Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование технологий добычи нефти и ремонта скважин многопластовых месторождений на поздних стадиях разработки

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологий добычи нефти и ремонта скважин многопластовых месторождений на поздних стадиях разработки"

УДК622.276.76

На правах рукописи V

ШЛЯПНИКОВ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ И РЕМОНТА СКВАЖИН МИОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ПОЗДНИХ СТАДИЯХ РАЗРАБОТКИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа 2014

1 7 АПР гщ

005547103

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Удмуртнефть» (ОАО «Удмуртнефть») и Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР).

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

- Зенгман Юрий Вениаминович,

доктор технических наук, профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет, заведующий кафедрой «Разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений»

- Валеев Марат Давлетовнч,

доктор технических наук, профессор, ООО «ОЗНА-Менеджмент», советник генерального директора по научно-техническим вопросам

- Уметбаев Вадим Впльевич,

кандидат технических наук, ОАО «АНК «Башнефть», ведущий инженер отдела по добыче и подготовке нефти и воды

- Государственное автономное научное учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов» АН РБ

Защита состоится 15 мая 2014 г. в II30 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 15 апреля 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета 7 .

доктор технических наук, профессор й Худякова Лариса Петровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА?АБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время основная часть месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», находится на заключительной, четвёртой, стадии разработки. Эксплуатируемый фонд скважин, как правило, имеет возраст от 20 до 40 лет. Средний дебит скважин по нефти составляет 4,8 т/сут, по жидкости - 48 м3/сут, средняя обводнённость добываемой продукции - порядка 90 %, средняя глубина скважин - 1200 м. Большинство месторождений ОАО «Удмуртнефть» - это многопластовые залежи, имеющие несколько объектов эксплуатации. На сегодняшний день основные объекты разработки обычно не достигают проектного коэффициента извлечения нефти (КИН), в связи с чем встаёт вопрос -что должно быть осуществлено: эксплуатация низкорентабельных высокообводнённых скважин для достижения проектных показателей, изоляция основных объектов или переход на возвратные объекты разработки, бурение сетки скважин на возвратный объект.

Для решения указанных проблем нами предложена технология одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов добычи нефти (ОРЭиД). Для реализации технологии необходимо надёжное оборудование, удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов.

В результате прогрессирующего обводнения добываемой продукции скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» изменяются не только гидродинамика пласта, но и условия подъёма жидкости на поверхность, промысловой перекачки и подготовки нефти. Возникают задачи вовлечения в разработку неработающих пластов. При этом, если в разрезе объекта разработки имеется несколько перфорированных пластов, а нагнетание воды осуществляется лишь в высокопроницаемые пласты, то малопроницаемые пласты остаются практически захороненными и не участвуют в разработке залежи нефти. Применение в нагнетательных скважинах предложенной нами технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти (ОРЗиД) позволяет вовлекать в разработку малопроницаемые пласты.

Другим актуальным аспектом при эксплуатации скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» является увеличение коррозионной агрессивности добываемой продукции, выпадение осадков неорганических солей, отложений асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) на поверхности нефтепромыслового оборудования, образование трудно разрушаемых водонефтяных эмульсий в добываемой скважинной продукции. Все это существенно увеличивает затраты при добыче нефти, что особенно актуально на завершающих стадиях разработки месторождений, когда рентабельность скважин на пределе.

В этой связи необходим комплексный подход к оптимизации работы с фондом скважин и борьбе со скважинными осложнениями, который позволит вывести уровень межремонтного периода (МРП) эксплуатации скважин на максимальный, сократить эксплуатацией-

ные затраты, повысить эффективность эксплуатации низкорентабельных зон месторождений, находящихся на заключительных стадиях разработки.

Направленность исследований диссертационной работы на решение приведённых проблем и определяет её актуальность.

Цель работы — повышение эффективности эксплуатации многопластовых месторождений нефти, находящихся на поздней стадии разработки, совершенствованием технологий добычи нефти и одновременно-раздельной эксплуатации скважин.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

- выявление критериев эффективности применения технологий одновременно-раздельной добычи нефти, их адаптация к условиям эксплуатации месторождений с высоковязкими нефтями и высоким газовым фактором;

- поиск методов повышения эффективности эксплуатации механизированного фонда скважин и борьбы со скважинными осложнениями, алгоритма выбора наиболее эффективной технологии;

- анализ эксплуатации компоновок скважинного оборудования при реализации технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти, выявление критериев их применения;

- исследование факторов, влияющих на эксплуатацию насосных штанг добывающих скважин;

- разработка рекомендаций по совершенствованию методов проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважинах месторождений ОАО «Удмуртнефть».

Методы решения поставленных задач

Поставленные в диссертационной работе задачи решались при помощи проведения теоретических, лабораторных и промысловых исследований с использованием стандартных контрольно-измерительных приборов и применением современных методов математической статистики.

Научная новизна результатов работы

1. Разработана технологическая схема оборудования для применения технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти в одной скважине с коаксиальным расположением насосно-компрессорных труб (НКТ). Разработаны технологические и экономические критерии целесообразности применения технологии ОРЗиД на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», произведён расчёт геолого-технологической целесообразности применения технологии, учитывающей остаточные запасы нефти и стоимость внедрения технологии.

2. Разработан алгоритм выбора наиболее эффективных технологий борьбы с различными категориями осложнений скважин - отложеннем асфалътосмолопарафиновых веществ,

неорганических солей на поверхности нефтепромыслового оборудования, его коррозии, образованием стойких водонефтяных эмульсий для условий месторождений Волго-Уральской нефтеносной провинции, отличие которого заключается в применении новых способов и технологий освоения скважин, контроле процессов их вывода на плановые режимы работы, применении усовершенствованных конструкций скважинного оборудования.

На защиту выносятся:

- критерии эффективности применения технологий одновременно-раздельной добычи нефти на многопластовых залежах месторождении нефти и газа;

- алгоритм выбора методов борьбы со скважинными осложнениями - осадками неорганических солей и АСПВ, коррозией (биокоррозией) нефтепромыслового оборудования;

- технологии проведения ремонтно-изоляционных работ в скважинах;

- методы защиты насосных штанг от образования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и коррозионного разрушения.

Практическая ценность результатов работы

1. Установлено, что при реализации технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти с коаксиальной схемой расположения НКТ в 50 скважинах, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», дополнительная добыча нефти может составить 73 тыс. т/год.

2. Реализация оптимального подхода к работе с фондом скважин позволила увеличить за 5 лет МРП эксплуатации скважин ОАО «Удмуртнефть» с 458 до 1070 сут, количество отказов сократилось на 1300 шт. в год, снижение потерь добычи нефти составило 15,6 тыс. т/год, что в материальном выражении составило 200 млн руб./год.

3. Показано, что при негерметичности эксплуатационных колонн добывающих скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» изоляция газоводопроявлений механическими методами имеет более низкую стоимость по сравнению с традиционными методами проведения РИР (средняя стоимость традиционных РИР 600...900 тыс. руб., РИР с блокирующим оборудованием - 400 тыс. руб.) и более высокую успешность. К преимуществам метода следует отнести и снижение времени простоя скважин при ремонте - в среднем на 4... 6 сут.

4. В результате испытаний и внедрения оборудования по технологии ОРЭ (по различным схемам) в ОАО «Удмуртнефть» установлено:

- средняя наработка оборудования на отказ составила 145 сут;

- средний прирост производительности на одну скважину от внедрения оборудования для технологии ОРЭ двух объектов за счёт подключения дополнительных пластов составил 17,4 т/сут;

- дополнительная добыча нефти составила 7,335 тыс. т;

- экономический эффект (ТЧРУ) составил 8,5 млн руб.;

- всего за период эффекта ИРУ составил 61,3 млн руб. (расчёт экономической эффективности произведён исходя из продолжительности эффекта по дополнительной добыче нефти за 3 года).

