CC BY
232STUD NET
СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЕМ НА СКВАЖИНАХ
COMPARISON OF EFFECTIVE WAYS TO COMBAT SAND OCCURRENCE
IN WELLS
УДК 622.276 DOI: 10.24411/2658-4964-2020-10003
Асирян Александр Вячеславович, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Танин Иван Юрьевич, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Asiryan Aleksandr Vyacheslavovich Tanin Ivan YUr'evich, tanin-ivan@mail .ru
Аннотация
Данная статья посвящена рассмотрению механических и химических способов контроля за пескопроявлением при добыче нефти. Вынос песка значительно усложняет добычу нефти, что связано с образованием пробок в скважинах, разрушением оборудования внутри скважины при взаимодействии с песком, с засорением наружного оборудования и трубопроводов песком.
Было проведено сравнение эффективности полимерных фильтров, системы гравия с полимерным покрытием, гравийного фильтра.
Summary
This article is devoted to consideration of mechanical and chemical methods of sand occurrence control in oil production. Sand removal significantly complicates oil production, which is connected with formation of plugs in wells, destruction of equipment inside the well during interaction with sand, with clogging of external equipment and pipelines with sand.
The efficiency of the polymer filters, the polymer-coated gravel system, and the gravel filter were compared.
Ключевые слова: динамические показатели, пескопроявление, гравийные фильтры, песчаные фильтры, депрессия, забойное давление
Keywords: dynamic indicators, sand manifestation, gravel filters, sand filters, depression, bottom-hole pressure
«Данная статья выполнена в рамках курса «Цифровые технологии управления месторождением»»
Введение
В настоящее время основная часть залежей углеводородов сосредоточена на территории Сибири и Крайнего Севера. Процессы в пласте в условиях высоко отрицательных температурпривели к образованию горизонтов высоко расчлененныхпород с высокой вязкостью нефти.
Высокие концентрации углеводородов наблюдаются в месторождениях слабосцементированных и неконсолидированных коллекторов. Как правило, они характерны для неогенных отложений Сибири и Крайнего Севера.
При добыче полезных ископаемых в неконсолидированных коллекторах специалисты сталкиваются с рядом трудностей, в основном проявляемых в выносе песка.
Пескопроявление при добыче нефти носит негативный характер -происходит образование каверн, а также в ряде случаев наблюдается полное обрушение кровельной зоны с порчей эксплуатационной колонны.
К основным причинам и факторам данного явления относятся:
• Слабосцементированный коллектор;
• Увеличение вязкости пластового флюида;
• Присутствие загрязнителей в призабойной зоне;
• Величина депрессии;
• Характер движения флюидных частиц и т.д [1].
В литературе накоплен значительный материал по решению проблем с пескопроявлением на скважинах. В своем большинстве он связан с применением механических и химических средств, а также оборудованием скважин различными датчиками. В связи с этим особо актуально рассмотреть указанные выше методы контроля за выносом частиц и провести сравнение наиболее распространенных - химических и механических.
Согласно данным эксплуатации маломощных пластов, которые сложены малопроницательными породами, при их разработке целесообразно применять различные технико-технологические решения, направленные на очистку поступающего в скважину песка и прогнозирование отрицательного влияния на задействованное оборудование [2].
В работе [3] отмечается, что в условиях значительного истощения коллектора экономически целесообразно не предпринимать никаких действий и продолжать работу скважины до остановки притока. целесообразней применять методы борьбы с пескопроявлениями, в основе которых лежит предотвращение поступления песка в скважину. В рамках данной работы
будут рассмотрены химические и механические способы, а также интеллектуальные скважины.
Механические методы применяются в коллекторах, которые имеют слабые показатели по выносу песка [2], и основываются на использовании противопесочных фильтров.
Выделяют блочные (однослойные, многослойные, щелевые, набивные), выполненные из различных материалов, гравийные (намывные, набивные и т.д.), проволочные, сетчатые и другие [4].
По конструкции блочные фильтры представляют собой трубы с отверстиями и намотанной проволокой. Увеличение эффективности фильтров происходит за счет изменения диаметров щелей или за счет увеличения числа слоев фильтра.
Главным недостатком фильтров является относительно быстрое зашламление их отверстий, в связи с чем происходит остановка скважины на плановую замену фильтровальной системы.
Перспективным является использование проволочных и гравийных фильтров. В работе [5] авторы рассматривают вопросы выноса частиц песчаника на Анастасиевско-Троицком месторождении в Краснодарском крае, где отмечают эффективность последовательной установки песчанно-гравийного (8-12 мм) и противопесочного проволочного фильтра.
