CC BY
54ФОРМИРОВАНИЕ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ БУРЕНИЕ БОКОВОГО СТВОЛА СКВАЖИНЫ НА КИРИНСКОМ ГКМ
УДК 622.24
М.Ф. Нуриев, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ), [email protected]
О.В. Уваров, ПАО «Газпром», [email protected]
М.В. Максимов, ПАО «Газпром», [email protected]
Р.В. Решитняк, ПАО «Газпром», [email protected]
А.В. Илюшников, ПАО «Газпром», [email protected]
А.С. Шакирова, Schlumberger (Южно-Сахалинск, РФ), [email protected]
Р.А. Карелина, Schlumberger, [email protected]
Освоение Киринского газоконденсатного месторождения относится к числу основных задач ПАО «Газпром». Анализ новых научно-технических решений при строительстве скважин в условиях шельфа представляет большой практический интерес. В статье рассмотрен опыт реконструкции скважины методом фрезерования окна в обсадной колонне диаметром 339,7 * 10,92 мм и дальнейшего бурения бокового ствола на скважине № Р3 Киринского газоконденсатного месторождения с использованием полупогружной плавучей буровой установки «Полярная звезда». Указанный метод реконструкции скважины с использованием ППБУ применен ПАО «Газпром» впервые на территории шельфа Российской Федерации.
Реализованная операция позволила сохранить ранее пробуренный и обсаженный материнский ствол, собрать ценную информацию по апробации метода в условиях шельфа и плавучих буровых установок, провести анализ затрат и оценить рентабельность капитального ремонта эксплуатационных скважин при будущей эксплуатации месторождения при помощи систем подводной добычи.
В состав работ вошли бурение пилотного ствола, бурение и крепление интервалов обсадных колонн и комбинированной эксплуатационной колонны. Выполнен анализ мирового опыта технологических решений по формированию окна и дальнейшего бурения боковых стволов для скважин с подводным расположением устья. С применением компьютерного моделирования проведены расчеты вариантов бурения бокового ствола и выбрана оптимальная конфигурация буровой колонны. Впервые на шельфе Российской Федерации выполнены работы по формированию окна в соответствии с картой фрезерования, проведены калибровка и операции по бурению до проектной глубины и креплению скважины. Проведенные работы помогли сохранить пробуренную часть материнского ствола скважины, апробировать технологическое решение, позволяющее в дальнейшем продлить срок эксплуатации месторождения и добиться значительного экономического эффекта.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ШЕЛЬФ, БУРЕНИЕ, РЕКОНСТРУКЦИЯ, КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ, ЛИКВИДАЦИЯ ОСЛОЖНЕНИЯ, ПОДВОДНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ, КЛИН-ОТКЛОНИТЕЛЬ, ФРЕЗЕРОВАНИЕ.
В 2016 г. в рамках реализации Производственной программы ПАО «Газпром» по разбуриванию и обустройству Киринского газоконденсатного месторождения (ГКМ) с полупогружной плавучей буровой установки(ППБУ)«Полярная Звезда» (ООО «Газпром флот») (рис. 1) проводились работы по строительству эксплуатационной скважины № Р3.
Рис. 1. ППБУ «Полярная звезда» Fig. 1. Semisubmersible floating drilling rig "Polar Star"
В состав работ входили бурение пилотного ствола, бурение и крепление интервалов обсадных колонн D 762,0 * 508,0 * 339,7 мм и комбинированной эксплуатационной колонны D 244,5 * 273,1 мм (рис. 2).