Применение компоновок для одновременно-раздельной добычи нефти позволило дополнительно добыть на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», в 2012 г. 200 тыс. т нефти.

Апробация результатов работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IV международной научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития» (Геленджик, 2009 г.), III ежегодной корпоративной конференции по обмену опытом по проектам «Системы новых технологий ОАО «НК «Роснефть»» (Бекосово, 2009 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных трудах, в том числе в б ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получен патент на полезную модель.

Структура н объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 92 наименования, одного приложения. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 6 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Первая глава посвящена анализу разработки месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть». Представлен обзор основных осложнений, сопутствующих процессу добычи нефти: коррозия нефтепромыслового оборудования, в том числе биокоррозия, отложения неорганических солей, асфальтосмолопарафиновых веществ. Представлены результаты анализов условий образования осадков неорганических солей и асфальтосмолопарафиновых веществ на поверхности нефтепромыслового оборудования, методов их удаления и предотвращения.

Показана целесообразность внедрения технологии одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) пластов для разработки многопластовых месторождений, в частности эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», позволяющей не дожидаться полной выработки одного пласта, а осуществлять переход на возвратные объекты и разрабатывать их одновременно.

На примере анализа остаточных запасов по турнейскому и визейскому объектам Лист-венского месторождения (рисунки 1 и 2) представлено обоснование целесообразности перевода скв. № 4083 и № 4162 на режим ОРЭ. На рисунках различными оттенками серого цвета отображены зоны остаточных запасов: чем темнее, тем они выше; кроме того, представлены контуры, на которых количественно обозначены величины этих запасов (например, значение 800 означает величину остаточных запасов в 800 тыс. т). Что касается подчёркиваний при обозначений скважин, то в числителе отображён номер скважины, в знаменателе вначале приведён дебит скважины по жидкости, затем её обводнённость. Если значения (числитель-знаменатель) отсутствуют, это означает, что данная скважина относится к иному объекту разработки.

Причинами перевода скважин на режим ОРЭ при одновременной эксплуатации двух объектов являются достижение высоких значений обводнённости добываемой продукции (скв. № 4083 - 77 %, скв. № 4162 - 80 %) и наличие большого количества остаточных запасов нефти. Таким образом, причиной перевода скважин на режим ОРЭ, в первую очередь, является наличие остаточных запасов на возвратном объекте. Для перевода скважин на режим ОРЭ нами была использована технология с применением АПК «Спрут», при которой режим ОРЭ осуществляется с помощью одного электроцентробежного насоса (ЭЦН). Учёт параметров эксплуатации каждого пласта осуществляется при помощи комплекса геофизических приборов, в частности влагомера (для определения обводнённости добываемой продукции), объёмного счётчика («турбинки», для определения дебита скважины по жидкости). Поскольку эксплуатация скважин при реализации технологии ОРЭ производится одним насосом (ЭЦН), режим их работы определяется на основании значения целевого забойного давления, обуслов-

Рисунок 2 - Карта остаточных запасов по визейскому объекту Лиственского месторождения

ленного показателями установки ЭЦН (УЭЦН) и частотного регулятора. При использовании технологии раздельной добычи жидкости (нефти) из эксплуатационных объектов производительность насосной установки с применением АПК «Спрут» и величина обводнённости продукции каждого объекта позволяют судить о выработке остаточных запасов нефти по каждому из объектов.

На рисунке 3 приведена динамика внедрения технологии ОРЭ на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть». По состоянию на 2013 г., успешно испытано шесть компоновок технологий ОРЭ, определены предпочтительные области их реализации.

40 Ш • >■.. , > 1 '

35

2008 г.

2009 г.

2010 г.

2011

2012 г.

План Опер, план Факт, на на 2013 г. на 2013 г. 27.11.2013 г.

Рисунок 3 - Динамика внедрения технологии ОРЭ на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть» за 2008-2013 гг.

Оборудование для реализации технологии ОРЭ подбиралось в соответствии с требуемыми критериями его компоновки: расстояния между пластами, ожидаемого дебита каждого пласта, целевого забойного давления, свойств добываемой жидкости: вязкости продукции, содержания попутного газа. В частности, перевод скв. № 4083 и № 4162 на технологию ОРЭ привел к повышению эффективности добычи нефти и разработки объектов. Количественные изменения показателей эксплуатации скважин представлены в таблице 1, из данных которой видно, что перевод скважин на режим ОРЭ позволил увеличить их дебит при снижении обводнённости добываемой продукции.

Таблица 1 - Количественные изменения показателей эксплуатации скважин

до и после их перевода на режим одновременно-раздельной эксплуатации

№ скв. Показатели эксплуатации скважин

до перевода скважин на ОРЭ после перевода скважин на ОРЭ

добыча жидкости, т/сут обводнённость, % добыча жидкости, т/сут обводнённость, %

4083 23,7 77,4 40,4 62,0

4162 15,5 80,1 41,7 65,2

Показана эффективность использования технологии ОРЗиД с коаксиальным расположением НКТ (рисунок 4). Если в разрезе объекта разработки имеют место несколько перфорированных пластов, а нагнетание воды ведётся лишь в высокопроницаемые пласты, то малопроницаемые пласты остаются практически захороненными и не участвуют в разработке залежи нефти. Так, в частности, залежь А4 (башкирский ярус) Гремихинского месторождения имеет по разрезу до 7 пластов, закачка же воды ведётся в среднем в 3-4 пласта при давлении на устье скважин 7...8 МПа. Для обеспечения приёмистости других пластов давление закачки необходимо довести до 14... 15 МПа и более, что требует применения иной системы закачки воды.

Более эффективным был бы вариант вовлечения неработающих пластов в разработку классическим методом - сначала раздренировать пласты путём добычи нефти и через определённое время организовать закачку воды в эти пласты. Однако перевод нагнетательных скважин в категорию добывающих сопряжён с риском снижения пластового давления в элементе закачки и проблемами с добывающими скважинами из-за отсутствия системы поддержания пластового давления (ППД). В связи с этим очевидна необходимость организации добычи нефти из неработающих пластов, не прекращая в них закачку воды. Для этого предложена технология одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти в одной скважине. При внедрении технологии ОРЗиД необходимо учитывать, что на пакерующий элемент между интервалом добычи жидкости и закачки воды воздействует повышенный перепад давления. Так, если на забое добывающей скважины давление будет 6 МПа, а давление нагнетания воды

1 - эксплуатационная колонна

2 - пакер

3 - НКТ 73 мм

4 - муфта с наружной резьбой

5 - спец. переходник (нестандарт)

6 - катушка (нестандарт)

7 - НКТ 89 мм

8 - цилиндр насоса 32 мм

9 - центратор

10 - плунжер насоса 32 мм с переходником

11 - патрубок

12 - насос 32 мм

13 - штанги 16 мм

Рисунок 4 - Схема реализации технологии ОРЗиД с коаксиальным расположением НКТ

на устье скважины 15 МПа, то на глубине 1 ООО м на пакер будет воздействовать перепад давления 15 + 10 - б = 19 МПа. Поскольку реализация технологии ОРЗиД требует значительных материальных затрат, необходимо наличие на объекте воздействия определённого потенциала нефти, позволяющего окупить расходы. Следует отметить, что приёмистость нагнетательных скважин месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», варьируется в интервале 50... 150 м3/сут, средняя приёмистость составляет 88 м3/сут, в связи с чем проходное сечение нагнетательной системы при реализации технологии ОРЗиД должно обеспечивать закачку указанного количества жидкости без существенных потерь давления. С учётом образования в подъёмных трубах вязких водонефтяных эмульсий минимальный рекомендуемый диаметр НКТ для добычи нефти с помощью установок штанговых глубинных насосов при использовании на месторождениях ОАО «Удмуртнефть» технологии ОРЗиД составляет 60 мм, хотя допустим и диаметр 48 мм.

