Проектирование и строительство скважин с БОВ на Семаковском месторождении
Вступление
ООО «РусГазАльянс» (совместное предприятие ПАО «Газпром» и АО «РусГазДобыча») совместно с ООО “РусГазБурение” успешно завершили строительство самой протяженной (для материковой части Российской Федерации) скважины с большим отходом от вертикали (БОВ, ERD wells) на Сеноманские залежи.
Окончательный забой скважины № A08 Семаковского месторождения составил 3 663 м при глубине по вертикали 879 м и отходе от вертикали 3045 м.
Компания ООО “РусГазБурение” (Генеральный подрядчик по строительству скважин) осуществила работы по бурению рекордной скважины, с привлечением самых современных технологий ведущих российских и мировых сервисных нефтегазовых компаний. Слаженная совместная работа специалистов Заказчика, Генерального подрядчика и субподрядных организаций показала не только выдающиеся успешные результаты в области применения новых технологий при строительстве скважин, но и отличные показатели в области безопасности и охраны труда. Также нужно отметить, что особое внимание ООО «РусГазАльянс» и ООО “РусГазБурение” уделялось вопросам сохранения окружающей среды, что немаловажно, учитывая географическое расположение проводимых работ – в акватории Тазовской губы в непосредственной близости от шельфа Карского моря, обилием заливов, рек и озёр. Ведение производственной деятельности связано с повышенными требованиями в области экологической и промышленной безопасности, сложной ледовой и геокриологической обстановкой, охраной мест традиционного хозяйствования коренного населения, мест обитания редких и исчезающих видов растений и животных.
Технологии, использованные при строительстве скважин Семаковского месторождения, могут успешно применяться для разработки северных и арктических месторождений, в том числе запасов Парусового, Северо-Парусового месторождений на Тазовском полуострове в ЯНАО, что является стратегической задачей для газовой отрасли РФ.
О Проекте
Семаковское месторождение административно находится на территории Тазовского и Надымского районов Ямало-Ненецкого автономного округа и в акватории Тазовской губы Карского моря. Месторождение открыто в 1971 году. Промышленная газоносность Семаковского месторождения связана с сеноманскими отложениями.
Лицензия на право разведки, добычи углеводородного сырья в пределах Семаковского участка принадлежит ООО «РусГазАльянс».
В 2008 году в морской части месторождения были пробурены три скважины. В 2009 году в акватории Тазовской губы были пробурены еще три скважины. Районным центром является поселок Тазовский, расположенный к югу от Семаковского месторождения на расстоянии 220 км.
Экономически район не развит, ближайшим населенным пунктом является поселок Антипаюта, расположенный на противоположном берегу Тазовской губы, от которого месторождение удалено на 50 км по прямой. Город Новый Уренгой и п. Ямбург находятся в 320 км южнее и 80 км юго-западнее, соответственно.
Доставка оборудования, материалов и грузов осуществляется по железной дороге г. Новый Уренгой – ст. Ямбург, а также по автомобильной дороге от г. Новый Уренгой до порта Ямбург. Условия для перевозки грузов и бурового оборудования в район месторождения сложные. Дорог в районе нет, поэтому основной объем грузоперевозок осуществляется в зимнее время по специально проложенным временным дорогам (зимникам). Срок действия зимников – с декабря по май. Строительство их сопряжено с устройством переправ через водные преграды (реки и протоки) и заболоченные участки. Летом грузы могут доставляться на площадь работ водным транспортом. Период навигации по ним – с июля по сентябрь. Кроме того, для грузоперевозок и доставки людей используется авиация.
Ближайшими месторождениями являются Северо-Парусовое нефтегазоконденсатное месторождение, расположенное на юго-западе на расстоянии 10 км, и Тота-Яхинское газовое месторождение, находящееся к северу на расстоянии 30 км.
Ближайшее разрабатываемое месторождение — Ямбургское нефтегазоконденсатное месторождение, расположенное к югу на расстоянии 60 км. Транспортировка газа с Ямбургского НГКМ осуществляется по системе магистральных газопроводов Ямбург-Центр, а для транспорта конденсата построен конденсатопровод Ямбург — Уренгой.
