
и прочности. После демонтажа оборудования StimFORCE
судно снабжения может вновь выполнять свойственные ему операции. Комплексом StimFORCE оборудованы
3 судна компании Baker Hughes.
Компания Schlumberger, так же как и компания Baker
Hughes, разработала пакет оборудования FlexSTIM —
модульный вариант оборудования для стимулирования
нефтеотдачи пластов с функциями быстрого развертывания на судах снабжения [11]. Оператор может выбрать
необходимый набор оборудования для выполнения конкретного комплекса операций и развернуть его на судах,
подходящих по характеристикам.
Учитывая вышеизложенное, следует выделить три
основных направления в развитии флота WSV:
модернизация устаревших судов, заключающаяся
в оснащении их системой динамического позиционирования класса DYNPOS‑2;
создание новых WSV с интегральной палубой, которая позволяет компоновать на ней оборудование в зависимости от требований заказчика, способных хранить
на палубе и в корпусе значительное количество химреагентов и проппанта для того, чтобы за один рейс произвести большее количество обработок без пополнения запасов
в порту;
 разработка модульных пакетов оборудования для стимулирования нефтеотдачи, которые могут быть быстро
развернуты на любом подходящем по характеристикам
судне.
Суда для внутрискважинных работ
После заканчивания подводных скважин (сотни скважин
вводятся в эксплуатацию ежегодно) одна из возникающих
потребностей – проведение внутрискважинных работ для:
 выполнения обслуживания и ремонта существующих
скважин;
 увеличения уровня извлечения целевого продукта
до первоначального путем зарезки боковых стволов существующих скважин.
реклама
www.offshore-mag.ru
55
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН
Рисунок 5
Оборудование судов WIV
Рисунок 6
Распределение внутрискважинных работ, выполняемых WIV
Источник: [17]
Источник: [18]
Чтобы решить эти вопросы, были разработаны суда
для внутрискважинных работ — Well Intervention Vessels
(WIV), используемые в основном на глубоководных скважинах. Мировой флот таких судов насчитывает несколько
десятков единиц, но осуществляемый ими набор функций
столь разнообразен, что практически невозможно найти
двух одинаково укомплектованных (рис. 4).
Суда для внутрискважинных работ имеют схожие
с судами для стимулирования нефтеотдачи главные размерения, архитектурно-конструктивные решения, систему
динамического позиционирования. Однако поставленные
задачи требуют установки на такое судно большого количества различного оборудования (рис. 5) для осуществления операций, отчасти характерных для буровой платформы/бурового судна. К таким операциям, осуществляемым
WIV, относятся разворачивание гибкого морского райзера,
спуск/подъем ROV и каротажных сборок, различные работы, осуществляемые посредством гибкой колонны НКТ
(колтюбинг), и т. п.
Суда WIV имеют значительную площадь палубы для
установки данного оборудования, а также мощное грузоподъемное оборудование — аналог буровой вышки.
В корпусе судов такого типа предусмотрена шахта для
спуска/подъема технологического оборудования [17].
Очевидно, что потребность в WIV увеличивается
по мере того, как возрастает количество подводных скважин, вводимых в эксплуатацию. Категории работ в скважине, выполняемые WIV, перечислены на диаграмме
(рис. 6). Самые большие сегменты диаграммы соответствуют легким работам (таким, как обследование пробуренной скважины и стимулирование нефтеотдачи) [18].
 Легкие (известные в литературе как тип I, или класс
A). Осуществляются пригодным к эксплуатации оборудованием, которое может быть развернуто на многочисленных типах судов. Основные операции:
 инспекция и каротаж буровой скважины;
 распределение флюидов;
 ремонт газлифтного клапана;
 перфорация обсадной и буровой колонны;
реперфорация;
 вымывание песка;
 спуск/подъем пробки для насосно-компрессорных труб;
 стимуляция нефтеотдачи;
 зональная изоляция (разобщение пластов).
