Вахрушев Сергей Александрович Начальник отдела развития скважинных технологий ООО «БашНИПИнефть»

Фаизов Ришат Альбертович Ведущий инженер отдела развития скважинных технологий ООО «БашНИПИнефть»

Акимкин Александр Викторович Менеджер КРС и ОПЗ Отдела повышения производительности месторождений ДРиППМ ОАО АНК «Башнефть»

В 2007–2014 годах на объектах нефтегазодобывающих обществ ОАО АНК «Башнефть» были испытаны в общей сложности 33 установки ОРД, из них в НГДУ «Арланнефть» — 11 установок, «Туймазанефть» — 12, НГДУ «Чекмагушнефть» — 5 и НГДУ «Ишимбайнефть» — 4 (табл. 1). На данный момент большая часть скважин фонда ОРД (10 скважин) оборудована установками производства ООО «Элкам» (две схемы); в одной скважине применяется компоновка СП «Барс» (табл. 2).

КОМПОНОВКИ ДЛЯ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН ПО СХЕМЕ ШГН-ШГН

За период 2007-2011 гг. специалистами ОАО АНК «Башнефть» совместно с ООО «БашНИПИнефть» были разработаны и испытаны три компоновки ОРД (рис. 1). Испытания конструкций проводились на семи скважинах, характеризующихся различными условиями эксплуатации. При проектировании конструкций были учтены современные требования, накопленный ранее опыт разработок в данной сфере, а также технологические достижения последних лет.

Опытные образцы оборудования по готовым чертежам были изготовлены на Октябрьском заводе нефтепромыслового оборудования (ОЗНПО). Конструкция пилотной компоновки, внедренной в начале 2008 года, представлена на рис. 1а. Установка испытывалась в сложных условиях — в скважине с углом наклона порядка 50°. Наработка на отказ составила 125 сут, что для экспериментального образца на тот момент являлось хорошим показателем. На начальном этапе испытаний в скважине была установлена упрощеннаяконструкция без раздельного учета жидкости. В данном случае продукция, добываемая из верхнего и нижнего объектов, смешивались в НКТ, что противоречило требованиям внутренних нормативных документов к системам ОРД (в том числе в части обеспечения раздельного учета на устье). После отказа, в скважину была спущена модернизированная конструкция для ОРД, включающая в комплект глубинный прибор (с расходомером и датчиком давления) с кабелем и на-земной станцией для получения замеров в режиме онлайн, обеспечивший контроль за эксплуатацией нижнего объекта.

На следующем этапе конструирования для обеспечения «раздельного подъема и учета добываемой продукции» в конструкцию комплекса ОРД ввели полую штанговую колонну (рис. 1б), в компоновку были включены полые кованые штанги, изготовление которых первыми освоила компания ООО «ЭЛКАМ». До 2009 года производство подобного рода оборудования (полых штанг) в стране было недостаточно развито, что нередко приводило к обрывам и, как следствие, выходу оборудования для ОРД из строя. В результате проведенной в 2010 году оптимизации удалось повысить показатели наработки на отказ до 200 сут (рис. 2). Однако достичь показателей надежности, сравнимых с уровнем стандартных установок ШГН (400-600 сут), не удалось. По результатам проведенных полевых испытаний с учетом растущей конкуренции со стороны предприятий, специализирующихся на выпуске ШГН и основанных на них комплексов ОРД, было принято решение о временной приостановке собственных разработок в этом направлении.

Начиная с 2009 года в Компании проходят испытания комплексов ОРД сторонних производителей в различных компоновках. Одним из первых поставщиков систем ОРД для нашего предприятия стала компания ООО «ЭЛКАМ», освоившая производство компоновокпо схеме ШГН-ШГН с применением кованых полых штанг собственного производства. Данное оборудование обеспечивало раздельный учет продукции малодебитных скважин (рис. 3). В комплект поставки входил полный перечень гарантийного оборудования, а также инженерное сопровождение работ по монтажу и спуску установок в скважину. На начальной стадии испытаний компоновка не отличалась высокой надежностью, однако за счет постоянного усовершенствования конструкции отдельных узлов, использования более надежных элементов (пакер, полые штанги, устьевой шток и гибкий шланг), а также благодаря внедрению системного подхода к выбору скважин-кандидатов и организации постоянного мониторинга работы оборудования к 2014 году удалось увеличить наработку на отказ систем ОРД ШГН-ШГН в среднем от 120 до 560 сут (рис. 4).