Разбуривание Семаковского месторождения — уникальный проект, реализуемый в условиях отдаленных территорий и отсутствия инфраструктуры.
В рамках проекта компания должна сдать заказчику ООО «РусГазАльянс» — 19 эксплуатационных скважин в 2022 году с большим отходом от вертикали с максимальной протяжённостью скважины до 4400 метров под акваторию Тазовской губы. Строительство скважин ведется на пласт ПК-1 (сеноманская залежь).
По итогам строительства 13 скважин суммарная проходка составляет более 34 758 м, при средней коммерческой скорости 2384 м/станко-мес. Максимально достигнутая коммерческая скорость составила 3525 м/станко-мес на скважине №A04.
В проекте задействовано самое высокотехнологичное оборудование бурового подрядчика ООО «Газпром бурение», используемое при строительстве скважин, в том числе, буровые установки ZJ-50 DBS, а ZJ-70 эшелонного типа, оснащенные верхними силовыми приводами, тремя буровыми насосами, четырехступенчатыми системами очистки, роботизированными ключами и компьютеризированными системами контроля процесса бурения.
Для повышения эффективности бурения и сохранения коллекторских свойств пласта на Семаковском месторождении, на этапе предпроектной проработки была организована унифицированная система проверки технологических решений сервисных подрядных организаций на предмет соответствия требованиям операционной эффективности бурения, безопасном строительстве скважины, сохранения исходных фильтрационно-емкостных свойств пласта и обоснования системы заканчивания:
1. Разработана методика безопасного замещения раствора на углеводородной основе (РУО) на жидкость заканчивания на основе результатов лабораторных исследований на керновом материале Семаковского месторождения в соответствии
2. На этапе предпроектной подготовки совместно с технологическими подрядчиками разработаны рекомендации по улучшению технологических параметров системы очистки на БУ ZJ-50 Семаковского месторождения, разработана эффективная система расположения, хранения и использования жидкостей в емкостном парке путем визуализации использования емкостей на каждом промежуточном этапе строительства скважины.
3. Для оценки и предупреждения технологических рисков на проекте в аспекте растворной программы была организована программа лабораторных исследований бурового раствора, включающая
в себя:
a. Определение основных параметров технологических жидкостей
b. Определение кинетики растворения заглушек в устройствах контроля притока и скважинных фильтрах прямой намотки
c. Определения температуры кристаллизации рассолов и брейкерных составов
d. Проведения X-Clean теста с базовым РУО по стандарту подрядчика
e. Совместимость отмывающего буфера с брейкерными составами и РУО
f. Определения проницаемости фильтроэлемента в разных средах
g. Оценка коррозионной активности жилкостей к элементам компоновки заканчивания
h. Тест на совместимость жидкости заканчивания и продуктов растворения с породами ПК-1 в части вторичного эмульгирования
4. Для оценки и предупреждения технологических рисков на проекте в аспекте цементирования скважин программы была организована программа лабораторного тестирования цементных растворов, включающая в себя тесты для цемента, используемого при креплении ОК различного диаметра (направление, кондуктор, эксплуатационная колонна). Ключевой особенностью данных исследований являлось использование API стандартов крепления скважин в арктических условиях, разработана система чек-листов проверки состояния цементировочного флота перед каждой операцией, а также программа лабораторной экспресс оценки качества заготавливаемого цемента при различных температурах окружающей среды.
5. Конструкция скважины оборудована премиальными системами нижнего и верхнего заканчивания, которая включает в себя следующие типы дизайна:
Нижнее заканчивание:
Дизайн скважин №1:
a. Премиальные фильтра прямой намотки с растворимыми заглушками на перфорированной базовой трубе
Дизайн скважин №2:
a. Премиальные фильтра прямой намотки с растворимыми заглушками на премиум портах устройства контроля притока (УКП)
b. Разбухающие пакера для изоляции горизонтов в открытом стволе
Верхнее заканчивание:
Внутрискважинные системы мониторинга давления и температуры до забоя скважины
6. Для оценки и предупреждения технологических рисков на проекте в аспекте подтверждения рабочего дебита и оценки эффективности системы заканчивания была разработана программа с описанием перечня и последовательности проведения инженерных расчетов, в том числе узлового анализа (Nodal Analysis), позволяющего обосновать безопасную безгидратную эксплуатацию скважины, совместимость фонтанной арматуры с внутрискважинной системой мониторинга, а также расчеты вычислительно гидродинамики (CFD) для скважин дизайна №2 с учетом потерь давления в микрозатрубе для обоснования проектного дебита скважин.