Конструкция проволочного фильтра предполагает наличие специальных несущих профилей, к которым прикрепляется проволока. В результате происходит снижение перепада давления над фильтром, выход в турбулентный режим при небольших скоростях жидкости и, как следствие, сокращение количества выносимого песка.
Исследованию эффективности гравийных фильтров в борьбе с пескопроявлением посвящено много работ [6-11].
Гравийные набивки формируются в результате заполнения затрубного пространства в интервале залегания продуктивного пласта. В работе [12] отмечают перспективность их использования совместно с гидравлическим разрывом пласта. Данная технология получила название «frac pack». Но использовать ее повсеместно нельзя - необходимо соответствие фильтра характеристикам пласта.
Для увеличения эффективности работы скважин, помимо механических методов контроля над пескопроявлением, известны варианты химического закрепления.
Методы химического закрепления по сравнению с технологией противопесочной фильтрации представляют собой принципиально иной
способ решения проблемы выноса песка, целью которого является создание долговечных и стойких в условиях эксплуатации пород-коллекторов.
Некоторые исследователи отмечают эффективность закачки недорогого полимерного состава на основе карбамидоформальдегидных, ацетонформальдегидных [13], кремнийорганических смол [14], однако использование подобных составов приводит к затратам на введение отвердителей, небольшой механической прочности, а также увеличению стоимости ремонтных работ [2]. Кроме того, в составе ацетонформальдегидных смол присутствуют концентрированные кислоты, ограничивающие его применение, и алюминиевая пудра, плохое диспергирование которой может привести к образованию непроницаемого экрана. Ввиду этого встала необходимость усовершенствовать полимерные композиции. Так, добавки полиорганосилоксана в кремнийорганический состав приводит к образованию внутрипластового полимерного фильтра, характеризующегося высокой механической прочностью (до 6 мПа) и проницаемостью по нефти (80-85% от начальной) [15].
На поздней стадии разработки скважины с применением методов заводнения для увеличения добычи нефти в песчано-глинистых коллекторах, когда на вышеуказанные полимерные системы оказывают негативное влияние минерализация пластовых вод и пластовая температура, применяются полимерно-гелевые системы (например, Темпоскрин-Люкс [16].
Наблюдение за проявлением песка позволяет своевременно принять соответствующие меры и предотвратить образование проблем в целостности системы (к примеру, вызванных эрозией труб) в случае увеличения дебита выносимого песка.
Несмотря на правильное функционирование скважинного оборудования для контроля песка, попадание мелких частиц в устройства со временем приводит к остановке наземных объектов, в частности, насосов. Чтобы сократить время простоя, некоторые операторы вводят целостную систему управления песком, которая включает мониторинг поверхности песка в реальном времени на основании данных о давлении и температуры.
В последнее время эффективным способом контроля, а, следовательно, и предотвращения выноса песка наружу, является оборудование скважин клапанами, глубинными датчиками, то есть создание интеллектуальных скважин.
Понятие интеллектуальной или умной скважины впервые было введено В.В. Кульчицким, создавшим в СССР технологию проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин, оснащенных отечественными
бескабельными забойными телеметрическими системами с электромагнитным каналом связи.
Впервые в мире интеллектуальная скважина была пробурена в 1997 году на месторожденииSnorre (Норвегия) с целью увеличения темпа отбора в условиях режима истощения залежи [17].
Первая отечественная интеллектуальная скважина появилась в 2009 году на Пильстун-Астохском месторождении на морской платформе «Пильтун-Астохская-Б» проекта «Сахалин-2.
Для оснащения скважин выделяют глубинное и устьевое оборудование. Одновременное их использование приводит не только к предотвращению потерь углеводородов при добыче, но и к повышению эффективности контроля работы скважины.
В научном труде Бабазаде Э.М. «Роль интеллектуальных скважин в осуществлении контроля над пескопроявлением» [18] показано, что при наличии в скважине технологии песчаных фильтров необходимо осуществлять постоянный контроль за несколькими факторами -максимальной депрессии, при превышении которой может произойти слом фильтра. В таких условиях ключевую роль играет правильное определение условий на забое скважины, а именно - забойного давления.
Подсчёт забойного давления в условиях потока газожидкостных смесей является очень сложным и зачастую не удаётся добиться нужной точности. Поэтому установка погружных глубинных датчиков давления и температуры (ПГДДТ) - одной из технологий интеллектуальных скважин - играет важную роль.