При бурении интервала спуска комбинированной эксплуатационной колонны возникли значительные проблемы с
Nuriev M.F., Gazprom PJSC (Saint Petersburg, Russian Federation), [email protected]
Uvarov O.V., Gazprom PJSC, [email protected]
Maximov M.V., Gazprom PJSC, [email protected]
Reshitnyak R.V., Gazprom PJSC, [email protected]
Ilyushnikov A.V., Gazprom PJSC, [email protected]
Shakirova A.S., Schlumberger (Yuzhno-Sakhalinsk, Russian Federation), [email protected] Karelina R.A., Schlumberger, [email protected]
The side hole milling and the further sidetrack drilling at the Kirinskoe gas condensate field
The development of the Kirinskoe gas condensate field is one of the main tasks of Gazprom PJSC. The analysis of new scientific and technical solutions for the construction of wells in the offshore conditions is of great practical interest. The article describes the experience of well reconstruction by milling the window from a whipstock in the casing string with a diameter of 339.7 * 10.92 mm and further drilling of the side hole in the well No. P3 of the Kirinskoe gas condensate field using the semisubmersible floating drilling rig "Polar Star". This method of well reconstruction was applied by Gazprom PJSC on the shelf of the Russian Federation for the first time.
The implemented operation allowed preserving the previously drilled and cased wellbore, collecting valuable information on testing the method in the offshore conditions and floating drilling rigs, conducting a cost analysis and assessing the profitability of the overhaul of production wells during future field operation using subsea production systems. The scope of work included drilling of a pilot hole, drilling and casing the producing wellbore. The analysis of the world experience of technical solutions for milling the casing window for such drilling condition was performed. Using computer simulations, the calculations of milling process were carried out and the optimal configuration of the drill string was selected. This was for the first time in Russia offshore, when the well was drilled by semisubmersible floating drilling rig as a whipstock sidetrack from original well.
KEYWORDS: SHELF, DRILLING, RECONSTRUCTION, WORK OVER, COMPLICATIONS ELIMINATION, UNDERWATER OPERATION, WHIPSTOCK, MILLING.
устойчивостью ствола скважины, классифицированные как геологическое осложнение, связанное с тектоническими нарушениями вскрываемых горных пород. С учетом ухудшающихся гидрометеорологических условий и высокой степени риска приближающегося сезонного ледового периода было принято решение о прекращении дальнейших работ, ликвидации открытого ствола скважины D 311,1 мм и проведении работ по консервации скважины в соответствии с существующими требованиями законодательства РФ.
В процессе разработки и согла -сования Программы проведения работ в буровом сезоне 2017 г. представителями ПАО «Газпром» совместно со специалистами ООО «Газпром флот», ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск», ООО «Красноярскгазпром нефте-газпроект» было решено провести расконсервацию скважины с помощью формирования (вы-
0
250 500 750 1000 1250
I Е-
É -в 1500 g -S
g S 1750 S ш
2000 2250 2500 2750 3000
OK 792 - 191 M 191 m
OK 508-581 M 581 m
Начало набора зенитного угла 0,3710 м Start of slope angle rate 0.3710 m Набор зенитного угла 0,5710 м Slope angle rate 0.5710 m Набор зенитного угла 0,7710 м Slope angle rate 0.7710 m
1479 Начало стабилизации 1479/1525 м, угол 40,1' Start of stabilization 1479/1525 m, angle 40.1' 199 v OK 339,7- 1564 m 1564 m
Набор зенитного угла 0,8710 м Slope angle rate 0.8710 m
OK 244,5 «273,1 -3411 н 3411 m
2616
2003 Подвеска фильтра 2B23/3371 м Filter landing 2823/3371 m
Кровля пласта 2849/3456 м, угол 75,8 Bed top 2849/3456 m, angle 75,8'
Фильтр 127 мм 2970/3948 м Filter 127 mm 2970/3948 m
О 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
Смещение (м) в азимуте 246,9° Displacement (m) in azimuth 246.9°
Рис. 2. Проектный профиль скважины № Р3 Киринского ГКМ Fig. 2. Plan well profile No. Р3 of the Kirinskoe gas condensate field
Бурильная труба 5 1/2"24,70 DPS Premium
5x51/2" труба бурильная толстостенная 5*51/2" heavy weight drill pipe
8" гидравлический яс 8" hydraulic jar
3x51/2' труба бурильная толстостенная 3x51/2' heavy weight drill pipe
8' забойный фильтр 8" downhole filter sub
8 1/4" немагнитная труба бурильная толстостенная 81/4" NM flex drill collar
Телескопическая система измерения в процессе бурения Telescope MWD
Двигатель винтовой забойный А962М5640ХР w.FV
121/4" фрезерованное долото 121/4" milled tooth bit
Рис. 3. Компоновка низа бурильной колонны на зарезку с клина-отклонителя
Fig. 3. Bottom hole assembly for the kickoff from whipstock
резки) окна в обсадной колонне D 339,7 мм и дальнейшего бурения бокового ствола до проектной глубины с корректировкой точки входа в продуктивный пласт.
