Термокейс в бурении что это
Бурение в вечной мерзлоте больше не проблема
В настоящее время основная часть новых месторождений нефти и газа разрабатывается в северных широтах на вечной мерзлоте. Освоение месторождений в таких условиях приводит к значительному повышению капитальных затрат, связанных с необходимостью предотвращения растепления многолетнемерзлых пород.
В настоящее время основная часть новых месторождений нефти и газа разрабатывается в северных широтах на вечной мерзлоте. Освоение месторождений в таких условиях приводит к значительному повышению капитальных затрат, связанных с необходимостью предотвращения растепления многолетнемерзлых пород.
Угроза повреждения дорогостоящего бурильного оборудования
Негативное влияние на экологию
Увеличение затрат на отсыпку грунтов
Повышение капитальных затрат на обустройство месторождений
Согласно неофициальным данным, воздействие на многолетнемерзлые породы (растепление) в результате бурения становится причиной 23% отказа технических систем и 29% потерь добычи нефти и газа (источник интернет-газета «Российские недра» http://rosnedra.info/projects/vechmerzlota/).
В случае слишком близкого расположения устьев скважин друг к другу, при эксплуатации происходит активное растепление окружающих пород, в результате чего возникают их просадки, обвалы, которые могут приводить к ряду осложнений и даже аварий в процессе бурения и эксплуатации скважин. Например, в результате образования протяженных каверн конструкция скважины может потерять продольную устойчивость и деформироваться.
Поэтому месторождения нефти и газа в северных широтах обустраиваются с достаточно большим расстоянием между устьями скважин. Например, на Заполярном и Ямбургском газовых месторождениях расстояние между кустовыми скважинам составляет 40 м. А ведь увеличение расстояния между устьями ведет к значительному увеличению капитальных затрат, в первую очередь на отсыпку грунтов. Толщина отсыпки традиционно составляет 1-2 метра. А учитывая то, что основная доля осваиваемых месторождений разрабатывается в удаленных и труднодоступных регионах, с учетом транспортировки песок на отсыпку становится, что называется, золотым.
Эта проблема может быть решена путем применения при бурении скважины термоизолирующего направления обсадной трубы производства ЗАО «Сибпромкомплект» (г. Тюмень).
Сближение устьев скважин значительно уменьшает расходы на отсыпку кустовых площадок из-за существенного уменьшения размеров самой площадки. За рубежом при разработке месторождений в зоне вечной мерзлоты, применяют технологии, позволяющие максимально уменьшить размеры кустовых площадок. Например, при бурении месторождений на Аляске, расстояние между устьями составляло 9-15 м (сравните с 40 метрами в Ямбурге!). Там использовались теплоизолированные конструкции нефтяных скважин, предотвращающие интенсивное оттаивание многолетнемерзлых пород вокруг кустовых скважин и обеспечивающие эффективные тепловые режимы их эксплуатации.
Уникальное решение
Опыт применения
В России теплоизолирующие конструкции обсадных труб вызывают большой интерес среди специалистов отрасли, однако применяются еще редко, ввиду неширокой известности.
С 2008 г. такая технология для добычи нефти успешно используется на Ванкорском нефтяном месторождении в Красноярском крае.
Отзыв ЗАО «Ванкорнефть» (дочерняя компания ОАО «НК «Роснефть»):
ЗАО «Ванкорнефть» уже более 4 лет активно сотрудничает с ЗАО «Сибпромкомплект» в части поставок труб и деталей трубопроводов для Ванкорского производственного участка.
Среди широкого спектра продукции, поставляемой ЗАО «Сибпромкомплект», хочется отметить термоизолирующие направления для обустройства устьев скважин, они отлично зарекомендовали себя на вечной мерзлоте.
Использование термоизолирующих направлений применяется для стабилизации грунтов под укрытием скважин. Кроме того, использование термоизолирующих направлений с применением пенополиуретана, эффективно с экономической точки зрения, в частности, выгоднее чем применение тампонажных бетонов.