В первой половине 2014 года установки ОРД ШГНШГН с полыми штангами были смонтированы и успешно запущены в работу в двух скважинах (№ 420 и 493) Арланского месторождения (рис. 5). Текущая средняя наработка насосов по состоянию на 01.01.2015 г. составила 292 и 198 суток соответственно, суммарный прирост дебита нефти — 3,3 и 4,8 т/сут (табл. 3). Фактический суммарный прирост добычи нефти за период эксплуатации систем ОРД составил более 1,5 тыс. тонн. На данный момент установки находятся в работе, эффект продолжается.

ФАКТОРЫ, ОСЛОЖНЯЮЩИЕ ЭКСПЛУАТАЦИЮ КОМПЛЕКСОВ ОРД ШГН-ШГН

Основные осложнения при эксплуатации скважин с системами ОРД на месторождениях ОАО АНК «Башнефть» связаны с наличием АСПВ. Так, на одной из скважин Туймазинского месторождения был впервые зафиксирован случай отложения АСПВ в штангах (рис. 6). Причем риски формирования АСПО на внутренней поверхности полых штанг сохранялись, несмотря на высокие скорости подъема жидкости, скважина забивалась в течение двух недель.

По результатам анализа причин отказов был сделан вывод, что увеличение интенсивности отложения АСПВ происходит вследствие нескольких причин. Во-первых, это меньший диаметр полых штанг по сравнению с НКТ. Во-вторых, свой вклад вносит охлаждение жидкости — пластовая температура нижнего объекта (объект Dпаш) составляет 27°С, а верхнего (Сбоб+рад) — всего 18 С. И, наконец, это скачки давления на приеме насоса, приводящие к дестабилизации АСПВ и их отложению на внутренней поверхности штанг. Результаты моделирования зависимости скорости выпадения АСПВ по стволу скважины от условий эксплуатации и применяемого оборудования приведены на рис. 7.

Для решения данной проблемы нами совместно с производителем оборудования была реализована возможность подачи реагентов-ингибиторов АПСВ в НКТ на прием нижнего насоса путем присоединения капиллярной трубки к устройству ввода, что позволило минимизировать образование отложений. В дальнейшем при использовании полых штанг в компоновках ОРД было решено оценивать риски отложения АСПВ индивидуально для каждой скважины с учетом всех факторов, влияющих на интенсивность их выпадения.

КОМПОНОВКИ ДЛЯ СРЕДНЕ- И ВЫСОКОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН ПО СХЕМЕ ЭЦН-ШГН

Практически все компоновки ЭЦН-ШГН испытывались на Арланском месторождении. Месторождение находится на поздней стадии эксплуатации и характеризуется высоким (до 90%) уровнем обводненности добываемой продукции и высокими отборами по ос-новному объекту разработки — терригенной толще нижнего карбона (ТТНК). Верхний целевой объект — каширо-подольский горизонт (Скаш-под) представлен карбонатными отложениями. По сравнению с ТТНК объект Скаш-под является низкопродуктивным, поэтому бурение отдельных скважин на данный объект является малоэффективным, а для отбора остаточных запасов в основном реализуются геолого-технические мероприятия по переводу действующих скважин с ТТНК на вышележащий каширо-подольский горизонт. С целью оптимизации и оперативной реализации проектной системы разработки объекта Скаш-под по результатам анализа была рекомендована одновременно-раздельная эксплуатация скважин.

