Специальные средства удаления обломочного материала из скважин
advertisement
Специальные средства удаления обломочного материала из скважин В конце XVIII века итальянский физик Джованни Баттиста Вентури описал явление падения давления при протекании жидкости или газа сквозь сужение трубы. В наше время инженеры используют этот принцип для конструирования специальных систем удаления обломочного материала из стволов скважин, пробуренных в наиболее сложных по мировым меркам подземных условиях. Брайан Колл Грэм Лоз M-I SWACO Абердин, Шотландия Жюли Жанпер Равенна, Италия Марко Спортелли Eni SpA E&P Равенна, Италия Чарльз Свобода Марк Тримбл M-I SWACO Хьюстон, штат Техас, США «Нефтегазовое обозрение». Сборник I: избранные статьи из журнала «Oilfield Review», том 24, № 3 (осень 2012 г.); том 24, № 4 (зима 2012—2013 гг.); том 25, № 1 (весна 2013 г.). Copyright © 2014 Schlumberger. Данная статья является русским переводом статьи “Specialized Tools for Wellbore Debris Recovery,” Oilfield Review, Winter 2012/2013: 24, no. 4. Copyright © 2013 Schlumberger. Благодарим за помощь в подготовке данной статьи Кеннета Симпкинса (M-I SWACO, Хьюстон, штат Техас, США). FRAC-N-PAC, PURE и QUANTUM являются товарными знаками компании Schlumberger. HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, MAGNOSTAR, RIDGE BACK BURR MILL, WELL PATROLLER и WELL SCAVENGER являются товарными знаками компании M-I SWACO LLC. 1. Фрезерование — процесс вырезания, измельчения и удаления из скважины металлических обломков приборов и оборудования специальным скважинным инструментом. Для успешного фрезерования применяются фрезеровочные инструменты, жидкости и способы, соответствующие ловильным инструментам и условиям скважины. 46 Удаление обломочного материала — важный залог успеха работ по бурению или заканчиванию скважины. Удаление обломочного материала подразумевает извлечение из пробуренной или законченной скважины металлических обломков и иного ненужного материала. Металлические обломки обычно представляют собой небольшие части скважинных инструментов, шарошек долот, ручных инструментов, кабеля, цепей, стружки от фрезерования и множества иных предметов. Песок и другие материалы, используемые при заканчивании скважины, интенсификации притока и добыче обычно не называют обломочным материалом, но их также часто бывает нужно удалять из скважины до начала добычи. Поскольку существует много разновидностей обломочного материала, для облегчения его удаления из скважины придуманы разнообразные инструменты и способы. В данной статье речь идет об этапе строительства скважины после бурения, а также о проблемах извлечения из скважины обломков сравнительно небольшого размера — типа металлическрй стружки, обломков перфораторов и иных инструментов, а также песка. Статья начинается с обсуждения того, откуда берутся небольшие обломки, а затем следует рассказ об имеющихся способах их изъятия из скважины. На практических примерах демонстрируется, как нефтедобывающие компании используют эти новые технологии в по-разному заканчиваемых скважинах для уменьшения рисков, минимизации времени простоя и повышения производительности скважин. Износная накладка Рабочий торец Рис. 1.Типичный забойный фрезер. — Забойные фрезеры предназначены для измельчения любых материалов, встречающихся в скважине, включая шарошки долот, буровые трубы, мостовые пробки и иные предметы. Во время работы фрезера износные накладки обеспечивают устойчивость. В зависимости от типа материала, подлежащего измельчению, бурильщики используют разные типы рабочих торцов и конфигураций инструмента. Источники небольших обломков На полу буровой установки кипит работа, предоставляя немало возможностей для случайного падения небольших предметов в открытую скважину. На морских платформах диаметр отверстия водоотделяющей колонны может достигать 1 м (3 фута), и в него могут попадать и падать вниз предметы покрупнее. Обломки также образуются внутри скважины в результате различных скважинных работ. Часто бурильщикам приходится фрезеровать оборудование (такое, например, как пакеры или головки хвостовиков) внутри скважин (рис. 1). 1 Стружка Нефтегазовое обозрение Сборник I 47 Скважинный перфоратор Новые перфорационные отверстия Песок Временный пакер Открытые перфорационные отверстия Рис. 2. Защита открытых перфорационных отверстий. — Для изоляции открытых перфорационных отверстий, которые могут быть повреждены обломочным материалом в ходе скважинных работ в зонах над такими отверстиями, бурильщики помещают сверху временного пакера песок. По завершении работ в зоне выше отверстий, песок и обломки, скопившиеся в восстающей части скважины, удаляют с верха пакера, а пакер отсоединяют и поднимают из скважины. 48 от такого фрезерования встречается в скважинах чаще всего. При циркуляции буровых растворов или растворов для фрезерования или заканчивания скважин значительная часть металлической стружки выносится на поверхность. Однако некоторая ее часть остаётся в скважине, причем часто именно там, где её присутствие мешает заканчиванию или добыче. 