Технология и оборудование для одновременно

Н. А. Бычков,
к. т. н., технический директор
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»;
С. А. Каменских,
инженер департамента развития
ООО «ТД «Элкам-Нефтемаш»;
В. А. Краснов,
зам. главного конструктора
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»;
Э. А. Наговицын,
инженер департамента развития
ООО «ТД «Элкам-Нефтемаш»;
В. Н. Семенов,
директор департамента развития
ООО «ТД «Элкам-Нефтемаш»
Технология и оборудование для одновременнораздельной разработки нескольких
эксплуатационных объектов
В современных условиях, когда конкурентоспособность компании на
быстроменяющемся рынке зависит от таких показателей, как высокая
производительность, энергоэффективность и повышение рентабельности производства, технология одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов (ОРРНЭО) нефтяных пластов приобретает все большее значение среди предприятий, добывающих нефть.
Связано это с тем, что разрабатываемые месторождения зачастую
имеют сложнопостроенный многопластовый характер, в которых нефтенасыщенные горизонты, как правило, обладают различными характеристиками (пластовым давлением, проницаемостью, пористостью,
давлением насыщения, физико-химическими свойствами нефтей, обводненностью и др.), в связи с чем на практике встречаются скважины,
вскрывшие как один из объектов эксплуатации, так и более. Традиционная схема разработки таких месторождений подразумевает разбуривание самостоятельной сетки скважин для каждого эксплуатационного
объекта, что в свою очередь приводит к увеличению капитальных затрат
на обустройство и снижению рентабельности выпускаемой продукции.
Этим и объясняется, что при общемировой добыче нефтяной эмульсии
порядка 3 млрд. м3 в год основной статьей затрат нефтедобывающих
компаний по‑прежнему остается строительство новых и эксплуатация
существующих добывающих скважин.
Решать проблему вовлечения в разработку неиспользуемых пластов с одновременным снижением издержек на строительство скважин приходится практически сразу с вводом сооружения в работу.
Наиболее простым способом осуществить данные мероприятия является объединение тех или иных нефтенасыщенных горизонтов в один
или несколько объектов разработки. В связи с этим на ранних этапах эксплуатации в скважинах зачастую перфорируют сразу несколь1
2010‑2011
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
ко пластов и эксплуатируют их так называемым «общим фильтром».
Однако в процессе выработки запасов нефти приток жидкости к перфорированному участку снижается, в связи с чем выявляется ряд характерных особенностей, связанных с взаимодействием пластов друг
с другом. Кроме того данный метод разработки идет в разрез с современным российским горным законодательством, предусматривающим
раздельный учет дебита каждого вовлеченного в эксплуатацию пласта
(смотри ПБ 07‑601‑03 «Правилами охраны недр») при одновременной
добыче нефти одной скважиной.
Интерес нефтяных компаний к технологиям ОРРНЭО в первую
очередь связан со снижением капитальных и эксплуатационных затрат на добычу нефти с одновременным увеличением суммарного
дебита скважин. Такой подход не может быть не оправдан в рыночных условиях существования компаний, поскольку ведет к увеличению рентабельности продукции и увеличению конкурентоспособности предприятия.
С этой целью на первых этапах развития технологии раздельной
эксплуатации предлагались и осуществлялись проекты многорядных
скважин. При этом в один пробуренный ствол увеличенного диаметра
спускались две или три малогабаритные обсадные колонны, которые
цементировались и перфорировались каждая против своего пласта с
помощью направленной перфорации для предотвращения прострела
соседней колонны. Это оказалось возможным лишь при малых глубинах залегания пластов и вызывало существенные осложнения при
последующей их эксплуатации, ремонтных работах и т. д.
Дальнейшее развитие технологии раздельной эксплуатации нескольких пластов пошло по пути создания специального оборудования, спускаемого в скважину, вскрывающую два или три пласта.
Основным элементом такого оборудования является пакер, изолирующий пласты друг от друга, с отдельными каналами для выхода жидкости на поверхность.
Одновременно с этим сложились и требования, предъявляемые
к оборудованию для раздельной эксплуатации пластов через одну
скважину. Оборудование должно обеспечивать:
1.раздельный учет дебита жидкости, получаемой из каждого пласта;
2.создание и поддержание заданного давления против каждого
вскрытого пласта;
3.получение на поверхности продукции разных пластов без их
смешивания в скважине, так как свойства нефтей могут
быть различными;
4.исследование каждого пласта, например, методом пробных откачек, текущий замер пластового давления;
5.ремонтные работы в скважине и замену оборудования, вышедшего
из строя;
6.регулировку отбора жидкости из каждого пласта;
7.работы по вызову притока и освоению скважины.