Интерес вызывает расстановка датчиков в интеллектуальных скважинах. Комбинация датчиков ПГДДТ на забое, и акустических сенсоров на устье скважины, является оптимальным выбором в качестве стратегии наблюдения и контроля над песком, что подтверждается графиком на рисунке 1.
1Г5
Рис. 1. Поступенчатое увеличение депрессии [18]
Помимо датчиков температур и давления началось использование постоянных скважинных многофазных расходометров, электродов, обеспечивающих сканирование продуктивного пласта на удалении от стенок скважин. Все эти устройства соединены с центрами управления, что позволяет практически мгновенно реагировать на изменение условий, а также осуществлять прогноз пескопроявления.
Методы исследования Исследование методов контроля за пескопроявлением было применено для Ванкорского месторождения (Красноярский край). Для определения размера частиц породы был осуществлен гранулометрический анализ в соответствии с ГОСТ 12536-79. Для долганской свиты результаты определения гранулометрического состава пород были получены по восьми скважинам, а для насоновской свиты — по одной. Было проведено сравнение трех различных методов контроля за пескопроявлением, основанных на использовании
1. полимерных фильтров (кремнийорганическая смола К'(СИ2)п81(ОК)3, где ^ -органофункциональная группа, а OR - гидролизуемая алкоксигруппа),
2. системы гравия с полимерным покрытием,
3. гравийного фильтра, представленных в таблице 1.
Таблица 1. Методы контроля песка
Критерий Кремнийорганическая смола Гравий с полимерным покрытием без сит Гравийная набивка
Давление Менее 3300 2500-3300 Более 1000
(фунт/кВ.дюйм)
Температура (°Б) Менее 250 Менее 250 Более 150
Процент контроля 10 5 75
песка (%)
Результаты и обсуждение Исходя из 82 проб керна из восьми скважин долганской свиты и 14 проб керна из одной скважины насоновской свиты были получены распределения частиц по весу.
На рисунке 2 показаны осредненные кривые распределения частиц для каждой из свит. Отмечается существенная дисперсия распределения частиц по размерам, а также отсутствие корреляции гранулометрического состава с глубиной. С целью максимизации притока воды со скважин перфорируется
весь интервал водонасыщенного коллектора в насоновской и долганской свитах.
В период вывода скважины на режимные параметры анализ концентрации взвешенных частиц (КВЧ) в лабораторных пробах показал, что содержание механических примесей достигает 50000 мг/л.
На основании гранулометрического анализа керна были выбраны три типа фильтров: кремнийорганическая смола, гравийная набивка и гравийный фильтр с полимерным покрытием без сит, а также проведено их сравнение.
В таблице 2 мы представили всестороннюю оценку плюсов и минусов различных методов контроля песка.
Таблица 2. Сравнение различных методов контроля песка
Кремнийорганическая Гравий с полимерным Гравийная набивка
смола покрытием без сит
Преимущества Нет необходимости в Предполагает Низкая просадка и
использовании сит экономичные методы контроля песка высокая производительность
Гравийная набивка Долговечность
охватывает большую
площадь
Малые
экономические
затраты
Недостатки Ограниченная высота Возможны падения Трудность в
зоны давления исключении воды/газа
Короткий срок службы Эрозия Требуются специальные
жидкости для бурения
Температурная чувствительность (до 250°F) Уменьшается производительность скважины
Заключение
Анализ механических и химических методов предотвращения выноса песка при работе скважин показал, что выбор того или иного способа в первую очередь зависит от свойств коллектора и экономической целесообразности.
При сравнении различных методов контроля за пескопроявлением был сделан вывод, что гравийный фильтр является наиболее подходящим для этих целей. Однако его использование полностью оправдано в условиях умеренного выноса песка.
Активное внедрение химического закрепления в настоящее время сдерживается ввиду отсутствия составов, способных создавать прочные сцепления. Поэтому одним из актуальных направлений научно-исследовательских работ может стать решение данной проблемы.