2 Во время заканчивания скважин обсаженные колонны перфорируют путем выстреливания гирлянды специальных кумулятивных зарядов, смонтированной на перфораторе. При выстреливании зарядов струя раскаленных газов пробивает обсадную колонну, цементное кольцо и пласт. При перфорировании с плотностью 33 перфорации на метр (10 перфораций на фут) на продуктивном интервале образуются сотни перфорационных каналов, а также значительное количество осколков металла и породы, которые нужно из скважины удалить. Раньше осколки зарядов, обсадной колонны, цементного камня и пластовой породы оставляли в перфорационных каналах, что могло приводить к снижению производительности скважин. В результате анализа результатов перфорирования часто выяснялось, что многие перфорационные каналы были закупорены и непроходимы для пластовых флюидов. Развитие технологии перфорирования, например, появление системы создания чистых перфорационных каналов PURE в сочетании с применением кумулятивных зарядов, дающих минимальное количество обломков, позволяет снизить риск такого повреждения перфорационных каналов. 3 Хотя при использовании данных методов в перфорационных каналах остаётся меньше обломков, больше обломков скапливается в стволе, что может привести к засорению фиксаторов извлекаемых мостовых пробок или к ухудшению работы оборудования заканчивания скважин. Некоторые материалы специально помещают в скважину, а потом при очистке — удаляют. При выполнении работ по интенсификации притока временные пакеры и открытые пер- форационные отверстия обычно покрывают слоем песка для защиты от повреждения, пока идут работы на других участках скважины (рис. 2). По завершении таких работ до начала добычи песок следует удалить. При других работах по интенсификации притока, таких как применение системы FRAC-N-PAC, контролирующей вынос проппанта, песок и синтетический проппант специально вводят в скважину для повышения добычи. 4 Во всех случаях до начала добычи из скважины лишний песок и проппант нужно удалить. Но какие бы меры не принимались по очистке стволов скважин и добывающего оборудования от обломков, нежелательные материалы часто проникают в проблемные зоны, увеличивая риск повреждения оборудования заканчивания, уменьшая производительность и ухудшая рабочие характеристики скважины в перспективе. 5 Сложность конструкции Строить нефтяные и газовые скважины становится все сложнее и дороже. Суточные расходы на бурение скважин на удаленных участках, под водой или на большие глубины часто достигают 1 миллиона долларов США. На фоне роста этих проблем в ситуации, когда нужно сокращать расходы, нефтяным компаниям приходится принимать 2. Connell P and Haughton DB: “Removal of Debris from Deepwater Wellbores Using Vectored Annulus Cleaning Systems Reduces Problems and Saves Rig Time,” paper SPE 96440, presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, October 9–12, 2005. 3. Bersås K, Stenhaug M, Doornbosch F, Langseth B, Fimreite H and Parrott B: “Perforations on Target,” Oilfield Review 16, no. 1 (Spring 2004): 28–37. 4. Gadiyar B, Meese C, Stimatz G, Morales H, Piedras J, Profinet J and Watson G: “Optimizing Frac Packs,” Oilfield Review 16, no. 3 (Autumn 2004): 18–29. 5. Haughton DB and Connell P: “Reliable and Effective Downhole Cleaning System for Debris and Junk Removal,” paper SPE 101727, presented at the SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, Adelaide, South Australia, Australia, September 11–13, 2006. Нефтегазовое обозрение Размер обсадной колонны Всасывание 36 дюймов Цемент 28 дюймов Область падения давления Впуск флюида Выпуск флюида Сужение Поток 22 дюйма Рис. 3. Эффект Вентури. — При протекании флюида сквозь сужение трубы с большой скоростью происходит локальное падение давления с эффектом всасывания, которое можно использовать для сбора обломков. Башмак обсадной колонны 18 дюймов важные решения по бурению и заканчиванию. В результате в настоящее время затраты на анализ рисков тарифицируются на поминутной, а не посуточной основе. Ге о метр и я с тволов и с хем ы з а ка н ч ива ни я с к ва жи н с та новя тс я в с е с л ожнее и с ложнее, и и нженер ы о с о з н а ют, ч то для эффек ти вного упра в лени я р и с к а ми , повы шени я про и зводи тельнос ти и опти ми з а ци и добы ч и необходи м о уда ля ть о бл о моч ны й ма тер и а л, к отор ы й ра н ь ше не вос пр и ни ма ли вс ер ьез . Д а ж е небольшое к оли ч ес тво обл о м ко в может огр а ни ч и ть добы ч у и при вес ти к неуда ч е пр и з а к а нч и в а н и и . М ета лли ч ес к и е обломк и и н е б о л ьши е ос к олк и др уги х м а тер и а л о в м огут меша ть с пус к у дли нны х и с л о жны х з а бой ны х к омпоновок в г л уб ок и е и и с к р и вленны е с к ва жи н ы . Пр и и с польз ова ни и с ложны х сх е м з а к а нч и ва ни я — на пр и м ер , с в ы б о роч ной и з оля ци ей нефтенос - ны х и нтер ва лов, — небо л ьшие о блом к и , вк люч а я м етал л ические о бр ез к и и пес ок , ч а с то заку по риваю т к ла па ны , з а тр удня ю т к ним до ст у п и ли и ны м обр а з ом выво дят их из с тр оя . Ск ва жи ны с и з вил ист ыми т раек тор и я ми тр удно о чищат ь т радици онны м и с пос оба ми. Определ ит ь опти ма льную с к ор ост ь цирку л яци и бур ового р а ст во ра т ру дно , пос к ольк у пр и ходи т ся у чит ыват ь и з м енени я отк лонения скважины, огр а ни ч ени я эк ви вал ент но й пл о т нос ти ци р к ули р ующ его бу ро во го р а с твор а , га ба р и ты т ел еско пичес к и х обс а дны х тр уб и о граничения м ощнос ти на с ос ов (рис. 3) . Даже пр и небольшой с к оро ст и цирку л яци и в с р еде с вя з к ими ф л ю идами ес ть р и с к потер и цирку л яции изз а вы с ок ой эк ви вал ент но й пл о т нос ти ци р к ули р ующего бу ро во го р а с твор а . В подобных