Следует отметить, что, в частности, в отличие от условий месторождений ОАО «Татнефть», где также применяется двухлифтовый способ технологии ОРЗиД, разработанная на-

ми технология с коаксиальным расположением НКТ позволяет осуществлять её эффективную реализацию в эксплуатационных колоннах диаметром 146 мм, а учитывая, что на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», 90 % скважин имеют именно такой диаметр НКТ, предлагаемая нами схема более предпочтительна.

Представлены особенности эксплуатации месторождений высоковязких нефтей. Так, например, на Гремихинском месторождении ОАО «Удмуртнефть» с вязкостью нефти в пластовых условиях основного объекта разработки (башкирский ярус) 150 мПа-с все скважины после бурения эксплуатировались с помощью скважннных штанговых насосных установок. Вязкость продукции на устье изменялась от 350 до 600 мПа-с в зависимости от дебита и расположения скважин по площади месторождения. На дожимных насосных станциях применялись лишь объёмные насосы типа НБ-125. По мере обводнения продукции скважин, особенно в интервале обводнённости 45...65 %, из-за образования в подъёмных трубах аномально вязких эмульсий вязкость добываемой жидкости на устье достигала 1500...2000 мПа с. В этих условиях из-за особенностей гидродинамического трения колонны насосных штанг установок штанговых глубинных насосов при движении их вниз на многих скважинах наблюдалось отставание колонны штанг от хода головки балансира станка-качалки. Это сопровождалось обрывом штанг, канатной подвески или авариями станков-качалок.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию технологий повышения эффективности эксплуатации скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть». Отмечена актуальность повышения межремонтного периода работы скважин. Одним из эффективных мероприятий по повышению МРП скважин, оборудованных скважинными штанговыми насосными установками (СШНУ), явился ультразвуковой контроль (УЗК) насосных штанг, организованный в ОАО «Удмуртнефть» с 2007 г. До организации УЗК брак заводской продукции достигал 8 %, забракованная продукция возвращалась изготовителям. По состоянию на конец 2013 г., брак с заводов-изготовителей не превышает 1,6 %, в результате чего количество обрывов насосных штанг было существенно снижено.

Как показано выше, в процессе эксплуатации скважин месторождений ОАО «Удмурт-нефть», имеет место ряд традиционных осложнений - отложения АСПВ, неорганических солей на поверхности нефтепромыслового оборудования, его коррозия, образование стойких водонефтяных эмульсий. Системная борьба с этими осложнениями позволила создать структурную модель работы с осложнённым фондом скважин, значительно повысить наработку на отказ насосного оборудования и МРП скважин (рисунок 5).

Нами разработан алгоритм обоснования выбора применения технологий борьбы со скважинными осложнениями (матрица применения) для условий месторождений Волго-Уральской нефтеносной провинции.

ТКРС - текущий и капитальный ремонт скважин; ЧРФ - часто ремонтируемый фонд

Рисунок 5 - Структура проведения работ с осложнённым фондом скважин месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

В основу алгоритма положены следующие технологические параметры:

- межочистной период (МОП) эксплуатации скважин;

- межремонтный период эксплуатации скважин;

- удалённость скважины от технологической базы;

- наличие автодороги в паводковый период. Алгоритм учитывает и экономические параметры:

- стоимость оборудования для предотвращения осложнения;

- стоимость транспортных затрат;

- стоимость материалов, необходимых для реализации химических методов борьбы со скважинными осложнениями;

- стоимость технологии по удалению или предотвращению осложнений.

В ходе практической реализации матрицы для подбора метода борьбы со скважинны-ми осложнениями подтверждена как ее технологическая, так и экономическая эффективность. На рисунке б показано, что при реализации данного алгоритма ОАО «Удмуртнефть» экономит почти 18 млн руб. в год за счёт получения технологической эффективности реализации метода, которая влияет и на сокращение затрат предприятия.

Показано, что для обеспечения продолжительной наработки УЭЦН, эксплуатируемых в интервале, где темп набора кривизны скважин более 1° на 10 м, а также при увеличении темпа набора кривизны скважин в интервале спуска УЭЦН, превышающем 2° на 10 м, требуется техническое усовершенствование УЭЦН. Это обусловлено имеющимися случаями износа валов насосов, работающих в интервале повышенной кривизны скважин. В связи с этим возникла необходимость применения шарнирных соединений в интервале ловильной головки и месте соединения двигателя УЭЦН с насосом.

При разработке нефтяных месторождений с наличием газовой шапки возникают проблемы, связанные с прорывом газа в скважину через нарушения в эксплуатационной колонне или зону перфорации по некачественному цементному кольцу. В таких условиях невозможно нормально эксплуатировать скважину. Проведение РИР традиционными методами (с использованием цемента, композитных материалов) дорогостояще, имеет низкую успешность или непродолжительный эффект. То же самое можно отнести и к прорывам воды по высокопроницаемым прослоям. Поиск альтернативных технологий проведения РИР привёл к необходимости применения механического метода изоляции газа и воды с помощью двухпакерного оборудования, которое, в частности, успешно внедряется с 2006 г. в добывающих скважинах Чутырско-Киенгопского месторождения, крупнейшего в Удмуртии, разрабатываемого с 1971 г.

Данный метод явился успешной альтернативой существующим методам РИР для изоляции интервалов газоводопроявлений специальным двухпакерным блокирующим оборудованием (механический метод изоляции газа и воды), позволяющим быстро и надёжно отсекать нежелательные интервалы. Оборудование для изоляции негерметичных интервалов эксплуатационной колонны представляет собой двухпакерную компоновку, спускаемую на НКТ, нижний пакер устанавливается с упором на колонну, верхний - с упором на нижний пакер. Расстояние между ними может достигать 120 м. После посадки нижнего, а затем верхнего пакеров посадочное устройство отцепляется и поднимается. Пакеры выдерживают перепад давления до 35 МПа при температуре до 100 °С. По состоянию на 01.08.2013 г., на Чутырско-Киенгопском месторождении данное оборудование, изолирующее прорыв газа и воды, установлено в 200 скважинах, при этом в 170 из них были эффективно изолированы зоны негерметичности колонн. Применяемое блокирующее оборудование позволяет полноценно проводить любые технологические операции с насосным оборудованием скважин. После установки двухпакерного оборудования можно выполнять текущие ремонты скважин по замене обору-

400

200

12110

РАСПО ТСО (БС)

ип

нкл

РАСПО ТХО (БС) ИП НКЛ штанги со ГО Итога

скребками

117165«

б)

а) без применения матрицы; б) с применением матрицы;

РАСПО - растворитель АСПО; ТХО (БС) - термохимическая обработка с применением блокирующего состава; ИП - ингибитор парафиноотложения; НКЛ - нагревательная кабельная линия; ГО - «горячие» обработки

Рисунок 6 - Эффект от реализации матрицы применения методов борьбы со скважинными осложнениями

дования или их переводу на другой способ эксплуатации без подъёма двухпакерного оборудования. Следует отметить, что если под нижний пакер на НКТ установить клапан от насоса НГН-57 или обратный клапан от УЭЦН, то он послужит клапаном-отсекателем, который будет предохранять продуктивные пласты от воздействия промывочных жидкостей или жидкостей глушения, что сохранит коллекторские свойства пластов в добывающих скважинах с поглощением. В перспективе планируется применение двухпакерного оборудования в скважинах системы ППД для регулирования закачки и по менее проницаемым прослоям.