Поэтому ЗАО «Ванкорнефть» активно заказывает указанную продукцию и планирует заказывать ее и в будущем.
На сегодняшний день ЗАО «Сибпромкомплект» осуществляет выполнение крупного заказа для обустройства Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения (ОАО «Газпром нефть»).
Преимущества
Сравнение капитальных затрат на обустройство оснований кустовых площадок
Типовая конструкция скважины с применением
Нетермоизолирующее направление обсадной трубы
Термоизолирующее направление обсадной трубы (термокейса)
Допустимое расстояние между устьями скважин (согласно проектному расчету)
Термокейс в бурении что это
для целей повышения осведомленности посетителей Сайта http://rekon.expert о продуктах и услугах ООО «СтройМк», предоставления релевантной рекламной информации и оптимизации рекламы, исполнения договорных обязательств, проведение рекламных кампаний и маркетинговых исследований.
Также даю свое согласие на предоставление ООО «СтройМК»,моих персональных данныхкак посетителя Сайта http://rekon.expert, с которыми сотрудничает ООО «СтройМК». ООО «СтройМК» вправе осуществлять обработку моих персональных данных следующими способами: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, передача (распространение, предоставление, доступ).
Настоящее согласие вступает в силу с момента моего перехода на Сайт http://rekon.expert и действует в течение сроков, установленных действующим законодательством РФ.
Основанием для обработки персональных данных являются: Ст. 24 Конституции Российской Федерации; ст.6 Федерального закона No152-ФЗ «О персональных данных».
Персональные данные обрабатываются до окончания обработки. Так же обработка персональных данных может быть прекращена по запросу субъекта персональных данных.
Мы стремимся уважать информацию личного характера, касающуюся посетителей нашего сайта. Внастоящей Политике конфиденциальности разъясняются некоторые из мер, которые мы предпринимаем для защиты Вашей частной жизни.
Конфиденциальность информации личного характера
«Информация личного характера» обозначает любую информацию, которая может быть использована для идентификации личности, например, фамилия или адрес электронной почты.
Использование информации частного характера
Информация личного характера, полученная через наш сайт, используется нами, среди прочего, для целей регистрирования пользователей, для поддержки работы и совершенствования нашего сайта, отслеживания политики и статистики пользования сайтом, а также в целях, разрешенных вами.
Использование информации частного характера
Информация личного характера, полученная через наш сайт, используется нами, среди прочего, для целей регистрирования пользователей, для поддержки работы и совершенствования нашего сайта, отслеживания политики и статистики пользования сайтом, а также в целях, разрешенных вами.
Раскрытие информации частного характера
Мы нанимаем другие компании или связаны с компаниями, которые по нашему поручению предоставляют услуги, такие как обработка и доставка информации, размещение информации на данном сайте, доставка содержания и услуг, предоставляемых настоящим сайтом, выполнение статистического анализа. Чтобы эти компании могли предоставлять эти услуги, мы можем сообщать им информацию личного характера, однако им будет разрешено получать только ту информацию личного характера, которая необходима им для предоставления услуг. Они обязаны соблюдать конфиденциальность этой информации, и им запрещено использовать ее в иных целях.
Мы можем использовать или раскрывать Ваши личные данные и по иным причинам, в том числе, если мы считаем, что это необходимо в целях выполнения требований закона или решений суда, для защиты наших прав или собственности, защиты личной безопасности пользователей нашего сайта или представителей широкой общественности, в целях расследования или принятия мер в отношении незаконной или предполагаемой незаконной деятельности, в связи с корпоративными сделками, такими как разукрупнение, слияние, консолидация, продажа активов или в маловероятном случае банкротства, или в иных целях в соответствии с Вашим согласием.
Мы не будем продавать, предоставлять на правах аренды или лизинга наши списки пользователей с адресами электронной почты третьим сторонам.