«Данная статья выполнена в рамках курса «Цифровые технологии управления месторождением»»
Литература
1. Попов П.И. Ликвидация пескопроявлений - технология вывода скважин из бездействия // Совещание по рассмотрению результативности геолого-технических мероприятий (ГТМ) на фонде скважин ОАО «Газпром» // ООО «Нефтегазтехнология». - Кисловодск, 02-06 апреля 2012 г. Режим доступа:кйр://^.ги/Ликвидация°/о20пескопроявлений^£
2. Михайлов А.Г., Волгин В.А., Ягудин Р.А., Стрижнев В.А. «Комплексная защита скважинного оборудования при пескопроявлении в ООО «РН-Пурнефтегаз» // Журнал «Территория НЕФТЕГАЗ». - М.: Издательство ЗАО «Камелот Паблишинг», 2010. - № 12. - С. 84-89
3. Рики Дж. Арментор, Майкл Р. Уайз и др. Предотвращение выноса песка из добывающих скважин// Нефтегазовое обозрение. - 2007. - № 4. - С. 4 - 17
4. Зотов Г.А., Динков А.В., Черных В.А. Эксплуатация скважин в неустойчивых коллекторах. - М.: Недра, 1987, с. 172
5. Бондаренко В.А., Климовец В.Н., Щетников В.И., Сухляев А.О., Долгов С.В., Шостак А.В. Опыт борьбы с пескопроявлениями при эксплуатации скважин Анастасиевско-Троицкого месторождения Краснодарского края
// Научно-технический журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». 2013. № 6. с. 17-21
6. Y. Xiong,H. Xu,Y. Wang, W. Zhou, C. Liu, L. Wang. Fluid flow with compaction and sand production in unconsolidated sandstone reservoir // Petroleum. 2018.- V.4. -Is. 3.- p. 358-363
7. Экономидес М., Олини Р., Валко П. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта: от теории к практике. - Москва - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2007. - 236 с.
8. Wedman M. L., Lynch, Spearman J. W.. Hydraulic Fracturing for Sand Control in Unconsolidated Heavy-Oil Reservoirs. SPE //BP Exploration. 1999. p. 12.
9. Bahamon J. I., Garcia C., Ulloa M. J., Leal J.. Successful Implementation of Hydraulic Fracturing Techniques in High Permeability Heavy Oil Wells in the Llanos Basin-Colombia.// SPE, Ecopetrol, Weatherford. 2015.p. 13.
10. Махниченко А.С., Сизов Р.А., Сизов Н.П. Влияние правильного подбора гравийных фильтров в нефтяной скважине на эффективность отбора флюида // Актуальные проблемы современной когнитивной науки. -сборник статей. - 2020. - с.33-36
11. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Исследование методов и технологий управления осложнениями, обусловленных пескопроявлениями // Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельная статья (специальный выпуск). 2014. № 5. 28 с.
12. Mariano Sanchez, Ray Tibbles Frac packing: fracturing for sand control//Middle East and Asia Reservoir Review. - 2007. - № 8. - С. 36 - 49
13. Магадова Л.А., Ефимов Н.Н., Губанов В.Б., Нескин В.А., Трофимова М.В. Разработка композиции для крепления призабойной зоны пласта в скважинах подземных хранилищ газа // Журнал «Территория НЕФТЕГАЗ». - М.: Издательство ЗАО «Камелот Паблишинг», 2012. - № 5. - С. 63-67.
14. Силин М.А., Ефимов Н.Н., Магадова Л.А., Нескин В.А., Мышенков И.В. Разработка и внедрение кремнийорганического полимерного состава для ликвидации выноса песка в скважинах ПХГ // Материалы VIII Всероссийской научнопрактической конференции НЕФТЕПРОМЫСЛОВАЯ ХИМИЯ 27-28 июня 2013 года // Москва // Июнь - 2013 г
15. Цицорин А.И., Демьяновский В.Б., Каушанский Д.А. Химические методы ограничения выноса песка в нефтяных и газовых скважинах // /Электронный научный журнал Георесурсы. Геоэнергетика. Геополитики. - 2014. - №2. - 8 с. (16)
16. Каушанский Д.А., Демьяновский В.Б., Бакиров Н.Р., Еременк В.Б. Тестирование полимерно-гелевых систем "темпоскрин-плюс впп" и "темпоскрин-люкс" в условиях применения высокоминерализованных агентов закачки при высоких температурах пласта // Нефтепромысловое дело. - 2020. -Т. 2 (614). - с. 32-37
17. Ерёмин Н.А. Современная разработка месторождений нефти и газа. Умная скважина. Интеллектуальный промысел. Виртуальная компания: Учеб. пособие для вузов. - М.: 00 .Недра-Биэнесцентрь, 2008
18. Бабазаде Э.М. Роль интеллектуальных скважин в осуществлении контроля над пескопроявлением // PROCEEDINGS. -Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. 2011. С. 39- 43.