Недостатком метода является то, что проведение обработок призабойной зоны пласта (ПЗП) и работа с пластом возможны лишь после извлечения двухпакерного оборудования. Также необходимо периодически проводить ревизию данного оборудования. Учитывая, что в среднем по месторождениям Удмуртии периодичность проведения обработок ПЗП составляет около двух лет, извлечение двухпакерного оборудования с целью ревизии может совмещаться с выполнением этих обработок.

Таким образом, блокирование газопроявлений механическим методом имеет более высокий процент успешности и низкую стоимость по сравнению с традиционными методами РИР. Механическое блокирующее оборудование можно использовать и для селективной разработки отдельных пластов, сохранения их коллекторских свойств при глушении скважин и технологических промывках, избирательной закачки воды в отдельные пласты (рисунок 7).

Показана эффективность применения блокирующих составов при проведении технологических операций в добывающих скважинах месторождений ОАО «Удмуртнефть», где наблюдается поглощение промывочных жидкостей. В настоящее время более чем в 40 % фонда скважин ОАО «Удмуртнефть» при технологических промывках имеет место поглощение жидкости. В частности, анализ причин отказов работы оборудования за 2008 г. на оборудованном штанговыми глубинными насосами (ШГН) фонде скважин Киенгопского месторождения показал, что из 115 отказов около 39 % составили отказы, связанные с отказом насосных клапанов. Следует отметить, что эффективность промывок зависит, в основном, от наличия циркуляции в процессе её проведения. Эффективность восстановления работоспособности клапанов ШГН в 2008 г. на скважинах с нормальной циркуляцией составила 37 %, на скважинах же с поглощением - лишь 13 %. При восстановлении циркуляции возможно существенное снижение количества ремонтов скважин, а также потерь нефти при их простое в ожидании ремонта. Эффективность технологии подтверждена её реализацией на добывающих скважинах с поглощением. Испытания были проведены в 30 добывающих скважинах с поглощением - 32 термохимические обработки с применением блокирующих составов. Установлено, что в 21 случае произошло восстановление циркуляции при промывке. Восстановление циркуляции повысило эффективность проведённых промывок - на скважинах с восстановлением полной циркуляции увеличение межочистного периода эксплуатации

скважин составило в среднем 32 %. Следствием увеличения МОП явилось снижение количества обработок скважин, отрицательного влияния промывочных жидкостей на пласт.

А

Г

Колонна НКТ

'Насос ШГН

Эксплуатационная колонна Инструмент посадочный

. Пакер

Пакер

Рисунок 7 - Схема механического метода изоляции заколонных перетоков в скважинах

Таким образом, применение блокирующих составов на фонде добывающих скважин с поглощением целесообразно как с технологической, так и экономической точек зрения. С технологической точки зрения это рост МОП скважин, повышение количества успешных промывок клапанов и лифтов скважин от АСПО и образования стойких водонефтяных эмульсий, сокращение количества текущих ремонтов скважин в связи с уменьшением отказов клапанов.

Приведены результаты анализа проведения работ по сокращению обрывов насосных штанг на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть». Динамика обрывов штанг НКТ приведена на рисунке 8. Схема проведения работ по снижению обрывов насосных штанг НКТ, проводимых в ОАО «Удмуртнефть», приведена на рисунке 9.

Влияние коррозии на обрыв насосных штанг

На месторождениях ОАО «Удмуртнефть» добываются коррозионно-агрессивные жидкости (таблица 2), вследствие чего существенная часть отказов скважинного оборудования происходит вследствие коррозии. В частности, по данным актов расследования отказов за 2009 г., 75 обрывов штанг ШГН из 316, то есть 24 %, произошли по причине коррозии. Наиболее коррозионно-активными агентами являются сероводородсодержащие воды, причём увеличение обводнённости добываемой продукции способствует возрастанию скорости сероводородной коррозии.

Рисунок 8 - Динамика обрывов штанг на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»

Снижение отказов штанговых колонн глубинных насосов

1 1 1 1

Недопущение высоковязкой эмульсии Снижение интенсивности коррозии штанг Борьба с АСПО Профилактика отложений минеральных солей и

I 1 1

Дозировка деэмульгатора Подача ингибитора с помощью УДЭ или поднасосных контейнеров Тепловые и теплохимические обработки Повышение качества освоения

I 1 1 1

Периодическая подача деэмульгатора Применение коррозийностойких штанг Подача ингибиторов с помощью УДЭ или поднасосных Прогнозирование солеотложений

1 1 1 1

Горячая или химическая обоаботка Протекторная защита ГНО Применение штанговых скребков Применение плунжеров "Пескобрей"

1 1 1 1

Применение НКТ увеличенного яиамегоа Применение стеклопластиковых штанг Применение нагревательных кабелей Подача ингибиторов солеотложения

1

ОПЗ ингибитором

1

Хим.обработка насосов и лифтов

1 1 1 1

Автоматизация скважин Применение насосов оптимальных Ротация штанг при эксплуатации Оптимизация числа качаний

1 1 1

Входной контроль штанг с применением УЗК УЗК штанг после ремонта Поверхностное упрочнение штанг

УДЭ - установка дозирующая электрическая; ГНО - глубинно-насосное оборудование; УЗК - ультразвуковой контроль; ОПЗ - обработка призабойной зоны

Рисунок 9 - Схема проведения работ по снижению обрывов насосных штанг на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

Таблица 2 - Химическая активность добываемых пластовых жидкостей месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

Параметры Начальные показатели (2005 г.) Текущее положение Рекомендуемые показатели

Скорость коррозии (гравиметрия), мм/год 0,1...0,5 0,043 0,01...0,05

Содержание планктонных сульфатвосстанав-ливающих бактерий. 104 0...104 5,МО4

Содержание сероводорода, мг/л 70,5...264,0 43...227 10...20

Содержание кислорода в водоводах сточных вод, мг/л до 1,0 0,65 < 0,025

Эффективная организационная схема работы с насосными штангами позволила значительно снизить количество их обрывов за счёт:

- исключения образования в НКТ высоковязких эмульсий за счет применения эффективных деэмульгаторов, НКТ большего диаметра, проведения своевременных «горячих» и химических обработок скважин;

- снижения коррозионной агрессивности добываемых жидкостей химическими методами, применения протекторной защиты, стеклопластиковых труб;

- применения эффективных методов борьбы с АСПО, отложением на поверхности нефтепромыслового оборудования осадков неорганических солей.

В третьей главе приведены результаты и перспективы внедрения технологии одновременно-раздельной эксплуатации пластов и добычи нефти на месторождениях, разрабатываемых ОАО «Удмуртнефть».

Как отмечено выше, большинство месторождений, разрабатываемых ОАО «Удмурт-нефть», находится в настоящее время на третьей и четвёртой стадиях разработки, характерными особенностями которых являются высокий темп снижения добычи нефти и значительный рост обводнённости скважинной продукции, основные объекты разработки ОАО «Удмуртнефть» не достигают проектного КИН. В этой связи актуально применение технологии одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов в одной скважине, которая позволяет, в частности:

- продолжить эксплуатацию малопродуктивных скважин за счёт подключения других объектов;

- производить отдельный учёт добычи продукции по каждому пласту;

- снизить срок вовлечения в разработку недренируемых запасов из других горизонтов за счёт уплотнения сетки скважин без бурения дополнительных;

- снизить капитальные вложения на бурение новых скважин на вновь открытых месторождениях.