непро ст ых с к ва жи нны х ус ловиях ну жны но вы е подходы . Рис. 4. Поток в кольцевом пространстве скважины и очищающая способность. — В большинстве скважин обсадные колонны составляются из труб, последовательно уменьшающихся в диаметре, как в телескопе. В морских глубоководных скважинах для регулирования подземного давления и напряжения в пласте приходится использовать несколько обсадных колонн. Возможность выноса обломков из забоя скважины на поверхность при помощи одной только циркуляции определяется несущей способностью флюида и напрямую зависит от его скорости в кольцевом пространстве скважины и вязкоупругих свойств. Однако при движении вверх по скважине, поднимаясь в очередную секцию телескопической обсадной трубы каждый раз большего физического и фактического гидравлического диаметра, флюид теряет скорость. Поэтому для того, чтобы выносить обломки, флюид должен иметь достаточную вязкость. Если компенсировать потерю несущей способности повышением вязкости или скорости несущей жидкости, вырастет эквивалентная плотность циркулирующего бурового раствора, которая оказывает большее гидравлическое усилие на пласт и может вызвать потерю циркуляции. Таким образом, перед бурильщиком стоит дилемма — как получить достаточную несущую способность вверх по стволу и одновременно поддерживать эквивалентную плотность циркулирующего бурового раствора в скважине в требуемых ограниченных пределах. Такая дилемма усложняет задачу по удалению обломков традиционными способами. Старый принцип — новая сфера применения Один из способов снижения риска высокой скорости циркуляции — снижение давления по принципу Вентури — практикуется уже многие сотни лет. В начале XVIII века итальянский физик Джованни Баттиста Вентури описал явление, которое позднее было названо его именем. Он вместе со швейцарским математиком Даниелем Бернулли, занимавшимся вопросами гидродинамики, известен своими открытиями, которые привели к Увеличение гидравлического диаметра 16 дюймов 135/8 дюйма 113/4 дюйма 95/8 дюйма 75/8 дюйма Необсаженная скважина Сборник I 49 Двигатель Сужение Обычный поток Область низкого давления, создаваемая эффектом Вентури Модуль двигателя Смешанный поток Прямая циркуляция, развернутая вниз относительно инструмента Обратный поток Фильтр Модуль просеивания обломков Магнитная ловушка Область сбора обломков Рис. 5. Модульная конфигурация инструмента WELL SCAVENGER. — Жидкость течет сквозь двигатель WELL SCAVENGER (слева вверху на рис.) по следующему курсу. Жидкость, текущая с поверхности сквозь сужение (зеленая стрелка вниз), создает зону низкого давления. Из-за локального падения давления жидкость вместе с обломочным материалом засасывается вверх сквозь WELL SCAVENGER, а затем — через двигатель (красная стрелка вверх). Жидкость проходит по периметру двигателя, меняет направление на обратное рядом с сужением (изогнутые красные стрелки) и вытекает из инструмента (черные стрелки). После выхода из инструмента часть жидкости течет по скважине на поверхность (зеленые стрелки вверх), а другая часть — стекает обратно. Перед тем, как достичь двигателя, жидкость с обломочным материалом проходит через нижнюю сборную камеру (справа на рис.). Попав в инструмент , движущиеся обломки попадают на элементы отражателя и оседают в сборных камерах. Когда одна камера заполняется, обломки направляются в следующие камеры. При прохождении жидкости с увлекаемым обломочным материалом сквозь WELL SCAVENGER в сборные камеры попадают не все обломки. Некоторые доплывают до сита, где магнитная ловушка притягивает и собирает железные предметы; жидкость же проходит через фильтр, где задерживаются прочие остатки. 50 Отражатель обломков Область сбора обломков Модули сбора обломков Нижняя камера сбора обломков Область сбора обломков Обломки и линия тока жидкости созданию вакуумного насоса Вентури. Инженеры и конструкторы применяли эту схему в самых разных сферах, от систем смешивания жидкостей до медицинского и бытового оборудования, типа обычного садового шлангараспылителя. Этим фундаментальным принципом — эффектом Вентури —инженеры пользуются в наше время для конструирования специальных систем очистки от обломочного материала стволов скважин, расположенных в весьма сложных подземных условиях. Эффект Вентури представляет собой создание разрежения с помощью струи газа или жидкости, проходящей через сужение. Законы гидродинамики, описанные Вентури и Бернулли, гласят, что при сужении диаметра линии тока скорость потока растет в соответствии с принципом непрерывности, а давление соответственно понижается в соответствии с принципом сохранения механической энергии. Одновременное падение локального статического давления создает разрежение (рис. 4). 