Многие технические и технологические решения, реализуемые при освоении Киринского ГКМ, применяются впервые в области обеспечения добычи углеводородов на континентальном шельфе РФ и отличаются уникальностью подходов. Именно на Киринском ГКМ реализована система автономной подводной добычи природного газа. Скважины оборудуются передовыми системами закан-чивания, позволяющими в он-лайн-режиме управлять процессом обеспечения уровня добычи, контролировать и регулировать процесс выработки запасов месторождения. Применяемая при этом технология строительства и обустройства скважин предусматривает 30-летний безремонтный период эксплуатации всего комплекса подводного и подземного оборудования с учетом высокой степени рисков по сейсмичности данного региона.
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП
В целях реализации принятого технологического решения по продолжению работ на скважине (формирование окна в обсадной колонне D 339,7 * 10,92 мм, бурение бокового ствола с применением ППБУ) была сформирована рабочая экспертная группа, состоящая из представителей ПАО «Газпром», ООО «Газпром флот», ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск», ООО «Красноярскгазпром нефте-газпроект» и технических специалистов компании Schlumberger.
На стадии подготовительного этапа экспертной группой изучен и проанализирован существующий отечественный и мировой опыт по формированию окна в промежуточной обсадной колонне D 339,7 мм и дальнейшего бурения боковых стволов.
Представители экспертной группы провели корректировку первоначально принятых технических и технологических решений, определили основные критерии по выбору месторасположения и интервала формирования окна:
- отсутствие муфтовых соединений обсадной колонны в интервале фрезерования;
- целостность и сплошность за-колонной цементной крепи;
- наличие плотных глинистых пород за фрезеруемой колонной;
- максимально близкое расположение клина-отклонителя к обратному клапану спущенной оснастки обсадной колонны;
- геологические условия совместимости слагаемых пород в интервале формирования окна и пород, вскрываемых в процессе бурения секции.
Отвечающий вышеперечисленным требованиям интервал находится на 136 м выше глубины спуска башмака обсадной колонны D 339,7 мм, на глубине 1415,30-1423,15 м. Столь значительный «подъем» планового окна оказывает существенное влияние как на длину открытого ствола, так и на максимально воз -можную к использованию плотность промывочной жидкости в сторону уменьшения значений параметра.
При выборе интервала фрезерования были учтены следующие параметры: расчетная длина выреза окна (8,21 м); длина обсадной трубы, расположенной в предполагаемом интервале фрезерования (~11,3 м); размеры применяемого клина-отклонителя длиной 10,47 м. При незначительном отклонении глубины установки клина-отклонителя от плановой или расхождения и погрешности в показаниях локатора муфт воз -никает риск попадания муфты об -садной колонны в интервал фрезерования, что усложняет процесс формирования окна и гарантированно приводит к дополнительному незапланированному спуску компоновки низа бурильной
колонны (КНБК) для калибровки и (или) обработки вырезанного окна. Для минимизации вышеперечисленного риска необходимо уточнение имеющихся данных о месторасположении муфт обсадной колонны, полученных в 2016 г. (ГИС на кабеле).