Для повышения эффективности бурения и сохранения коллекторских свойств пласта на Семаковском месторождении применяется система бурового раствора на углеводородной основе (РУО) в совокупности с высокотехнологичным оборудованием для бурения — роторная управляющая система (РУС) и приборы каротажа в процессе бурения (LWD), позволяющие соблюдать оптимальные параметры бурения и получать качественные геофизические данные в режиме реального времени, благодаря чему осуществляется геонавигационное сопровождение с целью увеличения проводки скважины по наиболее продуктивной части пласта-коллектора.
Семаковское месторождение расположено в водоохранной зоне, что требует максимального уровня организации процесса бурения в соответствии с требованиями природоохранного законодательства РФ. В связи с этим на месторождении используется технология безамбарного бурения и утилизации бурового шлама. Буровой шлам проходит процедуру осушки с применением УМОШ, позволяющей максимально снизить влажность бурового шлама.
Принципиально важным для компании является обеспечение высокого уровня промышленной и экологической безопасности в целях сохранения уникальной среды. В компании внедрены и сертифицированы системы менеджмента качества, безопасности труда и охраны здоровья, экологического менеджмента на соответствие требованиям международных стандартов ISO 9001:2015, BS OHSAS 18001:2007 и ISO 14001:2015
О скважинах ERD
Геологическое строение месторождения определило и систему разработки – так как основные запасы месторождения находятся в шельфе Тазовской губы, кустовые площадки располагаются вдоль береговой линии, а скважины уходят далеко под акваторию. После того как были пробурены относительно простые скважины подошел черед строительства скважин с большим отходом от вертикали. Экономико-технический анализ показал, что строительство скважин с большим отходом от вертикали является наиболее экономически и экологически эффективным решением, позволяющим получить доступ к удаленным коллекторам Семаковского месторождения.
Под экономической эффективностью подразумевается оптимизация инвестиций в развитие инфраструктуры, необходимой для разработки месторождения, с целью увеличения прибыли.
Скважины с БОВ (в мировой классификации – ERD wells: Extended Reach Drilling) – скважины с большим отходом от вертикали, имеющие соотношение отхода к вертикали более 2:1. Характерными особенностями при строительстве такого типа
• высокие механические нагрузки – повышенные осевые нагрузки и зачастую избыточный крутящий момент из-за высоких значений коэффициента трения вследствие большой протяжённости сильнонаклоненной части ствола скважины;
• высокие гидравлические нагрузки – затрубное давление (ЭЦП) кратно выше по сравнению даже с горизонтальными скважинами меньшего смещения забоя от вертикали, не говоря уже о вертикальных скважинах (даже глубоких);
• затруднённая очистка ствола скважины от выбуренной породы, особенно при конструкции скважин с высоким значением PHAR (pipe-hole area ratio) – чем выше PHAR, тем сложнее очистка от шлама;
• сложности с дохождением обсадных колонн и хвостовиков – высокие коэффициенты трения и недостаточный вес верхней части для снижения усилия «проталкивания» колонн;
• проблемы устойчивости стенок ствола скважины и узкое «окно буримости» по плотности бурового раствора (mud weight window);
• проблемы с доведением нагрузки при бурении, а также при заключительных операциях, например создание необходимой нагрузки при подвеске хвостовиков;
• кроме этого, из-за большой удалённости целей возникают дополнительные геологические неопределённости в структурах, неоднородных по напластованию и простиранию.