6 Вакуумные системы Вентури во многих отношениях лучше традиционных механических насосов. Обычные механические вакуумные системы включают движущиеся детали, с которыми могут возникать проблемы: клапаны застревают, всасывающие фильтры закупориваются, а двигатели ломаются. Напротив, в насосах Вентури движущихся деталей мало или нет совсем, поэтому они требуют минимального ухода. Обломки со дна В последнее время насосы Вентури применяют для удаления обломков из труднодоступных и проблемных зон скважин. Было создано множество конструкций, и у каждой — свои неповторимые особенности, отвечающие самым разным техническим требованиям. Ряд сервисных компаний, в их числе — компания M-I SWACO, принадлежащая компании Schlumberger, предлагают системы удаления обломочного материала из скважин, сконструированные на основе эффекта 6. Visual Physics, School of Physics, University of Sydney, Australia: “Fluid Flow, Ideal Fluid, Bernoulli’s Principle,” http://www.physics.usyd.edu.au/ teach_res/jp/fluids/ flow3.pdf (ссылка проверена 16 сентября 2012 г.). Нефтегазовое обозрение Инструмент MAGNOSTAR Инструмент WELL PATROLLER Инструмент RIDGE BACK BURR MILL Инструмент SABS Линия тока жидкости Оребрение Муфтастабилизатор Отклонитель жидкости Выдвижные фрезы Магнитная ловушка Фильтр Циркуляционные отверстия Приводной шар Закрытые отверстия Рис. 6. Инструменты для чистки ствола скважины. — Инструмент MAGNOSTAR представляет собой магнитную ловушку, притягивающую железные обломки из протекающего мимо потока. Оребрение на корпусе магнитной ловушки заставляет жидкость обтекать инструмент, создавая зазор между корпусом и стенкой обсадной колонны. Инструмент WELL PATROLLER — скважинное фильтрующее устройство, спускаемое на колонне очистки. Это устройство помогает чистить ствол во время спуска. Когда фильтр поднимают из скважины, он отфильтровывает остаточные обломки из кольцевого пространства проволочным ситом. Инструмент RIDGE BACK BURR MILL — устройство для чистки перфорированных обсадных колонн или хвостовиков. Инструмент удаляет заусенцы, образовавшиеся после перфорирования, обеспечивая беспрепятственный проход оборудования заканчивания. После завершения фрезерования и Вентури и спускаемые а скважину либо на гибких насосно-компрессорных трубах, либо на обычных спусковых колоннах. Инструмент WELL SCAVENGER имеет модульную конструкцию гибкого применения. Верхний модуль включает односопловый двигатель с гидравлическим приводом, работающий по принципу Вентури. Давление, создаваСборник I Открытые отверстия очистки есть возможность отключить RIDGE BACK BURR MILL. Бурильщик отправляет к инструменту приводной шар, который смещает внутреннюю опорную муфту, устраняя действующую на фрезы силу расширения. Перепускной переходник однократного действия SABS позволяет увеличивать скорость потока в обсадной колонне над хвостовиком или перепуском обсадной колонны. Инструмент опускают в скважину, при этом его отверстия циркуляции находятся в закрытом положении (вторая иллюстрация справа на рис.). Бурильщик бросает приводной шар, чтобы открыть отверстия циркуляции (справа на рис.). Это перенаправляет поток жидкости, текущей вниз мимо бурового снаряда, в обход снаряда; так исключаются ограничения потока, увеличивается подача и устанавливается более высокая скорость в кольцевом пространстве. Чтобы закрыть отверстия, бурильщик бросает еще один приводной шар. емое насосами на поверхности, создает сильный локализованный обратный циркуляционный поток с оптимальной подъемной скоростью, не требуя от насоса высокой подачи. Этот обратный поток заставляет обломки плыть вверх внутри нижней насосно-компрессорной трубы, попадать в сборные камеры, а затем — в камеру сбора железных отходов и на фильтр (рис. 5). Эту ба- зовую трехмодульную систему можно дополнять самыми разными вспомогательными системами, типа магнитной ловушки MAGNOSTAR, скважинного фильтра WELL PATROLLER, дробилки RIDGE BACK BURR MILL и перепускного переходника однократного действия (single-action bypass sub — SABS) для расширения диапазона решаемых задач (рис. 6). 51 Интервал Глубина верха Глубина основания Протяженность интервала Количество прострелов 1 1782 м (5846 футов) 1794 м (5886 футов) 12 м (39 футов) 472 2 1640 м (5381 фут) 1648 м (5407 футов) 8 м (26 футов) 315 3 1522 м (4993 фута) 1546 м (5072 фута) 24 м (79 футов) 964 4 1471 м (4826 футов) 1480 м (4856 футов) 9 м (30 футов) 354 Рис. 7. Интервалы скважины в Адриатическом море, в которых выполнялось перфорирование. A B C Рис. 8. Сбор обломков из скважин в Адриатическом море. — Магнитная ловушка притягивает железные обломки, затянутые вместе с циркулирующим потоком внутрь инструмента WELL SCAVENGER (А). Керамические обломки (Б) и обломки перфораторов (В) вынуты из камер сбора обломков. 52 П ос к ольк у и нс тр умент ы дл я у далени я облом оч ного мат ериал а час то с пус к а ют в с оляные раст во ры, у к отор ы х нес ущая спо со бно ст ь и з на ч а льно огр а ни ч ена, т о при использ ова ни и тр а ди цио нных мет о дов для подъ ема обл о мко в в у л авли ва ющи е с етк и и ли камеры ну жно обес печ и ва ть вы с оку ю ско ро ст ь ци р к уля ци и , ли бо испо л ь зо ват ь вя з к и е нес ущи е жи дко ст и. При использ ова ни и WE LL SCAVENGER без эти х мер м ожно о бо йт ись . Ко гда пер фор а ци онны е канал ы о т крыты , и ес ть р и с к потери цирку л яции и ли повр еждени я , ко гда чу вст вительное к да влению скважинно е обор удова ни е с пущено в скважину, ли бо к огда и з -з а ограничений наз ем ного обор удова ния нево змо жно обес печ и ть вы с ок ую по дачу насо с ов, у ус тр ой с тв нов о го по ко л ения, та к и х к а к WE LL SCAVENGER , и меютс я я вны е пр еиму щест ва. И нженер ы M -I S WACO дл я выяснени я , к а к а я пода ч а до л жна быт ь у на з ем ного на с ос а , чт о бы по днят ь обломк и без ущер ба дл я скважинного обор удова ни я ил и о т крыт ых пер фор а ци онны х к анал о в, применя ют фи р менное пр ограммно е о бес печ ени е для м оде л иро вания режи ма поток а . В з а ви с и мос ти от о жидаемо го объ ема обломоч ного мат ериал а, и нженер ы ус та на вл