Доступ к информации личного характера
Если после предоставления информации на данный сайт, Вы решите, что Вы не хотите, чтобы Ваша персональная информация использовалась в каких-либо целях, связавшись с нами по следующему адресу: sale@smk124.ru
Наша практика в отношении информации неличного характера
Мы можем собирать информацию неличного характера о Вашем посещении сайта, в том числе просматриваемые вами страницы, выбираемые вами ссылки, а также другие действия в связи с Вашим использованием нашего сайта. Кроме того, мы можем собирать определенную стандартную информацию, которую Ваш браузер направляет на любой посещаемый вами сайт, такую как Ваш IP-адрес, тип браузера и язык, время, проведенное на сайте, и адрес соответствующего веб-сайта.
Использование закладок (cookies)
Мы можем объединять в неидентифицируемом формате предоставляемую вами личную информацию и личную информацию, предоставляемую другими пользователями, создавая таким образом агрегированные данные. Мы планируем анализировать данные агрегированного характера в основном в целях отслеживания групповых тенденций. Мы не увязываем агрегированные данные о пользователях с информацией личного характера, поэтому агрегированные данные не могут использоваться для установления связи с вами или Вашей идентификации. Вместо фактических имен в процессе создания агрегированных данных и анализа мы будем использовать имена пользователей. В статистических целях и в целях отслеживания групповых тенденций анонимные агрегированные данные могут предоставляться другим компаниям, с которыми мы взаимодействуем.
Изменения, вносимые в настоящее Заявление о конфиденциальности
Определение минимальной длины термокейса при выбранном расстоянии между скважинами
Е.А. Посконина, А.Н. Курчатова, к.г.-м.н.
АО «Мессояханефтегаз»
Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, скважина, термокейс, прогнозные расчеты, температурный режим грунтов основания
При эксплуатации скважин происходит растепление пород в пределах мерзлой толщи, их просадка и формирование приустьевой воронки вблизи земной поверхности, что впоследствии может привести к нарушению устойчивости колонны скважины при ее возможных горизонтальных перемещениях. Эффективным решением данной проблемы, позволяющим сократить зону растепления многолетнемерзлых грунтов вокруг скважины, является применение термокейса. На примере кустовых площадок месторождения были установлены критерии для определения минимальной длины термокейса, определена минимальная длина термокейса при выбранном расстоянии между скважинами. Для решения поставленных задач выполнены прогнозные расчеты температурного режима грунтов.
Determination of the minimal thermocase length depending on well spacing
PRONEFT». Professional’no o nefti, 2019, no. 2(12), pp. 66-70
E.A. Poskonina, A.N. Kurchatova
Messoyakhaneftegaz JSC, RF, Tyumen
Keywords: permafrost, well, thermocase, forecast modeling, soil base temperature regime
Thawing of frozen ground, surface subsidence and formation of funnels in wellhead area during operation can lead to stability disturbance of wellbore and its lateral displacement. Effective solution of this problem which helps to minimize thawing area around well is use of insulated tubing (thermocase). The article presents the results of forecast modeling of soil bases temperature regime. The minimal length of thermocase depending on well spacing and criteria for its determination were set for multiple well pads of Vostochno-Messoyakhskoe field.
Введение
Тепловое воздействие, возникающее при эксплуатации добывающих скважин, является серьезной проблемой при разработке месторождений в условиях Крайнего Севера. В данном случае происходят вытаивание льда, содержащегося в мерзлом грунте, проседание грунта и формирование приустьевой воронки вблизи земной поверхности, что может привести к нарушению устойчивости колонны скважины при ее возможных горизонтальных перемещениях. Это обусловлено тем, что прочностные и деформационные характеристики грунта в мерзлом и талом состояниях существенно отличаются друг от друга.
