Среди большого многообразия существующих на рынке систем одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) с применением УЭЦН наибольшее распространение в мировой практике получили компоновки с двойной концентрической колонной НКТ и размещением нижнего ЭЦН в герметичном кожухе. Данные системы обеспечивают полное разделение продукции без смешения вплоть до устья скважины, при этом относительно просты в монтаже и эксплуатации и обладают высоким уровнем надежности.

В данной статье описан положительный опыт внедрения подобной схемы на пилотной скважине Южно-Хыльчуюсского месторождения ПАО «ЛУКОЙЛ» в ходе работ по оптимизации добычи за счет приобщения не вовлеченного ранее в разработку нижнего продуктивного горизонта.

20.05.2016 Инженерная практика №05/2016

Ренев Дмитрий Юрьевич Менеджер Управления обеспечения добычи нефти и производства сервисных работ ПАО «ЛУКОЙЛ»

Эрдман Андрей Владимирович Руководитель отдела продаж службы механизированной добычи Schlumberger

Фастовец Андрей Викторович Руководитель инженерной службы механизированной добычи Schlumberger

Для внедрения системы ОРЭ с двойной концентрической колонной НКТ и размещением нижнего ЭЦН в герметичном кожухе была выбрана скважина Южно-Хыльчуюсского месторождения, обсаженная ЭК с внешним диаметром 245 мм. Изначально с ее помощью эксплуатировался верхний горизонт Р1a+s (см. таблицу). Данный пласт характеризуется высокой степенью выработки и, как следствие, обводненностью более 80% при высоком дебите скважины – до 1250 м3/сут.

Приобщаемый нижний горизонт C2 в эксплуатацию ранее вовлечен не был. Таким образом, несмотря на кратно меньшую толщину и продуктивность нижнего пропластка, ожидаемый общий прирост нефти составлял 50-100 м3/сут при практически нулевой обводненности продукции. Существенным осложняющим фактором при подборе оборудования для длительной эксплуатации стало одновременное наличие значительного количества углекислого газа и сероводорода в продукции обоих интервалов, что создавало коррозионно-агрессивную среду и приводило к отказам ранее спущенного насосного оборудования.

С учетом особенностей конструкции скважины и характеристик пластовых жидкостей были сформулированы основные технические требования к инженерному решению для системы ОРЭ, в том числе надежное разобщение интервалов с перепадом давления до 15 МПа в обоих направлениях; раздельный учет добываемой продукции для каждого объекта; возможность раздельного регулирования отборов и проведения ГДИ; обеспечение безопасного разъединения элементов компоновки при прихвате; коррозионная стойкость всех элементов оборудования; возможность работы нижней УЭЦН при большом содержании свободного газа; а также наработка на отказ не менее двух лет.

МИРОВОЙ ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ КОМПОНОВОК С ДВУМЯ УЭЦН

Среди поставщиков импортного оборудования, подразделение механизированной добычи компании Schlumberger обладает наиболее богатым опытом внедрения систем с двумя УЭЦН (рис. 1). При этом по области применения все системы можно условно разделить на два класса, первый из которых – это системы с резервными УЭЦН повышенной надежности. В данных компоновках в работе всегда находится один из насосов (основной), тогда как второй (резервный) насос включается только после выхода из строя основного насоса. Резервные системы получили широкое распространение в высокопроизводительных шельфовых скважинах как с надводным, так и с подводным заканчиванием в силу исключительно высокой стоимости проведения подземного ремонта таких скважин для смены отказавшей УЭЦН и больших потерь добычи в период ожидания незапланированного ремонта. Две наиболее часто применяемых на практике схемы представлены компоновками на основе байпасных систем-разветвителей (Y-Tool, всего спущено 70 систем) либо с размещением УЭЦН в герметичных кожухах (смонтированы в 107 скважинах на текущий момент).

Второй класс – системы для ОРЭ с одновременной работой обоих насосов, из которых наиболее часто применяется схема с двойной концентрической колонной НКТ (рис. 2). В ходе эксплуатации пластовая жидкость из нижнего горизонта поступает на прием нижнего ЭЦН и затем на поверхность по внутренней колонне НКТ. Продукция верхнего горизонта перекачивается верхним ЭЦН и доставляется на поверхность по кольцевому пространству между внутренней и внешней колонной НКТ. При данной схеме обеспечивается полностью независимая работа каждого из насосов и индивидуальная депрессия на пласты, а также раздельный подъем продукции вплоть до устья скважины.

ВЫБОР КОМПОНОВКИ ОРЭ

Для пилотного внедрения на Южно-Хыльчуюсском месторождении была выбрана наиболее широко применяемая за рубежом технологическая схема ОРЭ с концентрическим лифтом НКТ, представленная на рис. 2. Данная схема полностью отвечает требованиям заказчика в части разобщения продукции пластов и обладает относительной простотой с точки зрения монтажа оборудования на скважине по сравнению с альтернативными схемами заканчивания. Монтаж и спуск всей компоновки происходит в три этапа.