Другими словами, технология и соответствующее оборудование
для раздельной эксплуатации должны допускать осуществление тех же
технологических мероприятий, что и при вскрытии этих пластов отдельными скважинами.
Раздельно эксплуатировать два пласта в зависимости от условий
притока жидкости в скважину возможно следующими способами:
1.оба пласта фонтанным способом;
2.один пласт фонтанным, другой – механизированным способом;
3.оба пласта механизированным способом.
В настоящее время существует множество вариантов схем одновременной добычи скважинной продукции с применением различных
типов технологического оборудования. Например, теоретически возможны следующие комбинации: фонтан – фонтан, фонтан – газлифт,
газлифт – фонтан, насос – фонтан, фонтан – насос, насос – газлифт,
газлифт – насос, насос – насос, газлифт – газлифт.
2
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
2010‑2011
Однако, несмотря на кажущуюся проработку технологии ОРРНЭО, данный способ добычи нефти до сих пор не получил широкого
распространения на месторождениях России. Связано это с тем, что
в большинстве случаев данные схемы не в полной мере соответствуют предъявляемым к ним требованиям как с технологической, так и с
экономической точки зрения. По этой причине все эксплуатируемые
установки в основном носят опытно-промышленный характер эксплуатации. Тем не менее, интерес нефтяных компаний к ОРРНЭО по
мере снижения запасов нефти и дебита скважин только растет.
Среди множества предлагаемых решений одновременно-раздельной
эксплуатации скважин можно выделить следующих разработчиков:
ЗАО «ТАТЕКС», ООО «СП-БАРС», ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ», НИИ
«СибГеоТех», институт «ТатНИПИнефть», «УфаНИПИнефть» и др.
По конструктивному исполнению ОРРНЭО подразделяются на однолифтовые и двухлифтовые. Наибольшее распространение в настоящее время получил двухлифтовый способ одновременно-раздельной
эксплуатации нефтяных месторождений.
Суть данной технологии заключается в том, что в одну эксплуатационную колонну спускают 2 параллельные колонны НКТ, отличающиеся между собой высотой подвески. Продуктивные горизонты
при этом разделяются пакерным устройством, что и обеспечивает их
раздельную эксплуатацию и учет скважинной продукции для каждого
эксплуатационного объекта.
Наиболее простой схемой оборудования скважины для одновременной разработки двух пластов одной скважиной, работающей
по данной технологии, является система, эксплуатируемая по схеме
«фонтан-фонтан». Кроме того, по данной технологии можно осуществлять раздельную эксплуатацию двух пластов по схемам «фонтаннасос», «насос-фонтан», «насос-насос». Во всех случаях на устье
скважины устанавливается специальная арматура, обеспечивающая
закрепление двух колонн НКТ и выход продукции пласта в соответствии с режимом эксплуатации скважины. Кроме того при использовании скважинных штанговых насосов в данной технологии для схем
«фонтан-насос», «насос-фонтан» применяется станок-качалка; для
схемы «насос-насос» – 2 станка‑качалки.
При кажущейся простоте описанных установок их применение
ограничивается трудностями спуска двух параллельных рядов труб
в ограниченном объеме обсадной колонны, герметизации устья, отсутствием выхода отсепарированного подпакерного газа при работе
по схеме «насос-фонтан» и необходимостью его пропуска через насос, исследований и контроля каждого пласта. Кроме того вызывает сомнение экономичность данной технологии, т. к. подразумевает
укрупнение затрат на дополнительную колонну НКТ, использование
специальной арматуры, а для схемы «насос-насос» – дополнительной
установки станка‑качалки.
Гораздо сложнее в техническом плане реализована технология ОРРНЭО
с использованием однолифтовой схемы скважинной добычи нефти. Трудность способа заключается в ограниченности методов раздельного учета
скважинной жидкости по каждому эксплуатируемому горизонту и подразумевает использование специального оборудования для осуществления
данных мероприятий или периодическую остановку оборудования одного
из эксплуатируемых объектов разработки для замера дебита продукции
пласта. Кроме того при использовании данной схемы эксплуатации существуют и другие трудности, связанные с установкой или извлечением оборудования при ремонтных работах, прихватами пакеров, трудностями при
промывках для удаления механических осадков и солей, исследованием
каждого пласта, сложностью с отводом подпакерного газа для улучшения
коэффициента наполнения и низким коэффициентом эксплуатации скважин с установленным оборудованием для раздельной эксплуатации. Все
это привело к тому, что несмотря на большое число разработанных конструкций на практике они не нашли широкого применения.