Скважина с БОВ – это не просто более сложная наклонно-направленная скважина. Основой для успеха при строительстве таких скважин является: использование передовых технологий, профессионализм сотрудников, правильная организация процессов и налаженная коммуникация между различными сторонами — участниками проекта. Именно поэтому подготовка к рекордным скважинам началась задолго до начала бурения. Проектирование скважин осуществлялось с привлечением компании ООО «РусГазБурение» как Генерального подрядчика по строительству скважин, и с привлечением профильных специалистов сервисных компаний, специализирующихся на бурении скважин с БОВ. На этапе проектирования учитывались и анализировались различные критерии и факторы – проектные конструкция и траектория скважины (в том числе первая секция набора параметров кривизны и разворот траектории), правильный подбор бурильного инструмента, бурового наземного оборудования, стабильность стенок ствола скважины, решение проблем с очисткой ствола скважины — выносом бурового шлама на поверхность, мониторинг параметров бурения и эквивалентной циркуляционной плотности бурового раствора в режиме реального времени, а также технологии спуска и цементирования обсадных колонн и крепление фильтр-хвостовиков. До начала бурения скважин были учтены изменения геологических данных и своевременно внесены корректировки в проект. При этом особое внимание было уделено оценке операционных рисков и подготовке плана действий на случай чрезвычайных ситуаций.
О рекордной скважине
При строительстве скважин на Семаковском месторождении применяется геомеханическое сопровождение бурения с построением и обновлением модели по каждой скважине. На проекте были применены ключевые технологии наклонно-направленного бурения, растворов и долот, технологий крепления скважины при тесном взаимодействии с инженерами-геомеханиками и геонавигаторами, а также с буровым подрядчиком.
Так, 10.03.2021 закончено строительство уникальной высокотехнологичной скважины №A08 Семаковского газоконденсатного месторождения. Скважина имеет проектный забой 3 663 м при глубине по вертикали 879 м и отходе от вертикали 3045 м. На сегодняшний день это самая протяженная ЕRD (Extended reach drilling) скважина по подобной конструкции на сеноманские отложения в Российской Федерации (соотношение отхода к вертикали — коэффициент ERD 3,46). Предыдущий рекорд был зафиксирован в 2015 году на Юрхаровском месторождении, где ООО «Газпром бурение» осуществило строительство скважины «под ключ» на сеноманские отложения с коэффициентом ERD – 2.28 (протяженность по стволу 3168 м, отход 2483 м при вертикали 1090 м).
Достижение данного результата открывает новые перспективы для освоения запасов углеводородов на Семаковском газовом месторождении под акваторией Тазовской губы.
В современных условиях развития нефтегазового сектора экономики ООО «РусГазБурение» совместно с ООО «Газпром бурение» остаются одними из крупнейших буровых предприятий страны, осуществляющих управление интегрированными проектами по строительству скважин на суше и на шельфе. Сегодняшний день для компаний – это время динамичного развития, новых амбициозных задач и дальнейшего закрепления на рынке буровых работ.
Компании направляют инвестиционные ресурсы на дальнейшее развитие и рост производственно-технологических активов.
Геомеханическое сопровождение
Прежде чем приступить к разработке проекта, особое внимание было уделено оценке рисков и определению путей и решений их предупреждения.
Как уже было отмечено, устойчивость ствола скважин с большим отходом представляла серьезную проблему при бурении, в особенности при бурении с высокими зенитными углами через глинистые интервалы. В условиях Семаковского месторождения дополнительно существуют специфические проблемы, связанные с устойчивостью ствола:
• Истощение продуктивных пластов и снижение пластового давления, которые способствуют снижению давления гидроразрыва и поглощения бурового раствора;
• Наличие нестабильных глинистых интервалов, в особенности интервала «шоколадных глин».
Наличие одновременно обеих особенностей существенно сузило безопасное окно бурового раствора и сделало существенным (с точки зрения устойчивости стенок) изменение плотности бурового раствора.