иваю т внизу с пус к овой к олонны о дин ил и два м одуля для с бор а о бл о мко в. У к а ждого пр едус мотрены емко ст ь с бор а облом к ов, отражат ел ь по т о к а и внутр ення я тру бка Вент у ри с о вс тр оенны м цент рат о ро м дл я обес печ ени я пр оч ност и и у ст о йчивос ти . В нутр ення я т ру бка Вент у р и фор ми р ует путь дл я о брат но го поток а , а отр а жа тел ь «выбивает » обломк и и з поток а жидко ст и, и т е па да ют в с бор ны й к о нт ейнер, по ка жи дк ос ть пр отек а ет через кажду ю к а мер у. Н а д м одуля ми с бора о бл о мко в и ни же дви га теля з а крепл ено сит о . Ж и дк ос ть теч ет скво зь инст ру м ент, пр оходи т на д магнит но й л о вушк ой , а з а тем — через ф ил ьт р, и вы тек а ет и з и нс тр умент а. Вну т ри пр и бор ов с и то и магнит ные л о вушк и центр и р ова ны дл я о беспеНефтегазовое обозрение чени я у с то й ч и во ст и при ра б о т е в изви ли с тых скв а ж и н а х . П о сл е очистк и ли б о п р и з а по л н е н и и и л и зак уп о р к е с и с те м ы м о ж н о о т кры т ь инстр у м е н т SAB S и по в ы с и т ь с ко рость ц и р к у ля ц и и в ко л ь це в о м простр ан с тве ; э то по м о ж е т с о бра т ь остатк и об лом к о в и з о бл а ст и н а д инстр у м е н том . И н с т рум е н т W E L L SCAVEN GER п р е д н а з н а ч е н д л я удал е н и я и з с к ва ж и н о бл о м о ч н о го м ате р и ала с ам ы х ра з н ы х т и по в , вк л юч ая о тхо д ы ф ре з е ро в а н и я, зубц ы и шар ошк и д о л о т, пе со к, н е больши е р у ч н ые и н с т рум е н т ы и обло м к и от п е р ф о ри ро в а н и я. На п о ве р хн о с т и о ч е н ь в а ж н о остор ож н о об р ащ а т ь с я с по д ъ е м н ым об ор у д о ван и е м , н а г руж е н н ы м обло м к ам и , ос об е н н о — с при м е с ями б р о м и д а ц и н к а и д руг и м и в ре д н ыми д ля зд о ро в ь я ре а г е н т а м и ра ст во р о в д ля за ка н ч и в а н и я. Д л я защ и ты о т э ти х в е щ е ст в м о д ул и WE LL SC AVEN G E R о бо руд ую т ся герме ти ч н ым и з а щ и т н ы м и ко л пачкам и , в к ото ры х ска пл и в а ю т ся собран н ые в с к в а ж и н е м а т е ри а л ы посл е п о д ъе м а и н с т рум е н т а н а по верх н о с ть . Удаление песка и обломков перфораторов О быч н о п р и так и х ра б о т а х , ка к повт ор н ое п е р ф о ри ро в а н и е в е рх н их и н те р валов, н а д про д укт и в н ыми и н те р валам и ус т а н а в л и в а ю т време н н ые м ос то в ы е про б ки . Д о полни те ль н о, в ка ч е ст в е з а щ и т ы орие н ти р ован н ых пе ре д о м в в е рх фик сато р о в, п р и по м о щ и ко т о ры х време н н ые п р об ки в ы н и м а ю т и з ск в аж и н ы, н а п р о б ки кл а д ут пе с о к ил и к е р ам и ч е с к и е про ппа н т ы . В 2 0 1 1 г о д у к о м па н и я E n i S pA для вып олн е н и я ра б о т по м н о г о инте р валь н ом у з а ка н ч и в а н и ю с прим е н е н и е м г р а в и й н ы х ф и л ьт ро в н еск о ль к и х м о р с ки х с кв а ж и н у Адри ати ч е с к ог о по б е ре ж ь я И т а лии п р и м е н и ла про бки с г ра в и й н ыми ф и льтр ам и QUA N T UM . П о сл е у с тан овк и п ро б о к с в е рх у н а к ажд у ю и з н и х н а с ы па л и пе с ка д л я защ и ты от об лом к о в пе рф о ра т о ро в и пл ас то во й п ор о д ы при пе рф о ри ров ан и и и н те р ва л а в ы ш е про б о к. По з аве р ше н и и р а б о т по з а ка н ч и Сборник I в а н и ю в с к ва жи ну с пус ти ли WE LL S C AVE NG E R и ус пешно уда ли ли пе со к и облом к и пер фор а тор ов с в е рх а к а ждой пр обк и . Ка ждое з а к а нч и ва ни е тща тельно пл а н и р ова лос ь и нженер а м и M -I S WACO и з Абер ди на с овм ес тно с и н ж е нер а ми S c hlu mb er ger в Ра венн е , И та ли я . До на ч а ла пер фор и р ов а н и я неглубок и х з он в с к ва жи не и с по льз ова ли р а с твор хлор и да ка л ь ци я Ca Cl 2 для з а к а нч и ва ни я пл о т нос тью 1 , 3 г/с м 3 (1 0 , 8 фунт о в ма с с ы на га ллон США) и на ка ж д ую вр еменную пр обк у на ли л и 2 0 ли тр ов (5 , 3 га ллонов США) ке ра ми ч ес к ого пр оппа нта плотнос т ь ю 2 , 7 г/с м 3 (2 2 , 5 фунтов ма с с ы н а г а л лон США). П ер вую с к ва жи н у — вер ти к а льную — пер фор и ро в а л и с плотнос тью 3 9 пер фор а ци й на м (1 2 пер фор а ци й на фут) ( ри с . 7 ). П о ок онч а ни и пер фор и р ова ни я ка ж д ой з оны для уда лени я и з л и ш ко в к ер а ми ч ес к ого пр оппа нта и проч и с тк и фи к с а тор а для с ня т и я пр обк и в с к ва жи ну с пус к а ли W E L L S CAV E NG E R и пр ом ы воч н ы й ба шм а к . П ри пер вом с пус к е WE LL S C AVE NG E R на тк нулс я на вер хн и й слой облом к ов, но та к к а к ци р кул яци я отс утс твова ла , пр ом ы воч н ы й ба шма к пр ос к ольз нул м и мо о б л о мк ов, упа в на па к ер -пр обк у. П е со к и обломк и ус пешно уда ли ли и бе спр епя тс твенно с ня ли вр еменн ую п р обк у. О дна к о для уменьшен и я ри с к а з а с тр ева ни я и нс тр умент а в пес к е и ли повр еждени я па к ер а и н ж е нер ы р еши ли во вр ем я пос ледующих спусков пускать циркуляци ю пр и мер но на 3 0 м (1 0 0 футов) в ы ш е пр едпола га ем ого вер ха пес ч а н о г о та м пона . В ка ждой с к ва жи не пос ле с пус к а про м ы воч ны х ба шма к ов на па к ер про бк и бур и льщи к и для полного уд а л е ни я облом к ов пр ок а ч и ва ли пут е м ци р к уля ци и объ ем , р а вны й 1 , 5— 3 объ ем а м к ольцевого пр ос т ра н с тва . Инс тр умент WE LL S C AVE NG E R пр оч и ща л к а жды й пе сч а ны й та м пон в с р еднем з а 2 5 м инут. С уч етом с ум м а р ного о б ъ е ма и з влеч енны х нежелез ны х о б л о мк ов, с к воз ь фи льтр и з с тво- ла бы ло вы к а ч а но 16 кг ( 35 ф у нтов ма с с ы ) с ы р ого веса, ил и пример но 6 5 % , к ер а ми ч еско го песка. В с бор ны е к а м ер ы с обрал и о бл о мки пер фор а тор ов и к ру пные част ицы пес к а , а к м а гнит но й л о ву шке фи льтр а пр и тя нулись жел езные облом к и (р и с . 