На основании проведенного анализа собранной геологической, технической и технологической информации и проведенных расчетов совместимости условий бурения экспертной группой утверждены плановый профиль бокового ствола с расположением башмака эксплуатационной колонны на глубине 3391 м и дальнейшее бурение, крепление и спуск фильтра-хвостовика О 177,8 мм в продуктивной толще до глубины 3922 м.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
При выборе типа КНБК на срез -ку с клина-отклонителя рассмотрено использование винтового
забойного двигателя (ВЗД) с различными углами перекоса. При этом проводилось моделирование условий прохождения каждого из предлагаемых типов КНБК через устьевое оборудование в целях определения наиболее оптимального и безопасного варианта. В процессе моделирования учитывалась возможность использования любых типов долот: шарошечных, бицентричных и PDC. Моделирование проводилось с использованием программного продукта i-DRILL [1].
В результате анализа, рассмотрения всех технологических параметров и безопасных условий проведения работ на срезку с клина-отклонителя выбрана следующая конфигурация КНБК: трехшарошечное долото, ВЗД с калибрующей частью D 308 мм и углом перекоса 0,73°, а также при -бор телеметрии Telescope (рис. 3).
Для проведения анализа беспрепятственного и безопасного спуска КНБК для бурения 311,1 мм
Бурильная труба 5 1/2"24,70 DPS Premium
5x51/2"труба бурильная . толстостенная 5x51/2" heavy weight drill pipe
гидравлическии яс 8" hydraulic jar
3x51/2"труба бурильная толстостенная 3x51/2" heavy weight drill pipe
117/8" стабилизатор 117/8" string stabilizer
81/4" немагнитная труба бурильная толстостенная 81/4- NM flex drill collar
Прибор азимутального нейтронно-плопжтного каротажа во время бурения SAND-8
Прибор акустического каротажа во время бурения стабилизированный w.USS SonicScope 825 stabilized w.USS
Телескопическая система измерения в процессе бурения 8" telescope measure while drilling
Прибор многозондовый компенсированного электромагнитного каротажа сопротивления во время бурения ARC-8
SRX-приемник SRX receiver
Управляемая роторная система PD 980X6 RA 121/4"
Долото 121/4" PDC 121/4" PDC bit
а) a) б) b) в) c)
Рис. 4. Моделирование возможности прохождения КНБК через вырезанное окно с помощью программы WhipSim [2]: а) КНБК; б) 30-модель; в) боковой и фронтальный виды
Fig. 4. Modeling the possibility of BHA passing through the casing window using the WhipSim software [2]: a) bottom hole assembly; b) 3D model; c) side and front views
Таблица 1. Перечень деталей, использованных в компоновке для формирования окна (см. рис. 5) Table 1. List of detail parts used in milling BHA (see fig. 5)
Таблица 2. Рабочие параметры при формировании окна (см. рис. 5) Table 2. Milling parameters (see fig. 5)
Деталь Detail part Диаметр, мм Diameter, mm
Гидравлический пакер Hydraulic packer 298,45
Компоновка клина-отклонителя Wedge deflector arrangement 292,1
Трехсекционная фреза Three-section mill 311,1
Спусковой инструмент Trigger tool 228,6
Переводник Crossover 221,1
Немагнитная утяжеленная бурильная труба Nonmagnetic heavy weight drill pipe 199,2
Переводник Crossover 209
Циркуляционный клапан MCBPV Circulation valve MCBPV 203
Переводник Crossover 235
Переводник с обратным клапаном Crossover with reversing valve 211,1
Немагнитный переводник Nonmagnetic crossover 211,1
Телесистема Measure while drilling 223
Переводник Crossover 211,1
Внутрискважинный фильтр Downhole filter 200
Утяжеленная бурильная труба, 8 шт. Heavy weight drill pipe, 8 units 203
Переводник Crossover 177,8
Тяжелая бурильная труба 12 * 139,7 мм Heavy weight drill pipe 12 * 139.7 mm 139,7
Стальная бурильная труба 139,7 мм Steel drill pipe 139.7 mm 139,7
Отклонитель Whipstock С D
Длина секции, мм Section length, mm 4429,76 2291,08
Вес на фрезу, кг Weight per mill, kg 500-2000
Скорость, об/мин Rate, rpm 60-100
Крутящий момент, кНм Torque, kNm 6-20
is С
s =
Рис. 5. Компоновка для формирования окна
Fig. 5. Milling BHA
секции до забоя была использована программа WhipSim [2] (рис. 4). Вариант режимов одной из рассмотренных в процессе ана -лиза КНБК представлен на рис. 5, включая описание компоновки и рабочих параметров (табл. 1, 2). На рис. 6 представлены изменение силы контакта на долоте и силы контакта на калибраторе лопастном спиральном (КЛС), а также необходимая нагрузка на долото в целях прохождения устьевого оборудования. До начала проведения работ по фрезерованию выбранного интервала для оценки размера и геометрии вырезаемого окна в обсадной колонне было проведено моделирование с помощью программного продукта WhipSim [2] (рис. 7, табл. 3), который также предусматривает проведение расчетных параметров по углу отхода от ствола скважины и количеству получаемой метал -лической стружки.