Анализ результатов мониторинга, проводимого на газоконденсатных месторождениях в Арктике, показывает, что при регулярной подсыпке песчаного грунта формирование приустьевых воронок прекращается в первые 3-5 лет, но для кустовых площадок с высокой льдистостью мерзлой толщи ситуация не стабилизируется: происходит ежегодное образование воронок. Диаметр воронок составляет, как правило, 1,5-2,5 м, глубина – от 0,5 до 1,0 м, иногда больше [1].
В отдельных случаях при слиянии ореолов протаивания соседних скважин мульдообразные просадки охватывают значительную часть площадки, вызывая деформации не только фонтанной арматуры, но и технологического трубопровода. Увеличение расстояния между устьями скважин с целью предотвращения подобных осложнений приводит к возрастанию объемов отсыпки под кустовую площадку, что может значительно увеличить трудозатраты и стоимость строительства.
Эффективным решением данной проблемы, позволяющим уменьшить зону растепления мерзлых грунтов вокруг скважин, является применение теплоизолирующих направлений (термокейсов). При этом были поставлены следующие задачи:
Для решения данных задач проведены прогнозные расчеты температурного режима грунтов оснований скважин.
Прогнозные расчеты температурного режима грунтов оснований
Минимальное расстояние между устьями соседних скважин определяется Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 101 от 12.03.2013 г.). В нормативно-методических документах, регламентирующих строительство и эксплуатацию скважин в мерзлых грунтах, предусматривается, что радиусы их оттаивания вокруг устьев соседних скважин не должны сливаться в течение всего периода эксплуатации. Однако требования к выполнению прогнозных расчетов теплового взаимодействия скважин с мерзлыми грунтами отсутствуют. Единственный документ по составлению прогноза изменений температурного режима многолетнемерзлых грунтов численными методами РСН 67-87 введен в действие в 1988 г., и в настоящее время представленные в нем требования частично устарели.
Отсутствие единой методики часто приводит к ошибкам при выборе алгоритма выполнения прогнозных расчетов. Причины некорректных расчетов заключаются в следующем.
Следует отметить, что при проектировании конструкции эксплуатационных скважин в мерзлых толщах прогнозные расчеты температурного режима грунтов часто выполняются на основе результатов инженерных изысканий только до глубины 15 м без учета фактической толщины льдистых грунтов по разрезу.
Для повышения надежности конструкции скважин в центральной части Восточно-Мессояхского месторождения было пробурено пять параметрических скважин до глубины 100 м с отбором ненарушенного кернового материала с целью оценки физико-механических свойств мерзлых грунтов. По результатам бурения и лабораторных исследований на территории месторождения определены типовые разрезы мерзлых толщ. На останце V морской равнины в пределах южной части лицензионного участка разрез представлен глинистыми слабольдистыми малосжимаемыми грунтами с практически однородными физико-механическими свойствами. Напротив, в пределах озерно-аллювиальной равнины в центральной части месторождения установлена значительная изменчивость строения мерзлой толщи песчаного состава, что обусловлено блоковым строением территории и, как следствие, различным положением глинистого цоколя в разрезе.
Максимальная толщина песчаных грунтов, преимущественно льдистых и сильнольдистых в верхней части разреза, по результатам бурения составила 60 м. Прогнозные расчеты температурного режима грунтов оснований выполнены для глинистого и песчаного типов разрезов до глубины 70 м. Начальное распределение температуры грунтов в области моделирования принято по результатам геотермических наблюдений в параметрических мерзлотных скважинах.
На Восточно-Мессояхском месторождении конструкция скважин для пласта БУ состоит из эксплуатационной колонны, технической колонны и кондуктора. Межтрубное пространство заполняется цементом. Для теплоизоляции скважины применен термокейс, представляющий собой конструкцию из двух стальных труб с заполнением межтрубного пространства теплоизолирующим материалом – пенополиуретаном (рис. 1). Температура флюида для добывающих скважин принята равной 30 °С, для нагнетательных – 40 °С.