8 ). Р або чие выгру з и ли , пр омы ли , ос мо т рел и и по дго тови ли к а м ер ы с бор а о бл о мко в дл я повтор ного с пус к а на ко мпо но вке ни з а бур и льной к ол о нны ( КНБК) . Ана логи ч ны е р а бот ы был и про ведены еще на двух скважинах; у тр етьей с к ва жи ны набл ю дал о сь отк лонени е в 2 4 °. П ри по мо щи инс тр ум ента WE LL S CAVENGER по луч и лос ь уда ли ть песо к и о бл о мки пер фор а тор ов в течение всех 12 с пус к ов, отч его к а ждый пакер у далос ь вы нуть без пр оисшест вий. Обломки в зонах, чувствительных к давлению Скопление песка и прочих небольших обломков сверху пакеров усложняет подъем последних. Точно так же эти материалы мешают работе прочего механического скважинного оборудования, вроде клапанов для разобщения пластов (КРП). Поскольку эти клапаны срабатывают от давления, выбирать способы удаления обломков нужно так, чтобы локальные изменения давления были минимальными. Насос Вентури, реализованный в односопловом инструменте WELL SCAVENGER, позволяет собирать обломки при низкой скорости циркуляции, сводя к минимуму изменения давления рядом с КРП. При типовой схеме очистки КРП, КНБК включает компоненты системы WELL SCAVENGER и от одного до нескольких дополнительных инструментов очистки ствола, вроде MAGNOSTAR и WELL PATROLLER (рис. 9). В 2012 году крупная международная компания в британском секторе Северного моря запланировала провести очистку выбранной зоны выше КРП. Традиционные инструменты, при работе с которыми требуется высокий расход, могут вызвать проблемы при чистке рядом с КРП. Эти условия могут случайно 53 Спусковая колонна Инструмент SABS Инструмент MAGNOSTAR Инструмент WELL PATROLLER Двигатель и модуль просеивания обломков WELL SCAVENGER Камеры сбора обломков Непроходной фиксатор Промывочная колонна Башмак направляющего инструмента с косым срезом вызвать срабатывание клапана или повреждение компонентов забойной компоновки. Для получения оптимальных результатов нижний конец инструмента WELL SCAVENGER нужно помещать на 0,3—1 м (1—3 фута) выше приводного шара КРП. В данном случае такой зазор удалось получить при помощи 7⅛-дюймового посадочного переходника, уменьшив риск повреждения КРП от случайного соприкосновения. Во время этой работы WELL SCAVENGER спускали в скважину, пока посадочный переходник не приблизился на уровень примерно 6 м (20 футов) над приводным шаром КРП. Тогда начали откачку с заданной скоростью 4 барр./мин (0,6 м 3 /мин), медленно опуская инструмент в скважину. Когда посадочный переходник находился на высоте примерно 0,75 м (2,5 фута) над приводным шаром КРП, скорость откачки слегка повысили до 6 барр./мин (0,95 м 3 /мин), обеспечив оптимальный зазор вокруг шара КРП без риска повреждения забойного оборудования. После откачки в течение 30 минут инструмент вытащили на поверхность. В сборные камеры попало всего 11,8 кг (26 фунтов массы) различных нежелезных обломков — в основном, песка и небольших кусочков резины. Еще 0,91 кг (2 фунта массы) железных обломков собрали на встроенную в инструмент магнитную ловушку. Изначально планировалось запустить КРП на сравнительно недолгий период после очистки. Однако скважина была временно законсервирована. Несмотря на то, что до открытия клапана невозможно подтвердить, закончена очистка или нет, об её успехе можно было судить по удачному размещению WELL SCAVENGER рядом с КРП, а также Рис. 9. Конфигурация WELL SCAVENGER для удаления обломков от КРП. — Инструменты можно настраивать на режим очистки областей у КРП, чувствительных к давлению. В этом случае для удаления обломков из скважины инструменты WELL PATROLLER, магнитную ловушку MAGNOSTAR и инструмент SABS спускали над инструментом WELL SCAVENGER. Непроходной фиксатор ограничивает ход спусковой колонны вниз в забойную компоновку. 54 Спусковая колонна Инструмент SABS Двигатель и модуль просеивания обломков WELL SCAVENGER Камеры сбора обломков 21 сочленение спусковой колонны Башмак направляющего инструмента с косым срезом Рис. 10. Чистка внутри сетчатых фильтров с гравийной набивкой. — Блок WELL SCAVENGER приспособлен для работы внутри сетчатого фильтра с гравийной набивкой. Под двигателем находятся четыре камеры сбора обломков и спусковая колонна, собранная из 21 сочленения; эти компоненты невелики по размеру и помещаются внутри сетчатого фильтра с гравийной набивкой. В данном случае во время удаления обломков двигатель и камеры сбора обломков находятся сверху на фильтрах с гравийной набивкой. После того как обломки убраны, инструмент поднимают к головке колонны-хвостовика и открывают SABS, что увеличивает скорость циркуляции в кольцевом пространстве, отчего остатки обломков выводятся из кольцевого пространства на поверхность. Нефтегазовое обозрение по количеству вынутых обломков. В ближайшее время компания планирует расконсервировать данную скважину. Скважины с гравийными фильтрами, особенно те, в которых пластовое давление низкое и часто падает