 Средние (тип II, или класс B в литературе). Средние
по сложности работы более специализированы, чем легкие
типы. Некоторые связаны с производственными проблемами, другие обусловлены проблемами безопасности. Примеры:
 устранение негерметичности обсадной колонны;
 ловильные работы в скважине;
 удаление парафиновых и гидратных пробок;
 глушение скважины;
 ремонтное цементирование;
 борьба с выносом песка/упаковка песка;
 ремонт и замена скважинного клапана-отсекателя;
 перекрытие водоносных горизонтов.
 Тяжелые (тип III, или класс C). Выполнение таких
работ, как правило, осуществляется буровыми установками. Примеры:
 ремонт и замена пакера НКТ с извлечением колонны
НКТ;
 замена электроцентробежного погружного насоса;
 контроль за пескопроявлениями горизонтальных скважин;
 замена оборудования заканчивания скважины;
Распределение спроса в % от общего числа
Классификация WIV
В основном различают три категории работ в подводных
скважинах (рис. 7).
56
Offshore [Russia] | февраль 2014
 зарезка боковых стволов;
 замена устьевых елок.
Для типа I — Light Well Intervention Vessel — суда для
работ, осуществляемых на основе безрайзерной технологии кабельного каротажа или производных от этой технологии (Riserless Light Well Intervention (RLWI)) [19–21].
На этих судах, как правило, имеющих небольшой размер,
временно установленный пакет оборудования может
применяться для спуска/подъема оборудования RLWL.
Для типа II — Medium Well Intervention Vessel — суда
используются для более сложных методов, например,
таких как колтюбинг [22]. Оборудование для колтюбинга более требовательно к пространству, чем каротажное, и размещается на судне больших размеров. При
этом зачастую каротаж и колтюбинг должны быть объединены. С колтюбинговыми операциями связана также
необходимость извлечения скважинного оборудования
для его очистки и ремонта на борту судна. В этих случаях может потребоваться водоотделяющая колонна для
создания пути потока флюида, тогда как для более легких операций может быть развернут подводный лубрикатор.
Для типа III — Heave Well Intervention Vessel —
используются большие суда с технологической вышкой
большой грузоподъемности для того, чтобы извле-
кать колонну НКТ, морской райзер и комплект противовыбросовых превенторов [23]. До настоящего времени значительные массово‑габаритные характеристики необходимого оборудования являются препятствием для разработки и создания эффективных и меньших
WIV по сравнению с буровыми установками и буровыми судами.
Сегодня существующий флот WIV предназначен
в основном для легких операций на мелкой и средней глубине воды. Судов для работы на глубоководных и крайне
глубоководных месторождениях только незначительное
количество.
Оптимизатор скважин
Как новое дополнение к флоту WIV в Великобритании
зарегистрирован Well Enhancer (Оптимизатор скважин) —
132-метровое судно для внутрискважинных работ и стимулирования нефтеотдачи пластов, снабженное водолазным комплексом. Основной целью разработки данного судна явилось
сведение к минимуму времени простоя скважин и обеспечение многофункционального и поэтому экономически эффективного способа обслуживания подводных добычных комплексов. С площадью 1100 м2 рабочего пространства палубы
и с возможностью загрузки оборудования новое судно может
выполнять целый ряд процедур тестирования скважин. Осо-
реклама
www.offshore-mag.ru
57
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН
Рисунок 7
Классификация внутрискважинных работ и типов судов WIV
Заключение
По мнению специалистов ФГУП «Крыловский государственный научный центр», на данном этапе, с учетом
развития в России разработок морских месторождений углеводородов, особо актуальным является проектирование судна для оперативного и низкозатратного (по сравнению с буровыми установками) обслуживания подводных скважин и скважин на стационарных
платформах и блок-кондукторах. Универсальное судно
с модульно комплектуемым оборудованием (в зависимости от конкретных требований) и способное выполнять функции как стимулирования нефтеотдачи, так
и ремонта подводных скважин, должно быть приспособлено к суровым арктическим условиям в части конструкции корпуса и системы позиционирования в ледовых условиях. Мировой опыт создания подобных судов
ледового класса отсутствует. 