3
2010‑2011
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
Решение данных проблем может быть реализовано при помощи применения технологии одновременно-раздельной разработки нескольких
эксплуатационных объектов (ОРРНЭО), разработанной ЗАО «ЭЛКАМНЕФТЕМАШ».
Инициатором разработки и опытно-промышленной апробации
данной установки в 2006 году стала одна из ведущих нефтедобывающих компаний ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь». Тогда же ею и были выставлены основные требования к конструкции опытного образца. Основными требованиями при разработке технологии ОРРНЭО было то, чтобы
она была однолифтовой и позволяла добывать скважинную продукцию без смешения в теле скважины, а также позволяла производить
раздельный учет продукции каждого вовлеченного в эксплуатацию
пласта. Результатом работы стал опытный образец установки насосной с полыми штангами (УНПШ), внедренный на скважине № 742
Павловского месторождения и показавший в ходе эксплуатации полное соответствие предъявленным требованиям.
Как и в случае применения двухлифтовой технологии при
одновременно-раздельной добыче скважинной продукции однолифтовые установки УНПШ обладают важным достоинством – наличием
раздельных каналов для подъема продукции обоих пластов. Наличие независимых коллекторов имеет важное значение при эксплуатации многопластовых скважин, т. к. становится доступным способ
подъема отличающихся по свойствам нефтей. Например, становится
доступным способ раздельной эксплуатации нефтяных пластов, содержащих высокосернистые нефти и пластов с обычными парафинистыми или маслянистыми нефтями. Общий вид установки представлен на рис. 1.
В отличие от существующих на сегодняшний день схем однолифтового подъема скважинной продукции при одновременно-раздельной
эксплуатации установка УНПШ позволяет не смешивать продукцию
нефтенасыщенных пластов на всем протяжении тела скважины от забоя до устья за счет применения полых штанг, запас прочности которых
аналогичен штангам, выполненным по ГОСТ 13877‑96.
Рис. 1.
1 – фильтр сетчатый
2 – пакер
3 – клапан промывочный
4 – насос ННБ
5 – соединительная муфта
6 – насос НН-2СП
7 – колонна полых штанг
8 – шток устьевой полый
9 – трубопроводная арматура к
устьевому штоку
Кроме того установка УНПШ позволяет осуществлять:
– промывку колонны насосно-компрессорных труб;
– глушение скважины;
– слив жидкости при подъеме оборудования через фильтр верхнего насоса;
– слив жидкости с колонны полых штанг через переводную муфту с
мембранным предохранительным устройством.
Несравненным преимуществом является и такой не малозначительный факт, что установка способна устанавливаться на любую из действующих или вновь строящихся скважин с эксплуатационными колоннами,
выполненными по ГОСТ 632‑80 и предназначена для использования в
районах с холодным, умеренно-холодным и жарким климатом при температуре окружающей среды от – 45°С и до + 45°С.
Установка состоит из следующих основных узлов:
– трубный насос скважинный типа ННБ (нижний) с условным диаметром от 27 мм до 57 мм;
– трубный специальный насос скважинный типа НН-2СП (верхний)
с полым штоком и плунжером специальной конструкции;
– пакер;
– клапан КП-1 для промывки и «глушения» скважины;
– колонна полых насосных штанг в составе с устьевым штоком полым,
муфтой со сливной мембраной, трубопроводной арматурой;
– устьевой сальник;
– комплект оборудования для раздельного учета продукции.
Все детали и узлы установки ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ» производит серийно и имеет соответствующие разрешительные документы.
4
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
Окупаем ость технологии ОРЭ
250,0
Срок
окупаемости,
мес.
Срок
окупаемости, мес.
200,0
150,0
1
100,0
50,0
2
3
0,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Прирост дебета скважины, тонн/сут.
Прирост
дебета скв ажины , тонн/сут.
