Ключевые слова: аномально низкое пластовое давление, эжекционная очистка, месторождения на поздней стадии разработки, очистка скважин, эксплуатационная колонна
Проблемы при промывке горизонтальных стволов от песчано-проппантных пробок
Многие месторождения России находятся на поздних стадиях разработки. В процессе работы скважин в эксплуатационную колонну из продуктивного пласта попадает песок или проппант от гидроразрыва пласта (ГРП), и зачастую возникают проблемы с их извлечением из скважин.
В то время как в вертикальных и наклонно-направленных скважинах скорости потока пластового флюида обычно достаточно для выноса песка, в горизонтальном стволе часто происходит скопление песчаных и/или проппантных фракций, что препятствует потоку пластового флюида из нижележащей части (см. рис. №1). При этом значительно снижается дебит скважины, а кроме того, из-за увеличенной депрессии на верхнюю часть горизонтального ствола, возможен прорыв пластовой воды или газа, что потенциально грозит полным выводом скважины из эксплуатации.
При высоком пластовом давлении в продуктивном пласте не составляет труда провести промывку горизонтального ствола с помощью бригады капитального ремонта скважин (КРС) или установки гибких насосно-компрессорных труб (ГНКТ). Однако по мере эксплуатации скважины и при недостаточном количестве скважин нагнетательного фонда наблюдается снижение пластового давления. Одним из показателей, который указывает на снижение пластового давления, считается коэффициент аномальности (Ка). Ка — это отношение текущего пластового давления (замеренного или расчётного) в скважине к нормальному (гидростатическому) давлению, рассчитанному на ту же вертикальную глубину, что и пластовое.
Когда Ка = 0,8-1, при обычных «прямых» промывках с помощью бригады КРС или установки ГНКТ могут возникнуть поглощения. К стандартным решениям для бригады КРС в таких случаях относится использование желонки и обратных промывок. Нередко работы с бригадой КРС в таких условиях приводят к сложным аварийным ситуациям вплоть до ликвидации скважин. При привлечении установок ГНКТ для промывок в таких условиях используется газожидкостная смесь циркуляционной жидкости и азота. Азот позволяет проводить промывку скважин за счет снижения плотности прокачиваемой жидкости, однако при снижении Ка ниже 0,8 применение азота не всегда позволяет достичь нужного результата. Принято считать, что Ка<0,8 указывает на аномально низкое пластовое давление (АНПД). В этом случае в жидкость добавляются химические реагенты, которые увеличивают ее вязкость и осложняют ее поглощение. Если эти меры демонстрируют низкую результативность, то могут применяться пенные системы. При снижении Ка ниже 0,6 даже с ГНКТ возникают сложности с вызовом циркуляции.
Описание технологии эжекционной очистки скважин
Для решения проблем на скважинах с АНПД 0,2-0,7 компания «ФракДжет-Волга» предложила использовать эжекционную очистку по технологии «труба в трубе». Суть метода заключается в том, что в скважину одновременно спускаются две трубы ГНКТ, установленные одна в другую. Диаметры и длины труб могут варьироваться. Для проведения работ была выбрана внешняя ГНКТ Ø 50,8 мм и внутренняя – Ø 25,4 мм.
На рис. №2 представлена схема проведения работ и распределения потоков жидкости в ГНКТ. По внутренней ГНКТ 25,4 мм подается жидкость под высоким давлением. Далее жидкость доходит до эжекционной промывочной компоновки Ø 54 мм (КЭП-54), в которой происходит деление потока. Первая часть потока направляется на разрушение песчано-проппантной пробки. Вторая часть направляется в эжектор, где на выходе из сопла под большим давлением жидкость теряет часть энергии и при этом совершает работу, подхватывая эжектируемый поток.
Работа КЭП-54 схематично изображена на рис. №3. По принципу пылесоса жидкость с песчано-проппантной фракцией засасывается в эжектор с забоя через специальные отверстия. Затем смешанный поток поднимается по кольцевому пространству между ГНКТ 25,4 мм и ГНКТ 50,8 мм. На поверхности поток проходит через желобную ёмкость. Песок и проппант осаждаются в ёмкости, а жидкость повторяет рабочий цикл.
Оборудование для эжекционной очистки
Для проведения работ на скважине «ФракДжет-Волга» разработала и изготовила следующее оборудование:
1. Узел намотки ГНКТ для тяжёлой трубы весом до 50 тонн. Для реализации технологии «труба в трубе» узел был оснащён двумя вертлюгами.
2. Концентрическая ГНКТ Ø 50,8 / 25,4 мм и длиной 4900 метров.
3. Система обвязки вертлюгов и герметизации ГНКТ.
4. Изначально был использован КЭП Ø 64 мм, однако в дальнейшем для минимизации рисков перешли на КЭП Ø 54 мм.
На рис. № 4, 5 представлена обвязка ГНКТ при проведении работ на первой скважине.