Для эффективного решения задачи необходимо надёжное оборудование, удовлетворяющее требованиям к проведению одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов в одной скважине, испытания которого были начаты в ОАО «Удмуртнефть» с 2008 г. В течение 2008-2009 гг. было проанализировано испытание двух различных схем оборудования -схема «ЭЦН - ШГН», разработанная ООО «СП-БАРС», и схема «ШГН - ШГН с применением полых штанг», предложенная ЗАО «ЭЛКАМ-Нефтемаш». Были испытаны и другие схемы ОРЭ: «ЭЦН с АПК «СПРУТ»»; «ЭВН - ШГН», «ЭЦН с гидроприводом».

Согласно схеме оборудования «однолифтный вариант ЭЦН - ШГН» эксплуатируются два насоса: стандартные электроцентробежный и вставной штангово-глубинный, работающие на определённый объект разработки. Добыча из нижнего объекта ведётся ЭЦН из верхнего объекта разработки ШГН, колонна же НКТ общая. Добываемая продукция смешивается в НКТ выше штангового насоса и через устьевую арматуру подаётся в выкидную линию скважины и далее, через установку замера газа, в систему сбора добываемой продукции. По результатам опытных испытаний трёх комплектов оборудования для технологии ОРЭ по схеме «ЭЦН - ШГН», проведённых в 2008 г., было установлено:

- оборудование позволяет изолированно эксплуатировать два объекта разработки, при этом для каждого объекта эксплуатации необходимо определение забойного давления;

- схема оборудования для ОРЭ двух пластов «ЭЦН - ШГН» позволяет реализовать раздельный отбор проб добываемой продукции по каждому из объектов (необходима остановка одного из насосов) и осуществлять контроль необходимых параметров;

- реализация схемы позволяет определять дебит жидкости и нефти по каждому объекту разработки (требуется остановка одного из насосов);

- реализация схемы позволяет определять забойное давление (контроль забойного давления по верхнему объекту производится «отбивкой» динамического уровня, по нижнему объекту - установленной на погружном электродвигателе системой телеметрии «Электон»);

- при реализации схемы возможны проведение технологических обработок и осуществление закачки реагентов через затрубное пространство скважин для очистки лифта НКТ, насосных штанг и ШГН от скважинных осложнений. В то же время при реализации данной схемы невозможна промывка ЭЦН;

- при реализации данной схемы при отказе насоса ШГН возможна его замена без подъёма НКТ и ЭЦН;

- в компоновке используется стандартное нефтепромысловое оборудование, что упрощает проведение обработок, обслуживание и ремонт скважин;

- средняя текущая наработка скважин «на отказ» возросла до 145 сут;

- средний прирост на одну скважину от внедрения оборудования при реализации тех-

нологии ОРЭ двух объектов за счёт подключения дополнительных пластов составил 17,4т/сут;

- дополнительная добыча нефти составила 7,335 тыс. т;

- экономический эффект (МРУ) составил 8,5 млн руб.;

- всего за период эффекта №У составил 61,3 млн руб. (экономическая эффективность рассчитана исходя из продолжительности эффекта по дополнительной добыче нефти на 3 года).

Испытание оборудования также позволило выявить ряд узких мест данной компоновки ОРЭ и недостатки применяемого оборудования, на решение которых направлены наши дальнейшие исследования.

В 2009 г. в ОАО «Удмуртнефть» были проведены испытания схемы оборудования для ОРЭ по схеме «ШГН - ШГН с применением полых штанг», разработанной ЗАО «ЭЛКАМ-Нефтемаш». Использовались два спаренных ШГН: верхний - дифференциальный штанговый насос (типоразмер 2СП57/Б44-2) и нижний - стандартный невставной штанговый насос (ННБ-38). Добыча из верхнего объекта производилась насосом 2СП57/Б44-2, при этом жидкость поднималась по колонне НКТ и поступала в выкидную линию, на которой был установлен прибор учёта добываемой продукции. Добыча из нижнего объекта производилась насосом ННБ-38, жидкость из нижнего объекта поднималась по колонне полых насосных штанг и по гибкому рукаву подавалась на замерное устройство. После получения раздельного замера добываемая жидкость смешивалась в выкидной линии скважин.

При запуске скважин в работу система начинала работать в режиме ОРЭ, были получены отдельные замеры по обоим эксплуатационным объектам. Однако в период вывода скважин на режим пропали замеры по верхнему объекту вследствие выхода из строя верхнего насоса 2СП57/Б44-2. Проведение технологических промывок насосного оборудования и ревизии оборудования дало лишь небольшой кратковременный эффект по получению замеров из обоих объектов. Стабильной работы в режиме ОРЭ достигнуто не было. В то же время нижний насос ННБ-38 через полые штанги работал удовлетворительно, по нему были проведены стабильные замеры. Испытание компоновки ОРЭ по схеме «ШГН - ШГН с полыми штангами» показало, что компоновка позволяет:

- осуществлять контроль забойного давления по верхнему объекту разработки по величине динамического уровня, контролировать забойное давление и температуру по нижнему объекту при помощи глубинного прибора;

- проводить отдельный замер дебита и отбор проб по каждому объекту;

- производить технологические промывки как верхнего, так и нижнего насосов;

- производить снятие динамограмм для контроля работы глубинно-насосного оборудования.

В результате проведённых испытаний были выявлены и конструктивные недоработки оборудования, применяемого в данной схеме. После конструктивной доработки верхнего насоса 2СП57/Б44-2 схема «ШГН - ШГН с полыми штангами» перспективна для внедрения.

Таким образом, в результате реализации технологии ОРЭ была установлена её перспективность для решения задач разработки и эксплуатации многопластовых месторождений. Эффективное и надёжное оборудование, различные схемы и компоновки для конкретных условий разработки позволят кратно снизить капитальные вложения на бурение, ускорить темпы разработки месторождений. Схема «ЭЦН - ШГН» для ОРЭ двух объектов работоспособна в условиях эксплуатации месторождений ОАО «Удмуртнефть» и соответствует требованиям, предъявляемым к проведению раздельной эксплуатации двух объектов. Для месторождений с вязкими и высоковязкими нефтями перспективна схема с применением винтовых и электровинтовых насосов.

Следует отметить, что в отличие от компоновок технологии ОРЭ, применяемых на месторождениях нефти Татарстана, нами предложены и испытаны компоновки реализации технологии, ранее не применяемые:

- компоновка «ШГН - ШГН»;

- компоновка с АПК «СПРУТ». Суть компоновки заключается в том, что под ЭЦН, или ЭВН, или ШГН спускается геофизический комплекс и напротив каждого пласта замеряются дебит по жидкости, обводнённость и забойное давление. Это позволило упростить компоновку ОРЭ и не спускать два насоса при небольшом расстоянии между пластами и схожих свойствах пластовой жидкости;

- компоновка ЭЦН с гидроприводом. Суть компоновки заключается в том, что спускается один насос ЭЦН, переключение между пластами для замера дебита каждого пласта осуществляется с помощью гидропривода, который находится на поверхности и передвигает всю компоновку НКТ с ЭЦН;

- компоновка «ЭВН - ШГН», используемая в скважинах, которые осуществляют добычу высоковязких пластовых жидкостей с вязкостью боле 100 мПа с.

В четвёртой главе приведены результаты опытно-промысловых испытаний методов борьбы с осложнениями при применении технологии ОРЗиД на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»: отложениями АСПВ и неорганических солей, коррозиен нефтепромыслового оборудования, образованием высоковязких эмульсий. Показано, что интенсивность образования АСПО в НКТ при применении коаксиальных труб для варианта добычи нефти из верхних пластов и закачки воды в нижние пласты выше, чем при обычной технологии добычи нефти из-за малого проходного сечения для жидкости в НКТ. При этом обычные «горячие» промывки не дают ожидаемого эффекта из-за отсутствия прямого контакта «горячей» нефти с

НКТ добывающих колонн. В этой связи, на наш взгляд, эффективными способами борьбы с АСПО в скважинах с применением технологии ОРЗиД на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», являются:

- дозировка ингибиторов АСПО в затрубное пространство скважин;

- промывка скважин растворителями;

- термохимические обработки скважин;

- подача в линию закачки воды пара, снижая при этом до минимума закачку воды. Одновременно при этом предлагается закачивать в эксплуатационные колонны «горячую» нефть.