циркуляция, также легко повредить при удалении обломочного материала различными способами. Песок и прочие небольшие обломки скапливаются внутри фильтров с гравийной набивкой, мешая добыче. При повторном заканчивании скважины для повышения дебита нефтеотдачи часто приходится их удалять из хрупких фильтров. Невозможность циркуляции раствора для заканчивания в коллекторах с низким давлением затрудняет инженерам извлечение обломков. Одно из уникальных свойств инструмента WELL SCAVENGER, делающих его идеальным средством для решения таких сложных задач, — способность извлекать из скважины обломки при низкой скорости циркуляции. Именно такая ситуация сложилась в 2012 году, когда компании, занимавшейся освоением на Северном склоне Аляски в США, потребовалось повторно закончить необсаженную скважину с гравийной набивкой, добыча из которой стала снижаться. Инженеры предположили, что добыче мешает скопление песка внутри фильтров с гравийной набивкой. Однако когда во время повторного входа в скважину бригада по капремонту попыталась промыть скважину фильтрованной водой плотностью 1,02 г/см 3 (8,5 фунтов массы на галлон США), промывочный раствор из-за низкого пластового давления из скважины не пошел. Инженеры M-I SWACO посоветовали промыть 9⅝-дюймовую обсадную колонну до уровня гравийной набивки примерно на глубине 4300 футов (1300 м), а затем запустить в фильтр с гравийной набивкой инструмент WELL SCAVENGER и вычистить обломки с интервала до глубины примерно 5000 футов (1500 м). Для защиты гравийной набивки скважины при очистке и каротаже верхней секции 9⅝-дюймовой обСборник I садной колонны, прямо над нижней забойной компоновкой поместили временный пакер. Затем, для защиты механизма расцепления от падения обломков во время прочистки верхней секции обсадной трубы на пакер сверху поместили 1000 фунтов массы (454 кг) песка. После того как обсадную трубу прочистили, а в скважине выполнили каротаж, песок вынесли на поверхность циркулирующим потоком и успешно вынули пакер. Бригада M-I SWACO спускала в скважину WELL SCAVENGER со скоростью 3 фут/мин (1 м/мин) при подаче насоса 4 барр./мин (0,6 м/мин) (рис. 10). Подача наземных насосов поддерживалась на минимальном уровне из диапазона оптимальных для работы инструмента значений, чтобы поддерживать выход циркуляции. После успешной промывки каждой позиции, скорость насосов на пять минут увеличили до 7 барр./мин (1,1 м 3 /мин). Инструмент опустили на заданную глубину за один заход. Капремонтная бригада извлекла из фильтров с гравийной набивкой 14,5 фунтов массы (6,6 кг) пластового песка, кусков резины и металла (рис. 11). После успешного удаления обломков из фильтров с гравийной набивкой работы по повторному заканчиванию скважины возобновились. Удаление обломков фрезерования Фрезерование используется при различных скважинных работах, включая вырезание отверстий в обсадных колоннах, спиливание заусенцев и краев сверху инструментов и измельчение пробок и пакеров для выноса потоком из скважины. В 2010 году крупная нефтедобывающая компания в Мексиканском заливе запланировала извлечь из скважины чугунную мостовую пробку (ЧМП). Перед тем, как измельчить ЧМП фрезой, с пробки нужно было снять 200-футовый (60-метровый) слой ранее уложенного цемента. Скважину пробурили 8½-дюймовым шарошечным коническим долотом, выйдя к верхней границе цемента примерно на глубине 800 футов (240 м). Во время бурения от шарошечного долота отломился кусок и исчез в скважине. Остатки долота извлекли, а затем спустили в скважину фрезу, но измельчить отломившийся кусок долота не смогли. Чтобы не тратить время непродуктивно, решили найти способ вытащить конус долота и расфрезеровать ЧМП за один спуск. Инженеры M-I SWACO посоветовали воспользоваться WELL SCAVENGER со специальной КНБК и таким образом выполнить все работы за один спуск. КНБК состояла из двух элементов: промывочного башмака — с гладкой внешней и шершавой внутренней поверхностью и шершавым передним краем — и удлинителя промывочной колонны с двумя рядами ловильных пауков. Ловильный инструмент на кабеле был установлен для улавливания долота. В КНБК между низом WELL SCAVENGER и передним краем башмака выдерживалось расстояние 16,5 футов (5 м). Компоновку спустили в скважину, нашли верхушку ЧМП, остановили циркуляцию и начали фрезеровать пробку. Ловильная бригада измельчила ЧМП фрезой, работавшей примерно на 80 оборотах, почти за пять часов при осевой нагрузке на инструмент 1000—6000 фунтов силы (4450—26 700 Н) и вращающем моменте 1000—3000 фунтов силы на фут (1356—4067 Н·м). После того как весь интервал в 2,0 фута (0,6 м) был расфрезерован, буровая бригада подняла КНБК на поверхность. В камерах инструмента скопилось 12—15 фунтов массы (5,4—6,8 кг) металлических обломков. Крупные обломки, не поместившиеся в WELL SCAVENGER, застряли в ловильном инструменте на кабеле и под ловильным пауком. Там же нашли обломок конуса долота, конусные кольца, куски резины пакера и другие части ЧМП. По количеству выловленного материала техники определили, что бóльшую часть обломочного материала из скважины удалили. Несмотря на низкие несущие свойства использованного в скважине бурового раствора на водной основе (морской воде) система извлечения 55 Извлеченные обломки Вид крупным планом Рис. 11. Различные обломки, поднятые с глубины. — При извлечении WELL SCAVENGER из скважины на Северном склоне Аляски, США, бурильщики герметично закупорили камеры сбора обломков. Позднее на объекте M-I SWACO четыре сборных камеры открыли, обнаружив среди различных обломков пластовый песок, куски резины и железа. Авторучка (не бывшая в скважине) выложена рядом с обломками для визуального сравнения и оценки размеров частиц. 