Одним из ключевых решений стало использование геомеханики перед бурением и в реальном времени. Геомеханическая модель на этапе планирования позволила определить «трудные» интервалы и безопасные границы эквивалентной циркуляционной плотности, на основании которых осуществлялся выбор решений и технологий. Для получения наиболее точных значений безопасных границ эквивалентной циркуляционной плотности геомеханическая модель обновлялась на основании каротажей, осуществляемых приборами геофизических исследований (ГИС). На основании данных замера эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП) датчика забойного давления выбирались режимы бурения, обеспечивающие соблюдение установленных безопасных лимитов. Для обеспечения безаварийности проводки интервала была специально подобрана рецептура бурового раствора, обеспечивающая приемлемые значения ЭЦП и низкие коэффициенты трения. На основании полученных результатов моделирования подбирались режимы бурения и промывок, скорость СПО и прямых/обратных проработок, а также скорости спуска обсадных колонн и хвостовиков.
В целях безаварийного бурения на этапе предбурового моделирования были получены модели механических свойств (ММС) и произведен расчет устойчивости стенок скважины (РУСС).
Основной целью расчета устойчивого состояния ствола скважины для плановой траектории является определение границ эквивалентной плотности бурового раствора, знание которых позволяет избежать проблем с устойчивостью ствола скважины. В ходе этого исследования производится расчёт градиента разрыва пород, градиента обрушения, расчёт и калибровка упругих свойств пород в околоскважинном пространстве и расчёт устойчивости стенок скважин с целью определения безопасного окна удельного веса бурового раствора, определения рисков, связанных с нестабильностью ствола скважины.
Уникальный набор технологий при строительстве скважин
Еще на стадии планирования особое внимание было уделено выбору правильной технологии бурения. Методы, использованные для разработки системы бурения на Семаковском месторождении, были основаны на тщательном и детальном планировании, моделировании скважинных и наземных условий и оценке результатов сочетания различных технологий. Использование системы бурения для получения эффективных результатов нельзя недооценить, поскольку многие операционные условия, такие как стабильность ствола скважины, не позволяют использовать метод проб и ошибок, т.к. в случае негативных воздействий результаты будут влиять на достижение целей строительства секций и в отдельных случаях скважины в целом.
КНБК
В настоящее время предлагаемые роторные управляемые системы (РУС) являются оптимальным вариантом для бурения скважин БОВ, так как они обеспечивают направленное бурение при непрерывном вращении бурильной колонны, т.е. создают условия для эффективного выноса шлама, что позволяет минимизировать риски прихвата КНБК.
Роторная управляемая система позволяет управлять отклонением ствола в трехмерном пространстве во время вращения бурильной колонны.
Для достижения наилучших показателей эффективности бурения, контроля режимов бурения в режиме реального времени и получения данных для проводки скважины были использованы ключевые технологии наклонно-направленного бурения и измерений в процессе бурения, включая широкополосный акустический каротаж, высокоскоростную телеметрию, многофункциональные приборы каротажа нейтронной пористости, плотности, имиджей сопротивлений картиграф границ, в сочетании с роторными управляемыми системами и долотами PDC.
Достигнутые результаты при строительстве эксплуатационных скважин на Семаковском месторождении открывают новые перспективы для строительства скважин с береговой линии для освоения залежей углеводородов под акваторией Тазовской губы, а технологии, использованные при строительстве скважин на Семаковском месторождении, могут успешно применяться для разработки северных и арктических месторождений.
Но мы не ограничиваемся достигнутыми результатами, уже сейчас специалисты ООО «РусГазБурение» и ООО «РусГазАльянс» приступили к проведению оценочной работы над второй фазой строительства скважин на Семаковском месторождении, где планируется бурение более сложных ERD скважин cпротяженностью 7000 м (коэффициент ERD составит более – 7.3). Системный подход к реализации проекта показал свою высокую эффективность на всех его стадиях. На текущий момент создана рабочая группа, которая проводит техническую оценку и выбор технологий, занимается мониторингом рынка на предмет самых передовых технологий для строительства ERD скважин. Определение верных технологий и оптимальных инженерных решений на стадии проектирования является ключевой составляющей для успешной реализации подобных проектов.
Авторы
ООО «РусГазБурение»: Мухаметшин И.Р., Доронин С.В., Барышев Д.А., Магомедов Т.А., Антипов С.М.
ООО «РусГазАльянс»: Шарифуллин И.Ф., Борщев Р.В., Жильцова Т.Ю., Валеев Р.Д.