При применении двухтрубной компоновки технологии ОРЗиД при добыче нефти из верхних пластов борьба с АСПО проводится классическими методами. Для компоновок двухрядной и коаксиальной колонны НКТ при добыче нефти из нижних пластов и закачки воды в верхние пласты борьба с АСПО усложняется. Удаление АСПО при этом эффективно лишь при закачке горячей воды в пласт или при его электронагреве.

Необходимость борьбы с коррозией оборудования возникает при закачке в пласт сточной воды. Максимум отрицательного влияния следует ожидать при компоновке коаксиальных НКТ и закачке сточной воды по межтрубному пространству скважин между наружными и внутренними НКТ. При двухтрубной компоновке НКТ будет иметь место меньшее влияние агрессивной сточной воды на оборудование. Однако в любом случае при закачке сточной воды следует принимать меры по предупреждению коррозии металла, в частности подачу в систему поддержания пластового давления ингибиторов коррозии, применение футерованных эпоксидными композициями неметаллических труб.

Проблема образования высоковязких эмульсий и борьба с ними при реализации технологии ОРЗиД актуальны вследствие применения НКТ малого диаметра, при котором повышается вероятность образования высоковязких эмульсий и зависания насосных штанг. Предупреждение образования высоковязких эмульсий производится подачей деэмульгаторов с помощью дозаторов и метанольнпц, их ликвидация - промывкой растворами деэмульгаторов или тепловыми обработками.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показана перспективность использования на многопластовых залежах месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», технологии одновременно-раздельной добычи нефти из нескольких пластов. Приведены результаты испытаний различных схем оборудования для реализации технологии: «ЭЦН - ШГН» и «ШГН - ШГН с применением полых штанг». В результате применения оборудования для ОРЭ по схеме «ЭЦН - ШГН» установлено:

- средняя текущая наработка сквалотн «на отказ» возросла до 145 сут;

- средний прирост добычи нефти на одну скважину от внедрения оборудования ОРЭ двух объектов за счёт подключения дополнительных пластов составил в среднем 17,4 т/сут;

- дополнительная добыча нефти составила 7,335 тыс. т;

- экономический эффект (ИРУ) составил 8,5 млн руб.;

- всего за период эффекта составил 61,3 млн руб. (исходя из продолжительности эффекта по дополнительной добыче нефти на 3 года).

2. Приведена эффективная модель работы с механизированным фондом скважин, позволившая достигнуть максимального показателя МРП добывающего фонда скважин, существенно снизить эксплуатационные затраты. Разработан алгоритм обоснования выбора наиболее эффективных технологий борьбы со скважинными осложнениями (матрица применения) для месторождений Волго-Уральской нефтеносной провинции.

3. Показано, что альтернативой существующим методам РИР на многопластовых месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки, в частности ОАО «Удмуртнефть», является изоляция интервалов газоводопроявлений специальным блокирующим двухпакерным оборудованием, позволяющем отсекать нежелательные интервалы негерметичности эксплуатационной колонны. Блокирование газопроявлений механическими методами имеет более высокий процент успешности и низкую стоимость по сравнению с традиционными методами РИР. Механическое блокирующее оборудование эффективно и для селективной разработки отдельных пластов, сохранения их коллекторских свойств при глушении скважин и их технологических промывках, избирательной закачке воды в отдельные пласты.

4. Установлено, что использование блокирующих составов на фонде добывающих скважин с поглощением эффективно как с технологической, так и с экономической точек зрения. Экономический эффект, в частности ИРУ, рассчитанный для пятисот скважин за 5 лет, в сравнении с применением пакерного оборудования, составляет более 22,5 млн руб. По сравнению с традиционными обработками №У составляет не менее 34 млн руб. Индекс прибыльности метода составляет 1,23.

5. Представлены рекомендации по внедрению технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти на месторождениях ОАО «Удмуртнефть». Определяющими факторами для выбора скважин-кандидатов для реализации технологии является наличие значительной мощности неработающих пластов в разрезе нагнетательных скважин, при вовлечении которых в разработку добыча нефти должна составить не менее 5 т/сут. Важным условием возможности применения технологии ОРЗиД является наличие прочной перемычки между нагнетаемыми и добываемыми пластами. Толщина перемычки должна быть не менее 3 м, качество цементного кольца за колонной должно быть таким, чтобы перемычка выдерживала перепад давления 18.. .20 МПа. В случае применения коаксиальных НКТ рекомендуется, чтобы температура закачиваемой воды на устье скважины была не ниже температуры насыщения нефти парафином для исключения интенсивного образования АСПО в НКТ.

6. Исследованы основные факторы, влияющие на механическую целостность колонн насосных штанг, в частности влияние коррозии, отложений АСПВ, диаметра насоса и числа качаний ШГН на обрыв штанг. Представлены методы защиты насосных штанг от коррозионного разрушения. Установлено, что для более равномерного износа штанг необходима ротация штанг после отработки 10... 12 млн циклов.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах: Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Шляпников, Ю. В. Применение блокирующих составов прн технологических операциях на скважинах с поглощением [Текст] / Ю. В. Шляпников, Ю. А. Гаврилюк, А. Г. Окса-ннч // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2009. - N» 10. - С. 62-67.

2. Абашев, Р. Б. Санация как метод продления срока эксплуатации трубопроводов [Текст] / Р. Б. Абашев, А. М. Шайхулов, Ю. В. Шляпников, Ю. В. Бусыгин // Территория «НЕФТЕГАЗ». -2009.- № 10.-С. 74-75.

3. Масленников, Е. П. Проблемы и пути повышения МРП скважин на поздней стадии разработки [Текст] / Е. П. Масленников, Ю. В. Шляпников, А. М. Насыров // Территория «НЕФТЕГАЗ». -2009,- № 11.-С. 14-17.

4. Крякушин, А. И. Результаты и перспективы внедрения одновременно-раздельной эксплуатации пластов в одной скважине [Текст] / А. И. Крякушин, Ю. В. Шляпников, А. А. Агафонов, В. И. Ннкншов // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2009. - № 12. - С. 50-53.

5. Масленников, Е. П. Комплекс текущих и концептуальных задач в целях обеспечения целостности штанговых колонн скважинных насосов [Текст] / Е. П. Масленников, Ю. В. Шляпников, А. М. Насыров//Территория «НЕФТЕГАЗ». -2010,- № 8.-С.26-31.

6. Насыров, В. А. Обводнённость продукции скважин и влияние её на осложняющие факторы в добыче нефти [Текст] / В. А. Насыров, Ю. В. Шляпннков, А. М. Насыров // Экспозиция Нефть Газ. -2011.-2/Н (14) Апрель.-С. 14-17.

Патент на полезную модель

7. Пат. на полезную модель 131075 Российская Федерация, МПК Е 21 В 43/14. Установка для одновременно-раздельной добычи и закачки в одной скважине [Текст] / Насыров А. М., Недопекпн С. М., Пепеляев Д. В., Шляпннков Ю. В.; патентообладатель ООО «Пермское конструкторско-технологнческое бюро технического проектирования и организации производства» (RU). -№ 2013108856/03; заявл. 27.02.2013; опубл. 10.08.2013, БИ № 22.

Прочие печатные издания

8. Шляпников, Ю. В. Механический метод изоляции прорывов газа и воды в добывающих скважинах [Текст] / Ю. В. Шляпников, И. И. Бекмансуров, А. М. Насыров // Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития: матер. IV междунар. научн.-практ. конф. - Геленджик, 2009. - С. 24-28.