Рис. 1. Конструкция скважины
Прогнозные расчеты температурного режима грунтов оснований скважин для пласта БУ на территории Восточно-Мессояхского месторождения выполнены в программном комплексе Frost 3D Universal [2–4]. Рассматриваемая область моделирования (рис. 2) является трехмерной. На нижней и боковых гранях расчетной области задается нулевой тепловой поток, что соответствует условию симметрии (граничные условия (ГУ) второго рода). На верхней грани расчетной области задается динамическое изменение ГУ с течением времени, позволяющее учесть все виды теплообмена и термическое сопротивление снежного покрова. Скважины моделируются ГУ третьего рода: задаются температура флюида и коэффициент теплопередачи. Учитывается взаимное тепловое влияние скважин при их кустовом расположении.
Рис. 2. Этапы расчета
Определение минимальной длины термокейса
В качестве типового решения на кустовых площадках Восточно-Мессояхского месторождения принято расстояние между скважинами 14 м. Для скважин, пробуренных на пласт БУ, применяются термокейсы длиной 60 м. Чтобы оценить возможность уменьшения длины термокейса или расстояния между скважинами, были выполнены расчеты температурного режима грунтов в приустьевой зоне скважин на 25 лет эксплуатации при расстоянии между скважинами 14 и 12 м и различной длине термокейса (60, 48, 36 и 24 м).
Результаты расчетов приведены на рис. 3, 4.
Рис. 3. Изменение радиуса оттаивания на глубине 15 м для добывающей (а) и нагнетательной (б) скважин при длине термокейса 60 м
Из рис. 3 видно, что радиус оттаивания увеличивается при повышении температуры флюида и уменьшении расстояния между скважинами. Глубина смыкания радиусов оттаивания уменьшается при сокращении расстояния между скважинами, увеличении температуры флюида и уменьшении длины термокейса (см. рис. 4). Сокращение расстояния между скважинами с 14 до 12 м приводит к уменьшению мерзлого ядра. При длине термокейса 24 м наблюдается слияние радиусов растепления.
Рис. 4. Изменение глубины смыкания радиусов оттаивания при расстоянии между скважинами 12 м (а) и 14 м (б)
Результаты выполненных расчетов оценки теплового влияния скважин на мерзлые грунты в случае отсутствия термокейсов показали, что при расстоянии между скважинами 14 м слияние радиусов растепления происходит на шестой год эксплуатации, при расстоянии 12 м – на четвертый. Выбор расстояния между скважинами и длины термокейса обычно обусловливается только мерзлотным критерием, т.е. условием, что радиусы оттаивания пород вокруг устьев соседних скважин не должны сливаться в течение всего периода эксплуатации. Однако в процессе эксплуатации скважин в сложных геокриологических условиях протаивание часто сопровождается разрушением мерзлых пород в околоствольном пространстве, обвалами грунта на устье, смятием обсадных колонн и перекосом фонтанной арматуры (фактические данные по деформациям крепи скважин для Ямбургского и Ванкорского месторождений приведены в работе [5]). В связи с этим необходимо также учитывать региональный критерий, представляющий собой инженерно-геокриологические условия района (строение разреза мерзлой толщи, физико-механические свойства и льдистость грунтов).
Допустимая длина термокейса была определена исходя из следующих условий:
Таким образом, по приведенным данным можно сделать заключение, что при расстоянии между скважинами 12 м нельзя обеспечить эксплуатационную надежность скважин, пробуренных на пласт БУ. При расстоянии между скважинами 14 м возможно применение термокейсов длиной 48 м, если основание термокейсов будет находиться в глинистых малосжимаемых грунтах.
Экономическая целесообразность предложения
Согласно результатам расчета экономического эффекта уменьшение длины термокейса стоимостью 49 тыс. руб/м с 60 до 48 м приводит к сокращению капитальных вложений в среднем на 4,7 млн руб. (с 23,520 до 18,816 млн руб.) на одну кустовую площадку, включающую восемь скважин, т.е. затраты на закупку и монтаж термокейсов снижаются на 20 %.