56 обломков WELL SCAVENGER смогла выловить конус долота и остатки от фрезерования ЧМП. Бурильщикам удалось спустить инструмент в скважину и вынуть остатки долота без помех со стороны металлических или неметаллических обломков; таким образом, второй спуск не понадобился. Удаление застрявших пакеров Бурильщики и инженеры делают всё, чтобы минимизировать производственные риски. Но, несмотря на их усилия, буровые колонны застревают, забойные компоновки не достигают заданных точек, а в скважине скапливается обломочный материал. С одной крупной нефтедобывающей компанией, работавшей на Северном склоне Аляски, США, недавно произошел такой случай. Во время спуска пакера внутри 9⅝-дюймовой обсадной колонны пакер преждевременно застрял на глубине 8184 фута (2494 м). Раньше пакер устанавливали, крепя замок шарнирного отклонителя примерно на глубине 10 100 футов (3078 м). После того, как застрявший пакер разбурили и вынули, нужно было прочистить ствол до уровня другого пакера, установленного глубже, и уже потом продолжить работы по заканчиванию. Удаление обломков из скважины осложнялось из-за 80-градусного наклона скважины на участке, начиная с глубины примерно 2500 футов (762 м), и до фактической глубины. После того как ловушкой крупного шлама, изготовленной компанией-конкурентом, за два захода было извлечено слишком мало обломков, инженеры отдела специализированных инструментов компании M-I SWACO на Аляске и в Хьюстоне посоветовали взять модифицированную КНБК с WELL SCAVENGER и несколько инструментов MAGNOSTAR повышенной мощности. КНБК включала 90-футовую (27-метровую) промывочную трубу, колонный скребок HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, инструмент MAGNOSTAR, инструмент WELL SCAVENGER и циркуляционный Нефтегазовое обозрение переводник SABS. После спуска на глубину 6200 футов (1890 м) в нижней части скважины инструментам преградило путь большое скопление обломков. При помощи непрерывной циркуляции и почти постоянного продвижения трубы получилось протолкнуть компоновку до глубины 6280 футов (1914 м). Затем инструменты вытащили на поверхность. Как только инструменты оказались на поверхности, из MAGNOSTAR извлекли 184 фунтов массы (83 кг) железных обломков (рис. 12). Пока техники чистили MAGNOSTAR, бурильщики снова спустили в скважину ловушку крупного шлама, изготовленную компаниейконкурентом, и магнитную ловушку. После поднятия на поверхность техники обнаружили клиновой захват пакера и 20 фунтов массы (9 кг) железных обломков. Во время второго спуска в компоновку WELL SCAVENGER включили три инструмента MAGNOSTAR. В результате этого сеанса очистки при помощи MAGNOSTAR было извлечено еще 287 фунтов массы (130 кг) железных обломков и 1033 фунтов массы (469 кг) песка и шлама, а в сборных камерах WELL SCAVENGER — также 168 фунтов массы (76 кг) железных обломков. Во время последнего спуска компоновки с тремя ловушками MAGNOSTAR железных обломков извлекли еще 145 фунтов массы (66 кг). После того, как из скважины извлекли почти весь обломочный материал, в скважину удалось спустить фрезу и прочистить нижнее гнездо пакера. При помощи инструмента M-I SWACO из скважины извлекли всего 1817 фунтов массы (824 кг) железных и прочих обломков. Быстрое развитие технологии удаления обломков Сложные условия заканчивания, сложное строение скважин и высокая стоимость буровых работ заставляют инженеров применять WELL SCAVENGER и другие средства извлечения обломков для решения новых задач. Теперь, имея в Сборник I Рис. 12. Извлечение железных обломков. — Оребрение MAGNOSTAR покрыто железными обломками, поднятыми из скважины после фрезеровки. Обломки, извлеченные из инструмента (на врезке) разложены для осмотра на полу буровой установки. Линейка (не бывшая в скважине) выложена рядом с обломками для указания на масштаб частиц. распоряжении новые инструменты и способы извлечения обломков, бурильщикам проще удалять материалы, специально помещенные или случайно оказавшиеся в скважине. Для решения все более разнообразных задач по заканчиванию и извлечению обломков появляются новые комбинации инструментов. Появление новых средств удаления обломков снижает риски, уменьшает расходы и повышает производительность скважин. Продолжающиеся конструкторские работы позволяют увеличить ассортимент и возможности средств извлечения обломочного материала с больших глубин. Рост расходов на бурение скважин, особенно — глубоководных, заставляет инженеров сосредотачивать усилия на конструировании систем, которые по- зволяют за один спуск извлекать обломки и одновременно проводить другие скважинные работы. Например, результаты полевых испытаний показали, что инструменты для извлечения обломков и фрезерования можно комбинировать с инструментами для извлечения пакера и снимать ими заусенцы с перфорационных отверстий обсадных колонн, извлекать образующиеся обрезки, а также удалять временные пакеры за один спуск, повышая производительность и снижая расходы. Продолжается разработка новых средств по извлечению обломков в условиях низкого давления в отсутствии циркуляции, задавая стандарт для успешных заканчиваний во все более сложных ситуациях. —Д.У. 57