9. Шляпннков, Ю. В. Проект «Одновременно-раздельная эксплуатация» [Текст] / Ю. В. Шляпннков II Системы новых технологий ОАО «НК «Роснефть»: матер. III ежегодн. корпоративн. конф. по обмену опытом по проектам (Бекосово). - М., 2009. - С. 3-13.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 11.03.2014 г. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 0,96. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 54. Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шляпников, Юрий Викторович, Уфа

Открытое акционерное общество «Удмуртнефть»

Государственное унитарное предприятие «Институт проблем транспорта энергоресурсов»

УДК622.276.76

На правах рукописи

04201457915

ШЛЯПНИКОВ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ И РЕМОНТА СКВАЖИН МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ПОЗДНИХ СТАДИЯХ РАЗРАБОТКИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Ю.В. Зейгман

Уфа 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................5

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОАО «УДМУРТНЕФТЬ», НАХОДЯЩИХСЯ

НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ......................................................9

1.1. Анализ эксплуатации месторождений, разрабатываемых ОАО «Удмуртнефть».......9

1.2. Краткий обзор осложнений в процессе добычи нефти....................................... 13

1.3. Особенности эксплуатации месторождений высоковязких нефтей........................19

1.4. Критерии эффективности применения технологии одновременно-раздельной эксплуатации пластов на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»........................23

Выводы по главе 1.......................................................................................28

2. ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОАО «УДМУРТНЕФТЬ» НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ...........................................................................29

2.1. Методы повышения межремонтного периода скважин месторождений

на поздней стадии разработки......................................................................29

2.2. Механический метод изоляции прорывов газа и воды в добывающих скважинах месторождений нефти ОАО «Удмуртнефть»...................................................37

2.3. Применение блокирующих составов при проведении технологических

операций в скважинах с поглощением месторождений ОАО «Удмуртнефть».........44

Выводы по главе 2.......................................................................................51

3. ТЕХНОЛОГИЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОАО «УДМУРТНЕФТЬ».......................53

3.1. Характеристики компоновок скважинного оборудования для реализации технологии одновременно-раздельной эксплуатации скважин..............................53

3.2. Примеры исполнения компоновок подземного оборудования при реализации технологии одновременно-раздельной эксплуатации пластов...............................56

3.3. Рекомендации по внедрению технологии одновременно-раздельной закачки воды

и добычи нефти на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»..................................59

Выводы по главе 3........................................................................................63

4. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ОСЛОЖНЕНИЯМИ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ

НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ОАО «УДМУРТНЕФТЬ».......................................65

4.1. Борьба со скважинными осложнениями при реализации технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти...................................65

4.2. Влияние обводнённости продукции скважин на осложняющие факторы добычи нефти.....................................................................................................67

4.3. Обеспечение целостности штанговых колонн скважинных насосов.......................74

4.4. Метод санации трубопроводов для ликвидации последствий их коррозионного разрушения.............................................................................................82

Выводы по главе 4........................................................................................85

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.........................................................................................87

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.............................................................................89

Библиографический список использованной литературы......................................91

ПРИЛОЖЕНИЕ......................................................................................102

Справка о технологической и экономической эффективности применения блокирующих составов и оборудования, изолирующего интервалы перфорации скважин, в процессе эксплуатации месторождений ОАО «Удмуртнефть»...........................103

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

В настоящее время основная часть месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», находится на заключительной, четвёртой, стадии разработки. Эксплуатируемый фонд скважин, как правило, имеет возраст от 20 до 40 лет. Средний дебит скважин по нефти составляет 4,8 т/сут, по жидкости - 48 м3/сут, средняя обводнённость добываемой продукции - порядка 90 %, средняя глубина скважин - 1200 м. Большинство месторождений ОАО «Удмуртнефть» - это многопластовые залежи, имеющие несколько объектов эксплуатации. На сегодняшний день основные объекты разработки обычно не достигают проектного коэффициента извлечения нефти (КИН), в связи с чем встаёт вопрос - что должно быть осуществлено: эксплуатация низкорентабельных высокообводнённых скважин для достижения проектных показателей, изоляция основных объектов или переход на возвратные объекты разработки, бурение сетки скважин на возвратный объект.

Для решения указанных проблем нами предложена технология одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов добычи нефти (ОРЭиД). Для реализации технологии необходимо надёжное оборудование, удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов.

В результате прогрессирующего обводнения добываемой продукции скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» изменяются не только гидродинамика пласта, но и условия подъёма жидкости на поверхность, промысловой перекачки и подготовки нефти. Возникают задачи вовлечения в разработку неработающих пластов. При этом, если в разрезе объекта разработки имеется несколько перфорированных пластов, а нагнетание воды осуществляется лишь в высокопроницаемые пласты, то малопроницаемые пласты

остаются практически захороненными и не участвуют в разработке залежи нефти. Применение в нагнетательных скважинах предложенной нами технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти (ОРЗиД) позволяет вовлекать в разработку малопроницаемые пласты.

Другим актуальным аспектом при эксплуатации скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» является увеличение коррозионной агрессивности добываемой продукции, выпадение осадков неорганических солей, отложений асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) на поверхности нефтепромыслового оборудования, образование трудно разрушаемых водонефтяных эмульсий в добываемой скважинной продукции. Все это существенно увеличивает затраты при добыче нефти, что особенно актуально на завершающих стадиях разработки месторождений, когда рентабельность скважин на пределе.

В этой связи необходим комплексный подход к оптимизации работы с фондом скважин и борьбе со скважинными осложнениями, который позволит вывести уровень межремонтного периода (МРП) эксплуатации скважин на максимальный, сократить эксплуатационные затраты, повысить эффективность эксплуатации низкорентабельных зон месторождений, находящихся на заключительных стадиях разработки.

Направленность исследований диссертационной работы на решение приведённых проблем и определяет её актуальность.

Цель работы - повышение эффективности эксплуатации многопластовых месторождений нефти, находящихся на поздней стадии разработки, совершенствованием технологий добычи нефти и одновременно-раздельной эксплуатации скважин.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

- выявление критериев эффективности применения технологий одновременно-раздельной добычи нефти, их адаптация к условиям эксплуатации месторождений с высоковязкими нефтями и высоким газовым фактором;

- поиск методов повышения эффективности эксплуатации механизированного фонда скважин и борьбы со скважинными осложнениями, алгоритма выбора наиболее эффективной технологии;

- анализ эксплуатации компоновок скважинного оборудования при реализации технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти, выявление критериев их применения;

- исследование факторов, влияющих на эксплуатацию насосных штанг добывающих скважин;

- разработка рекомендаций по совершенствованию методов проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважинах месторождений ОАО «Удмуртнефть».

Методы решения поставленных задач

Поставленные в диссертационной работе задачи решались при помощи проведения теоретических, лабораторных и промысловых исследований с использованием стандартных контрольно-измерительных приборов и применением современных методов математической статистики.

Научная новизна результатов работы

1. Разработана технологическая схема оборудования для применения технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти в одной скважине с коаксиальным расположением насосно-компрессорных труб (НКТ). Разработаны технологические и экономические критерии целесообразности применения технологии ОРЗиД на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», произведён расчёт геолого-технологической целесообразности применения технологии, учитывающей остаточные запасы нефти и стоимость внедрения технологии.

2. Разработан алгоритм выбора наиболее эффективных технологий борьбы с различными категориями осложнений скважин - отложением ас-фальтосмолопарафиновых веществ, неорганических солей на поверхности нефтепромыслового оборудования, его коррозии, образованием стойких во-донефтяных эмульсий для условий месторождений Волго-Уральской нефтеносной провинции, отличие которого заключается в применении новых способов и технологий освоения скважин, контроле процессов их вывода на плановые режимы работы, применении усовершенствованных конструкций скважинного оборудования.