Заключение
Для обоснования конструкции и расположения добывающих и нагнетательных скважин в мерзлых толщах обязательным является выполнение прогнозных расчетов температурного режима грунтов. При создании расчетной модели особое внимание должно уделяться выбору исходных данных:
Наличие данных параметрического мерзлотного бурения на территории ВосточноМессояхского месторождения, а также выполненные прогнозные расчеты температурного режима грунтов позволили сделать вывод о возможности уменьшения длины термокейса для ряда кустовых площадок. Сокращение длины термокейсов на 12 м (длина одной секции) снижает капитальные вложения в их закупку и монтаж на 20 %.
Список литературы
Reference
Ссылка на статью в русскоязычных источниках:
The reference to this article in English is:
E.A. Poskonina, A.N. Kurchatova. Determination of the minimal thermocase length depending on well spacing (In Russ.), PRONEFT». Professional’no o nefti, 2019, no. 2(12), pp. 66-70.
Е.А. Посконина, А.Н. Курчатова, к.г.-м.н.
Скважины в Арктике отогреют при помощи «термоса» красноярских ученых
Уникальный термокейс для буровых скважин разрабатывают ученые Сибирского федерального университета. Разработка позволит поддерживать температуру вокруг скважины в заданных диапазонах, что, в свою очередь, увеличит срок эксплуатации скважин в районах с мерзлыми породами.
« красноярских ученых тем более актуально, что две трети территории России расположены в зоне вечной мерзлоте и здесь же залегают свыше 75% запасов полезных ископаемых», — подчеркнули в вуза.
По словам одного из авторов проекта Прасковьи Павловой, в зарубежной и отечественной практике наиболее широкую известность приобрели так называемые термокейсы. Это конструкция из двух труб, межтрубное пространство которых залито теплоизолирующим материалом, вакуумировано или заполнено низкотемпературным газом.
«Используемые в настоящее время термокейсы пассивного типа лишь оттягивают время протаивания мерзлой породы. Наш термокейс, напротив, активного типа, то есть мы можем управлять происходящими процессами в системе „скважина — мерзлая порода“, — уточнила разработчик. — Происходит это за счет использования термоэлектрических модулей, основанных на применении термоэлектрического эффекта Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока».
Работу над проектом ведет команда молодых ученых в составе Прасковья Павловой и Михаила Колосова под научным руководством заведующего кафедрой «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» Института нефти и газа СФУ Петра Кондрашова.
«Трубодеталь» выпустила термокейсы для добычи на Крайнем Севере
На заводе «Трубодеталь» (входит в состав АО «ОМК») произвели первую партию термокейсов для добычи нефти в условиях вечной мерзлоты. Новое оборудование будет использоваться при разработке Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения, расположенного на Ямале.
«Сегодня практически вся добыча нефти сосредотачивается на территории Крайнего Севера, всё больше нефтяных скважин бурится в вечной мерзлоте, и востребованность термокейсов со стороны нефтепромысловых компаний растёт.
Мы успешно освоили и произвели изделия заказчику, поэтому дальше готовы развивать это направление, выполняя новые поставки», — отметил управляющий директор завода «Трубодеталь» Евгений Баранов.
Термокейс состоит из двух стальных труб разного диаметра, изготовленных по технологии «труба к трубе» с заливкой межтрубного пространства пенополиуретаном.
Его конструкция позволяет постоянно поддерживать низкие температуры вокруг места бурения скважины.
Для добычи на Крайнем Севере это приобретает особое значение, поскольку в процессе бурения и эксплуатации скважин многолетняя мерзлота вокруг неё начинает оттаивать, происходит оползание и провалы грунта, образуются воронки.
Всё это приводит к выходу из строя оборудования и грозит экологической катастрофой.