Вес трубы ГНКТ 50,8 / 25,4 длиной 4900 метров составляет 37,7 тонн. При проведении работ в ГНКТ дополнительно закачивается жидкость. Общая масса ГНКТ с жидкостью может достигать 45 тонн. Из двадцати одной установки ГНКТ белорусского, китайского и немецкого производства, которые «ФракДжет-Волга» использует в своей работе, ни одна не предназначена для работы с двумя вертлюгами. Ограничение установок по грузоподъёмности составляет 25-26 тонн. В связи с этим был разработан узел намотки ГНКТ с двумя вертлюгами, способный работать с ГНКТ массой до 50 тонн. Для разведения потоков жидкости из ГНКТ Ø 25,4 мм и между ГНКТ Ø 25,4 и 50,8 мм был разработан специальный манифольд, который разделяет потоки и направляет каждый из них на соответствующий вертлюг. Один из вертлюгов был предназначен для работы с давлением 100 МПа, второй –70 МПа.
Большой объём теоретической работы был проделан при выполнении расчётов по необходимым расходам жидкости. Исходя из полученных данных была подобрана эффективная пара «сопло-диффузор» в КЭП. Это основной элемент, от которого зависит работоспособность всей системы. Для подбора сопла и диффузора проводилось математическое моделирование. Также при расчетах необходимо было учитывать размер частиц песка, поднимаемого с забоя (до 2,5 мм). Попадая в поток, частицы действуют как абразивное вещество. Фактически система аналогична гидропескоструйному перфоратору с увеличенным давлением и расходом. Обычно перфоратору достаточно 5-15 минут для создания перфорационного отверстия в одной или нескольких обсадных колоннах. Учитывая высокий риск абразивного износа и разрушения, многие части инструмента КЭП были спроектированы и изготовлены из твердосплавного материала.
Для проверки работоспособности оборудования специалисты «ФракДжет-Волга» провели испытания, по результатам которых получили эжекцию и успешно подняли проппант по ГНКТ. После проведения испытаний компания приступила к опытно-промышленным работам на скважине.
Опыт проведения работ по эжекционной очистке
В 2024 году «ФракДжет-Волга» провела первые успешные работы по эжекционной очистке в полевых условиях. Предварительно на скважине бригада КРС выполнила глушение скважины, поднятие электроцентробежного насоса (ЭЦН) и спуск НКТ Ø 89 мм с воронкой. Далее после мобилизации бригады ГНКТ был произведен монтаж колтюбинговой установки и обвязки с концентрической ГНКТ. Ниже приведены данные по скважине, на которой проводились работы:
Искусственный забой – 4072 м;
Э/колонна Ø178 мм – 0-3128,5 м;
Хвостовик Ø114 мм – 3037-4073 м;
Длина горизонтального участка – 944,5 м;
Пластовое давление – 114 атм;
Коэффициент аномальности – 0,43;
Количество портов ГРП – 10.
На рис. №5 представлен схематичный профиль ствола скважины.
При спуске ГНКТ в скважину проппант был встречен на глубине 3345 метров. Промывка выполнена до глубины первого порта – 3856 м. Вынос проппанта составлял от 10 до 50 кг/м3. Всего промыли 511 метров горизонтального ствола с суммарной массой проппанта 2 тонны. Диаметр частиц, поднятых с забоя, приведён в таблице № 1.
В 2024 году было выполнено суммарно пять скважиноопераций. Данные по проведённым работам приведены в таблице № 2.
Развитие технологии
Представленная технология может применяться не только для удаления песчано-проппантных пробок с забоя. Использование ГНКТ позволяет проводить освоение скважины, а также удаление жидкости с забоя и из протяжённых горизонтальных стволов. Для удаления жидкости с забоя весь поток направляется на сопло и диффузор, поскольку отсутствует необходимость разрушения песчаной пробки. Освоение скважины может совмещаться с установкой солянокислотной ванны. Для этого ГНКТ спускают на забой, после чего устанавливают соляно-кислотную ванну и по прошествии необходимого времени реагирования запускают эжектор. Этот метод позволяет удалять с забоя продукты реакции и запускать скважину в эксплуатацию.
В настоящий момент «ФракДжет-Волга» занимается разработкой КЭП Ø 44,45 мм для работы с концентрической ГНКТ Ø 44,45 мм. Подобная компоновка в сочетании с ГНКТ позволит удалять жидкость с забоя даже при наличии в скважине НКТ Ø 60 мм или элемента с внутренним диаметром до 50 мм (пакера, клапана и др.).
В дальнейшем возможен переход на концентрическую ГНКТ Ø 60,3 мм с внутренней трубой Ø 38,1 мм, что позволит проводить очистку горизонтальных стволов до 2000-3000 метров, в зависимости от профиля. В результате применения ГНКТ большего диаметра ожидается увеличение скорости промывки горизонтальных стволов. Кроме того, такая ГНКТ может быть оснащена винтовым забойным двигателем (ВЗД) для одновременного фрезерования портов ГРП и подъема проппанта. Однако это влечёт за собой и определенные технические вызовы. Барабан для ГНКТ такого диаметра выходит за допустимые габаритные пределы по высоте и ширине. Масса такой ГНКТ составит 50-60 тонн без жидкости и более 60-70 тонн с жидкостью. Безусловно, применение системы «труба в трубе» Ø 60,3 мм потребует разработки и внедрения новых технических решений.
Выводы
В связи с выходом многих месторождений на поздние этапы разработки ожидается высокая востребованность технологии эжекционной промывки. Это новый вид сервиса, который поможет эффективно решать самые сложные задачи заказчика. Дальнейший переход на концентрические ГНКТ большего диаметра позволит выполнять работы, недоступные на данном этапе развития технологий. Несомненно, применение эжекционной очистки скважин открывает новые горизонты для недропользователей.