На защиту выносятся:

критерии эффективности применения технологий одновременно-раздельной добычи нефти на многопластовых залежах месторождений нефти и газа;

- алгоритм выбора методов борьбы со скважинными осложнениями -осадками неорганических солей и АСПВ, коррозией (биокоррозией) нефтепромыслового оборудования;

- технологии проведения ремонтно-изоляционных работ в скважинах;

- методы защиты насосных штанг от образования асфальтосмолопара-финовых отложений (АСПО) и коррозионного разрушения.

Практическая ценность результатов работы

1. Установлено, что при реализации технологии одновременно-раздельной закачки воды и добычи нефти с коаксиальной схемой расположения НКТ в 50 скважинах, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», дополнительная добыча нефти может составить 73 тыс. т/год.

2. Реализация оптимального подхода к работе с фондом скважин позволила увеличить за 5 лет МРП эксплуатации скважин ОАО «Удмуртнефть» с 458 до 1070 сут, количество отказов сократилось на 1300 шт. в год, снижение потерь добычи нефти составило 15,6 тыс. т/год, что в материальном вы-

ражении составило 200 млн руб./год.

3. Показано, что при негерметичности эксплуатационных колонн добывающих скважин месторождений ОАО «Удмуртнефть» изоляция газоводо-проявлений механическими методами имеет более низкую стоимость по сравнению с традиционными методами проведения РИР (средняя стоимость традиционных РИР 600...900 тыс. руб., РИР с блокирующим оборудованием - 400 тыс. руб.) и более высокую успешность. К преимуществам метода следует отнести и снижение времени простоя скважин при ремонте - в среднем на 4... 6 сут.

4. В результате испытаний и внедрения оборудования по технологии ОРЭ (по различным схемам) в ОАО «Удмуртнефть» установлено:

- средняя наработка оборудования на отказ составила 145 сут;

- средний прирост производительности на одну скважину от внедрения оборудования для технологии ОРЭ двух объектов за счёт подключения дополнительных пластов составил 17,4 т/сут;

- дополнительная добыча нефти составила 7,335 тыс. т;

- экономический эффект (ЫРУ) составил 8,5 млн руб.;

- всего за период эффекта КРУ составил 61,3 млн руб. (расчёт экономической эффективности произведён исходя из продолжительности эффекта по дополнительной добыче нефти за 3 года).

Применение компоновок для одновременно-раздельной добычи нефти позволило дополнительно добыть на месторождениях, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», в 2012 г. 200 тыс. т нефти.

Апробация результатов работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IV международной научно-практической конференции «Современные технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов. Перспективы развития» (Геленджик, 2009 г.), III ежегодной корпо-

ративной конференции по обмену опытом по проектам «Системы новых технологий ОАО «НК «Роснефть»» (Бекосово, 2009 г.). Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных трудах, в том числе в 6 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получен патент на полезную модель.

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОАО «УДМУРТНЕФТЬ», НАХОДЯЩИХСЯ НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ

1.1. Анализ эксплуатации месторождений, разрабатываемых ОАО «Удмуртнефть»

Как отмечено во введении, в настоящее время основная часть месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», находится на заключительной, четвёртой, стадии разработки. Эксплуатируемый фонд скважин, как правило, имеет возраст от 20 до 40 лет. Общий фонд нефтяных скважин, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», на сегодняшний день составляет 3950 скв., из них 1167 скв. оборудованы установками центробежных насосов (УЭЦН), 2706 скв. - штанговыми глубинными насосами (ШГН), установками одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) оборудовано 68 скв. и 9 скв. -электровинтовыми насосами (ЭВН), штанговыми винтовыми насосами (ШВН). Средний дебит скважин по нефти составляет 4,8 т/сут, по жидкости 48 м3/сут, средняя обводнённость добываемой продукции составляет 90 % (рисунок 1.1). Средняя глубина скважин 1200 м. Типоразмер ЭЦН, применяемый в процессе добычи нефти изменяется от Э-45 до Э-700, ШГН - от 32 до 70 мм.

ШГН 2706 скв

УЭЦН 1167 сив

ОРЭ 66 СКВ

ЭВН, ШВН 9 скв

Итого фонд 3950 скв

Стуюурл фонда

□ уэцн вшгн аэвн оорэ

Средний дебит скважин по нефти - 4,8 т/сут Средний дебит скважин по жидкости - 48 м3/сут Средняя обводненность - 90 % Средняя глубина скважин -1200 м

Рисунок 1.1 - Структура добывающего фонда месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

Следует отметить, что большинство месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть», - залежи, имеющие несколько объектов эксплуатации: Верей, Башкир и Визей, Турней и др. (рисунок 1.2).

ЭонЭра Период

Верхний

Пермский

Средний

Верхний

Терригеиные

Илиестннк,

дйпомит,

гпиил

Средний

Изиестнлк,

Песчаник, ал с пролит, IHdHJ

Клрбонагтные породы

Турнейркий

Клр£»он;гтные породы

Терригенние

Терригенные

Доломиты

Объект разработки

Литология

Террженные породы

U

Нижний

Рифей

Рисунок 1.2 - Структура месторождений, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

Фонд скважин, подлежащий проведению РИР, - обводняющиеся скважины и скважины с прорывом газа. Фонд с преждевременным обводнением скважинной продукции по тем или иным причинам составляет 1200 скв., при этом 450 скв. - вследствие негерметичности эксплуатационной колонны (ЭК), 700 скв. - с прорывом от закачки воды, 50 скв. - с заколонными перетоками, 150 скв. - по прорыву газа, в основном, из-за негерметичности эксплуатационной колонны вследствие выработки эксплуатационного ресурса, коррозионного разрушения - нарушения целостности цементного камня (рису-

нок 1.3). Следует отметить, что фонд скважин, подлежащих РИР, - это скважины, эксплуатирующиеся 30 и более лет.

Осложнённый Фонд

I

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

¿S3

120оЯ1

Ш 150 -

_

□ Общий фонд

□ обводнение

□ прорыв газа

г ъ

Фонд, осложненный прорывом воды:

- 1200 скважин

- 30 % от всего фонда, в том числе:

- с негерметичностью ЭК - 450 скв.

- с прорывом воды от закачки - 700 скв.

- с ЗКЦ- 50 скв.

Фонд, осложненный прорывом газа:

- 150 скважин

- 4 % от всего фонда, в том числе:

- с негерметичностью ЭК - 130 скв. -с ЗКЦ-20 скв.

Рисунок 1.3 - Структура осложнённого фонда скважин, эксплуатируемых ОАО «Удмуртнефть»

Как показано выше, сокращение сроков выработки запасов является актуальной задачей, решение которой позволит избежать ряда осложнений, сопутствующих процессу добычи нефти, как с точки зрения повышения экономической эффективности эксплуатации добывающих скважин, так и с точки зрения уменьшения технологических осложнений и обводнения скважин через негерметичности колонн, предотвращения заколонных перетоков. Чем дольше эксплуатируется скважина, тем больше риск осложнений и, соответственно, больше затрат для предприятия. Поэтому в ОАО «Удмуртнефть» в настоящее время внедряется технология ОРЭ, позволяющая не ждать полной выработки одного пласта, а осуществлять параллельно вовлечение в разработку возвратного объекта и разрабатывать их одновременно (рисунки 1.4-1.6).

Ликвидация негерметичности Технологии РИР негерметичности ЭК, применявшиеся в ОАО «Удмуртнефть» в 2008-2012 гг., количество скважин _

PHPi.1« rmxei4S PUP ш>ды £ дПО РИР га» AkPOII PHP ia» ианаитпм

Дополни