Рис. 2. Окупаемость технологии
ОРЭ при стоимости нефт 6000 р./т
1 - бурение и обустройство дополнительной скважины; 2 - внедрение
двухлифтового метода ОРЭ; 3 - внедрение ОРРНЭО ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
2010‑2011
По желанию эксплуатирующей организации установка может дополнительно комплектоваться:
– газопесочным якорем или фильтром тонкой очистки;
– комплектом оборудования для подачи реагентов при помощи капиллярного трубопровода на прием нижнего насоса типа ННБ;
– комплектом оборудования для замера давлений и температур.
Технологические расчеты и подбор скважинного оборудования,
а также оптимизация работы насосов ведется на основании следующих данных:
– конструкция скважин (глубина, диаметр, интервал перфорации, вертикальность);
– эксплуатационные горизонты по промысловой классификации и
их механическая характеристика;
– планируемые дебиты жидкости по каждому пласту и критерии
их ограничения;
– пластовое давление;
– степень обводнения продукции;
– физико-химические характеристики продукции пластов (плотность,
вязкость, содержание солей, сероводорода, углекислого газа);
– газовый фактор;
– осложнения известняками, песчаниками, мех. примесями, АСПО.
Здесь важно понимать, что подбор оборудования для УНПШ ведется на основании данных, полученных с уже существующих или
планируемых во ввод в эксплуатацию скважин, которые в основном
используются для поднятия продукции с одного пласта. Ввод в эксплуатацию дополнительного пласта ведется на основании геофизических исследований, поэтому очень важно иметь корректные данные
для надежной работы установки УНПШ.
Как правило, скважина подбирается с учетом технико-экономических показателей эксплуатации. Принимая данный факт во внимание,
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ» пошла по пути уменьшения затрат на
ввод технологии в работу. Поэтому конструкция УНПШ основана на
принципе наиболее полного использования стандартного монтажного
оборудования. Таким образом, процесс монтажа оборудования в скважину не вызывает у подрядных организаций каких‑либо затруднений,
что имеет большое значение в плане универсальности и простоты обслуживания установки.
Оба насоса спускаются в одной колонне насосно-компрессорных
труб, плунжера на одной колонне полых штанг и приводятся в действие от одного станка‑качалки. Подача нефти с нижнего пласта осуществляется насосом ННБ по колонне полых штанг, полому устьевому
штоку и гибкому трубопроводу (РВД). Подача нефти с верхнего пласта
осуществляется дифференциальным насосом НН-2СП по кольцевому
пространству колонны НКТ.
Важным преимуществом технологии ОРРНЭО ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ» является полное соблюдение ею норм российского горного законодательства, что не может не отразиться на перспективности данной
разработки в области внедрения на месторождениях, представленных
многопластовыми залежами. Кроме того, сравнивая экономические показатели эффективности между разбуриванием самостоятельной сетки
скважин для каждого нефтеносного горизонта, двухлифтовым способом
ОРД и установкой УНПШ, очевидно явное преимущество последнего
метода (см. рис. 2). Как показывают расчеты срок окупаемости УНПШ
на 35‑40 % меньше по сравнению с двухлифтовым методом и значительно меньше по сравнению с разбуриванием дополнительной скважины
для освоения нефтеносного горизонта.
В качестве примера на рис. 3 представлена диаграмма работы установки УНПШ, внедренной на скв. 500 Чекмагушского месторождения
ОАО «Башнефть» за весь период опытной эксплуатации. В настоящее
время ОАО «Башнефть» принято решение об использовании установки
в промышленной эксплуатации.
5
2010‑2011
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
Из приведенной диаграммы видно, что установка обеспечивает
прирост дебета скважины, с одновременным обеспечением раздельного учета скважинной продукции.
Однако, ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ» не останавливается на достигнутом результате и ведет постоянный мониторинг уже введенных
в эксплуатацию сооружений
с .500
параллельным
техРабота скв
Чекмагушскогосовершенствованием
месторождения
ОАО"Башнефть"
45
40
30
25
20
15
10
5
21.05.2009
14.05.2009
07.05.2009
30.04.2009
23.04.2009
16.04.2009
09.04.2009
02.04.2009
26.03.2009
19.03.2009
12.03.2009
05.03.2009
26.02.2009
0
19.02.2009
Рис. 3.
Работа скважины № 500
Чекмагушского месторождения
ОАО «Башнефть»
Дебет, м3/сут
35
Дата
Дебит нижнего пласта
Дебит верхнего пласта
Общий дебит
нологии ОРРНЭО для более полного обеспечения потребителя качественным продуктом в области одновременно-раздельной эксплуатации скважин.
6