References
1. Popov P.I. Elimination of Sand Events - Technology of Withdrawal of Wells from Inactivity//Meeting on Consideration of Geological and Technical Measures Performance (GTM) at the Well Fund of OAO Gazprom//LLC Oil and Gas tecnology. - Kislovodsk, April 02-06, 2012
2. Mikhaylov A.G., Volgin V. A., Yagudin R.A., Strizhnev V. A. "Complex protection of the borehole equipment at a peskoproyavleniye in LLC RN-Purneftegaz//the Territoriya NEFTEGAZ Magazine. - M.: CJSC Camelot Publishing publishing house. - 2010. - No. 12. - p. 84-89
3. Ricky J. Armenter, Michael R. Wise, et al. Prevention of sand removal from production wells//Oil and gas review. - 2007. - № 4. - С. 4 - 17
4. Zotov G.A., Dinkov A.V., Cherny V.A. Operation of wells in unstable reservoirs. - M.: Nedra. -1987. - p. 172
5. Bondarenko V.A., Klimovets V.N., Chestnikov V.I., Sukhlyaev A.O., Dolgov
5.V., Shostak A.V. Experience of combating sand phenomena during operation of wells of Anastasiev-Troitsky field of Krasnodar Territory//Scientific and technical journal "Construction of oil and gas wells on land and gas." 2013. №
6. c. 17-21
6. Y. Xiong,H. Xu,Y. Wang, W. Zhou, C. Liu, L. Wang. Fluid flow with compaction and sand production in unconsolidated sandstone reservoir // Petroleum. 2018.- V.4. -Is. 3.- p. 358-363
7. Economides M., Olini R., Valko P. Unified hydraulic fracturing design: from theory to practice. - Moscow - Izhevsk: Institute of Computer Research, 2007. - 236 p.
8. Wedman M. L., Lynch, Spearman J. W.. Hydraulic Fracturing for Sand Control in Unconsolidated Heavy-Oil Reservoirs. SPE //BP Exploration. -1999. -p. 12.
9. Bahamon J. I., Garcia C., Ulloa M. J., Leal J.. Successful Implementation of Hydraulic Fracturing Techniques in High Permeability Heavy Oil Wells in the Llanos Basin-Colombia.// SPE, Ecopetrol, Weatherford. -2015.-p. 13.
10. Makhnickenko A.S., Sisov R.A., Sisov N.P. The influence of the correct selection of gravel filters in the oil well on the efficiency of fluid extraction//Topical problems of modern cognitive science. - collection of articles. - 2020. - p.33-36
11. Bondarenko V.A., Savenok O.V. Study of methods and technologies of management of complications caused by sand events//Mountain information-analytical bulletin (scientific and technical journal). Separate article (special issue). 2014. - № 5.- p. 28.
12. Mariano Sanchez, Ray Tibbles Frac packing: fracturing for sand control//Middle East and Asia Reservoir Review. - 2007. - № 8. - C. 36 - 49
13. Magadova L.A., Yefimov N.N., Gubanov V.B., Neskin V. A., Trofimova M.V. Development of composition for fastening of a bottomhole zone of layer in wells of underground gas storages//the Territoriya NEFTEGAZ Magazine. -M.: CJSC Camelot Publishing publishing house. - 2012. - No. 5. - p. 63-67.
14. Silin M.A., Efimov N. N., Magadova L.A., Neskin V.A., Myshenkov I.V. Development and Introduction of Organosilicon Polymer Composition for Elimination of Sand Removal in Wells of PCG//Materials of VIII All-Russian Scientific 27-28 Conference . -2013
15. Tsizorin A.I., Demyanovsky V.B., Kaushanskiy D.A. Chemical methods of limiting sand removal in oil and gas wells///Electronic scientific journal Georesoursa. Geopower. Geopolitical. - 2014. - № 2. - 8 p.
16. Kaushanskiy D.A., Demyanovsky V.B., Bakirov N.R., Erenk V.B. Testing of polymer-gel systems "temposkrin-plus runway" and "temposkrin-lux" in conditions of application of highly mineralized injection agents at high formation temperatures//Oil field business. - 2020. -T. 2. - p. 32-37
17. Eryomin N.A. Modern development of oil and gas deposits. Smart well. Intellectual trade. Virtual company: Study manual for universities. - Moscow: 00. Nedra-Biescentre.- 2008
18. Babazade E.M. The role of intelligent wells in the control of sand development//PROCEEDINGS. - Development and operation of oil and gas fields. - 2011. - p. 39 - 43.