РАБОТЫ НА СКВАЖИНЕ
После завершения мобилизации и постановки ППБУ «Полярная звезда» на скважину № Р3 Киринского ГКМ проведен комплекс работ по расконсервации скважины: разбурены цементные мосты, проведена шаблониров-ка обсадной колонны, уточнена глубина искусственного забоя, а также определена мера спускаемого инструмента для спуска и установки клина-отклонителя.
При проведении комплекса подготовительных работ к формированию окна произведены сборка и спуск КНБК, включающей скважинные скребок и магнит, а также прибор нейтронного каротажа (SADN-8). В предусмотренном интервале формирования окна проведена зачистка внутренней поверхности обсадной колонны, уточнено месторасположение муфт обсадной колонны и определен фактический рабочий интервал фрезерования,составивший 11,22 м.
С учетом полученных фактических данных и проведения
а) a)
б) b)
в) с)
102,1 106,4 110,6 Глубина бурения, м Drill depth, m
102 105 108 111 Глубина бурения, м Drill depth, m
102 105 108 111 Глубина бурения, м Drill depth, m
Рис. 6. Зависимости от глубины бурения: а) силы контакта на долоте; б) силы контакта на КЛС; в) необходимая нагрузка на долото с целью прохождения устьевого оборудования
Fig. 6. Dependence on the drilling depth: a) contact force on the bit; b) contact force at the spiral-blade stabilizer; c) the required WOB in order to pass the wellhead equipment
незначительной корректировки проведены дальнейший спуск и установка клина-отклонителя на глубине 1426,6 м. Процесс ориентирования и установки клина-отклонителя осуществлялся с использованием телесистемы. Проблем при проведении технологической операции по спуску, ориентированию, установке кли-на-отклонителя и отсоединения спускового инструмента не отмечено.
Работы по формированию окна в запланированном интервале 1415,37-1423,32 м и дальнейшему углублению в породу до глубины 1429,05 м проведены строго в соответствии с разработанной картой фрезерования. При этом соблюдались следующие режимные параметры фрезерования: нагрузка 0,5-2,5 т, вращение 80-100 об/мин, крутящий момент 4-9 кНм, давление 12,9-13,4 МПа.
За период фрезерования и прокачки вязкоупругой пачки по окончании проведения операции суммарно с магнитов на поверхности и в составе КНБК было собрано около 237 кг металлической стружки при расчетном показателе 226 кг, что косвенно подтверждает качественно вырезанное окно.
Прохождение фрезерующей КНБК через вырезанное окно во время проведения калибровки показало отсутствие посадок и затяжек, движение КНБК было свободным.
После контрольной СПО в интер -вале окна произведены подъем и разборка КНБК. В результате комиссионного осмотра и замера фрезерующих элементов отмечен износ последних, но в допустимых пределах. Вместе с тем выявлен факт отслоения армирующих твердосплавных наплавок на лопастях арбузообразных фрез, что во время проведения работ по бурению могло бы привести к повреждению долота и других элементов КНБК.