Литература
1. Амелин И. Д., Сургучев М. Л., Давыдов А. В. «Прогноз разработки нефтяных залежей на поздней стадии». М.: Недра, 1994. - 308 с.
2. Шелепов В. В. «Состояние сырьевой базы нефтяной промышленности
России. Повышение нефтеотдачи пластов». // Нефт. хоз. 2003. – №4 – с. 16-17.
3. Сургучев Л.М. Увеличение нефтеотдачи пластов: статус и перспективы.
Материалы II Международного научного симпозиума. М.: 2009. С. 62–69.
4. Обзор современных методов повышения нефтеотдачи пласта. petros.
бенность судна — 150‑тонная многоцелевая вышка, предназначенная для развертывания каротажных и колтюбинговых безрайзерных сборок (рис. 8). Well Enhancer также имеет
насосы для глушения скважин, систему контроля и управления лубрикаторными системами и оборудование для активной компенсации вертикальной качки. Well Enhancer идеально подходит для решения широкого спектра задач, включая спуск/подъем пробки для насосно-компрессорных труб,
зональную изоляцию, перфорацию, замену подводных устьевых елок, ликвидацию скважин и т. п., а кроме того, стимулирование нефтеотдачи пласта, т. е. объединяет функции Intervention и Stimulation Vessels.
ru>rus/news/?action=show&id=276.
5. World survey of stimulaton vessels. 2002-2013 гг. www.offshore-mag.com.
6. Blue Tarpon Deepwater Stimulation Vessel. http://www. bakerhugher.com.
7. Christina Villiott. EBDG Supports State-of-the-Art BLUE TARPON. www.ebdg.
com.
8.www.halliburton.com.
9. Stim Star III. halliburton.com>en…stimulation…stim-star…iii.page.
10.www.slb.com/stimmap.
11. FlexSTIM Pronto Offshore Stimulation Equipment System. slb.com>…
stimulation…offshore…deepstim_pronto.aspx.
12. Offshore Technology Conference. 5–8 May 2003 • Houston, Texas, U.S.A.
e-book.lib.sjtu.edu.cn>otc-03/pdffiles/toc.pdf.
13. StimFORCE Modular Stimulation Systems. www.bakerhughes.com.
14. Havila Harmony www.fugrotsm.com.
15. Skandi Aker. www.akersolutions.com.
Рисунок 8
Основное оборудование судна оптимизатора скважин Well Enhancer
16. MSV Olympic Intervention IV. www.oceaneering.com.
17.www.rolls-royce.com.
18. G.H.T. Zijderveld (SPE), J.J. Tiebout (SPE), S.M. Hendriks, L. Poldervaart (SPE),
GustoMSC OTC 23161. Subsea Well Intervention Vessel and Systems Copyright
2012, Offshore Technology Conference. Houston, Texas, U.S.A. www.gustomsc.
com/component/.../552-well.
19. Andersen J A.: «Riserless light well intervention increases subsea well
recovery.» FMC Kongsberg Subsea, Kongsberg, World Oil Magazine Vol. 225 No.
11 Norway, 2004.
20. Inderberg O.: «Riserless Light Well Intervention.» General presentation, FMC
Kongsberg Subsea, 2005.
21. Subsea Well Intervention RPSEA Presentation. October 31st 2006.
Schlumberger. rpsea.org>forums/auto_scranton.pdf.
22. Through Tubing Rotary Drilling System. www.fmctechnologies.com/
SubseaSystems.
23. Completion Workover Riser System. www.fmctechnologies.com/SubseaSystems.
24. Well Enhancer. www.helixesg.com.
58
Offshore [Russia] | февраль 2014
реклама