На первом этапе отдельно от компоновки УЭЦН выполняются спуск и установка пакера с проходным отверстием на колонне НКТ либо с использованием канатной техники. На втором этапе производятся монтаж и спуск нижней УЭЦН (в кожухе) и верхней УЭЦН (на разветвителе Y-Tool) на внешней колонне НКТ. На финальном этапе спускается внутренняя колонна НКТ с нижней уплотнительной манжетой, за счет чего достигается герметичное разобщение продукции верхнего и нижнего продуктивного интервала в разветвителе Y-Tool.

Схема скважинной компоновки с указанием основных элементов приведена на рис. 3. Выбор конструктивных металлических и эластомерных материалов был продиктован требованиями долговременной коррозионной стойкости оборудования с учетом наличия в скважинной продукции сероводорода и углекислого газа. В ходе детального анализа и на основе предыдущего опыта эксплуатации скважины было принято решение использовать пакер, кожух нижней УЭЦН, разветвитель Y-Tool, байпасные трубки и соединительные патрубки из нержавеющей хромистой стали 13Cr; системы УЭЦН с защитным монельным покрытием корпуса и эластомерными элементами AFLAS, кабельный удлинитель с броней из сплава Монель.

Опыт внедрения систем ОРЭ показывает, что выбор надежной, испытанной конструкции пакера является одним из основных условий успешной реализации проекта. В нашем случае выбор был сделан в пользу извлекаемого пакера серии Quantum производства компании Schlumberger (рис. 3). Данная конструкция пакера обладает чрезвычайно высоким коэффициентом безотказности, выдерживает перепад давления до 41 МПа в обоих направлениях (что в 2,7 раза превышает исходные требования) и обеспечивает возможность аварийного разбуривания в случае прихвата в скважине.

С учетом значительной неопределенности в оценке продуктивности нижнего приобщаемого горизонта, а также для обеспечения надежной работы УЭЦН при возможном снижении дебита в ходе длительной эксплуатации было принято решение для обоих ЭЦН использовать компрессионную конструкцию насоса с разгрузкой осевой нагрузки от рабочих колес ЭЦН на пяту гидрозащиты. Данное техническое решение позволяет существенно расширить эффективный рабочий диапазон насоса и повысить его надежность в условиях высокого содержания свободного газа, что особенно актуально для нижнего ЭЦН, работающего в герметичном кожухе без возможности эвакуации газа в затрубное пространство. С учетом частотного регулирования допустимый диапазон подач для верхнего ЭЦН REDA S6000N составил от 400 до 1200 м3/сут, для нижнего ЭЦН REDA D460N – от 20 до 100 м3/сут (рис. 4, 5). Для дополнительной газовой защиты в компоновку нижнего ЭЦН также было включено газодиспергирующее устройство AGH (Advanced Gas Handler).

В качестве привода для обоих ЭЦН был выбран моноблок REDA Maximus Promotor, объединяющий в одном корпусе функции ПЭД и протектора (гидрозащиты). Преимущество данной конструкции при зимнем монтаже в суровых арктических условиях состоит в заводском заполнении маслом и меньшем числе фланцевых соединений, что кратно снижает время сборки оборудования на устье скважины.

Известно, что высокотемпературное моторное масло обладает  высокой вязкостью при пониженных температурах, что существенно затрудняет процесс прокачки для стандартных ПЭД при монтаже в зимних условиях (рис. 6). Оборудование REDA Maximus заполняется маслом в вакууме в заводских условиях, что позволяет использовать оптимальный тип масла и полностью избежать образования газовых пробок, что повышает надежность оборудования. Использование специального транспортировочного компенсатора обеспечивает сохранность масла во время хранения и транспортировки.

Расчет механических и гидравлических нагрузок, в том числе при раздельной эксплуатации только нижней или верхней УЭЦН был проведен в специализированном пакете TDAS (рис. 7). По результатам расчета были выбраны необходимые диаметры и толщины стенок соединительных трубок и патрубков для предотвращения их деформации во всем диапазоне возможных режимов эксплуатации оборудования.

Особое внимание было уделено защите кабельных линий с целью предотвращения их механического повреждения при спуске оборудования на колонне НКТ. Ввиду коррозионной активности продукции выбор был сделан в пользу цельнолитых муфтовых протекторов с двумя пазами для защиты плоского кабеля верхнего и нижнего насосов с диаметром проводящей жилы соответственно 25 и 16 мм (рис. 8). Поскольку ранее такая конструкция на практике не применялась, перед монтажом была проведена фактическая примерка протектора в цеху с использованием реальных образцов кабеля для подтверждения надежности крепления и отсутствия повреждений кабельной линии при установке.

МОНТАЖ, ВЫВОД НА РЕЖИМ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Перед проведением работ на скважине был проведен детальный анализ, доработка и перевод на русский язык дополнительных процедур, регламентирующих монтаж компоновки ОРЭ, а также выполнено необходимое обучение полевого персонала.

Благодаря всем заранее предпринятым мерам монтаж системы в скважине прошел без осложнений: оба ЭЦН были успешно запущены в работу 29.03.2014 и выведены на режим в соответствии с расчетными параметрами.

Дополнительный дебит нефти за счет приобщения нижнего горизонта составил 85 м3/сут при установившемся режиме. По состоянию на 01.04.2016 обе установки работали стабильно в постоянном режиме, достигнув таким образом плановой наработки в два года. За это время дополнительная накопленная добыча за счет внедрения системы ОРЭ составила порядка 50 тыс. тонн.