В целях устранения или минимизации возможного риска было
принято решение о спуске КНБК для дополнительной калибровки вырезанного окна и очистки забоя с включением в состав КНБК тор -цевой фрезы и шламоуловителя. В результате проведения данных работ отмечено свободное прохождение КНБК в интервале окна, а также отсутствие каких-либо признаков металла на забое скважины.
В дополнение к решению вопроса о снижении риска при прохождении интервала окна применяемых в дальнейшем при бурении интервалов сложными КНБК, и в частности под эксплуатационную колонну, экспертной группой рассмотрен вопрос о возможности проворота направляющей клина-отклонителя во время прохож-
дения установленных КЛС в КНБК и вращении инструмента.
В целях минимизации данного риска был предусмотрен и осуществлен спуск КНБК для проведения бурения и формирования технологического «кармана» (длиной около 60 м). Наличие «кармана» гарантировало полный выход из обсадной колонны D 339,7 мм предусмотренной КНБК с двумя стабилизаторами и другими полноразмерными элементами для проведения исследований в процессе бурения интервала под эксплуатационную колонну. Бурение «кармана» и проверка на прохождение спущенной КНБК в интервале расположения окна проведены без осложнений и проблем.
Таблица 3. Параметры моделирования размеров и геометрии окна
Table 3. Parameters of modelling the sizes and geometry of the milled casing window
Параметр Parameter Значение Value
Верх окна, м Top of casing window, m -0,747
Низ окна, м Bottom of casing window, m 7,202
Длина окна, м Length of casing window, m 7,950
Количество металлической стружки, кг Amount of steel removed, kg 226
Угол отхода от ствола, ° Deflection angle at whip exit, ° 2,7
а) a) б) b)
Рис. 7. Моделирование размеров и геометрии фрезеруемого окна в обсадной колонне с помощью программы WhipSim [2]: а) 3D-модель; б) боковой и фронтальный виды
Fig. 7. Modeling the size and geometry of a milled casing window using the WhipSim software [2]: a) 3D model; b) side and front views
Проведенные в дальнейшем запланированные операции по бурению до проектной глубины и креплению подтвердили успешное завершение первого на шельфе РФ формирования окна из обсадной колонны D 339,7 мм с использованием ППБУ и дальнейшее выполнение поставленной задачи строительства скважины.
ВЫВОДЫ
В процессе планирования и на этапах подготовки и осуществления технологической операции по формированию окна и дальнейшему углублению перед специалистами экспертной группы ПАО «Газпром» было поставлено две задачи:
- сохранение ранее пробуренного и обсаженного ствола сква -жины № Р3 Киринского ГКМ и, соответственно, экономия времени и средств на бурение секций D 762, 508 и 339,7 мм за счет исключения перебуривания скважины «с нуля»;
- ориентировочная оценка затрат для подсчета рентабельности капитального ремонта и восстановления фонда эксплуатационных скважин методом зарезки бокового ствола в целях его возможного применения на поздних стадиях разработки месторождения.
Первая задача успешно выполнена, что помогло сэкономить около 24 дней на бурение и крепление секций 0 762, 508 и 339,7 мм, а также значительный объем капитальных вложений.
Вторая задача помогла собрать ценную технико-технологическую информацию и подтвердила правильность принятых решений, позволяющих продлить в даль-
нейшем жизнь месторождения и повысить за счет этого коэффициент извлечения газа. Безусловно, предпринятые шаги
окажут положительное влияние на экономическую составляющую проекта Киринского ГКМ в целом.■
ЛИТЕРАТУРА
1. Программный пакет i-DRILL [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.slb.ru/services/drilling/drill_bits/drillstring_design/idrill/ (дата обращения: 12.10.2018).
2. WhipSim [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.software.slb.com/ (дата обращения: 12.10.2018).
REFERENCES
1. Software i-DRILL [Electronic source]. Access mode: http://www.slb.ru/services/drilling/drill_bits/drillstring_design/idrill/ (access date: October 12, 2018). (In Russian)
2. WhipSim [Electronic source]. Access mode: https://www.software.slb.com/ (access date: October 12, 2018). (In Russian)