За 2009–2011 годы на Арланском месторождении были испытаны две конструкции оборудования ОРД в семи скважинах, из них в пяти — оборудование для одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов (ОРРНЭО) производства ООО «ЭЛКАМ» и в двух — «СП Барс». В целом испытание компоновок ОРРНЭО следует признать успешным, при этом, как и в случае с компоновками ОРД ШГН-ШГН этого производителя, были выявлены и оперативно устранены некоторые конструктивные недоработки. На сегодняшний день по двум скважинам текущая наработка превышает 1000 суток (табл. 4).

В 2014 году были запущены две новые установки ОРД производства ООО «ЭЛКАМ» (рис. 8). В данной схеме добыча из нижнего объекта (ТТНК) осуществляется при помощи высокодебитного электроцентробежного насоса (ОО ПК «Борец» и ООО «БЭНЗ»), установленного под пакером, а из верхнего (Скашпод) — с применением модернизированной конструкции ШГН. При монтаже новых установок было принято решение о заглублении ШГН под интервал перфорации верхнего объекта с целью оптимизации технологического режима работы скважины и оборудования. Это позволило существенно повысить эффективность добычи: полученный по верхнему объекту дебит нефти составил 6 и 7 т/сут соответственно, вместо расчетных 3,5 и 4,2 т/сут (табл. 5). Фактический суммарный прирост добычи нефти по двум скважинам за период эксплуатации с ОРД составил более 1,0 тыс. тонн. Все установки находятся в работе, эффект продолжается.

ФАКТОРЫ, ОСЛОЖНЯЮЩИЕ ЭКСПЛУАТАЦИЮ КОМПЛЕКСОВ ОРД ЭЦН-ШГН

В процессе эксплуатации скважин системами ЭЦН-ШГН выявлены два основных осложняющих фактора. Первый касается отказов по причине конструкционной недоработки элементов верхнего насоса. В частности, в нескольких скважинах отмечены отказы ШГН, разбор оборудования после извлечения из скважины и демонтажа выявил отказ замковой опоры. После доработки отказавшего узла (усиления конструкции) остановленная скважина была вновь введена в эксплуатацию. Подобные отказы произошли еще в двух скважинах, окончательные причины будут выявлены после полного отказа компоновки ОРД и подъема ГНО.

Второй фактор, с которым мы столкнулись при эксплуатации установок ОРД, — это коррозия применяемого оборудования, а именно — тройника устьевой арматуры (рис. 9). Для выявления причин высокой скорости коррозии была проведена серия лабораторных исследований элемента тройника устьевой арматуры. Состав металла был определен в двух точках образца (рис. 10). Производителем заявлена марка стали тройника 09Г2С, однако химический анализ, выполненный на оптико-эмиссионном приборе BrukerQ4 Tasman, показал почти двукратное превышение содержания углерода, а также низкое (в 1,25 раза) содержание марганца составе металла (табл. 7). Таким образом, в составе компоновки был поставлен тройник, изготовленный из технически менее качественной стали Ст.20, которая не соответствует требованиям к коррозионной устойчивости данного оборудования.Переизбыток углерода приводит к увеличению доли перлитных образований на границе ферритных зерен (рис. 11). А уменьшение содержания марганца, который должен связывать вредную примесь — серу, приводит к росту образования сульфидов железа, так же располагающихся по границам зерен. В результате ухудшается коррозионная стойкость материала.

По итогам проведенного анализа заводу-изготовителю было рекомендовано обеспечить соответствие заявленных показателей сталей для оборудования, используемого при работе с агрессивными жидкими средами.

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ОРД НА ПРИМЕРЕ АРЛАНСКОГО М/Р

В рамках оптимизации добычи нефти на Арланском месторождении были проведены предварительные расчеты для обоснования трех возможных вариантов разработки на опытном участке рассматриваемого месторождения: одновременно-раздельную эксплуатацию нескольких объектов одной скважиной (Скаш + ТТНК с ОРЭ), бурение новых скважин на объект Скаш и перевод эксплуатационных скважин на вышележащий горизонт (с ТТНК на Скаш).

В качестве потенциально применяемого оборудования в расчетах первого варианта использовались два вида ОРД (ЭЦН-ШГН и ШГН-ШГН) с расчетным сроком работы не менее одного года. Во втором варианте учитывались затраты на бурение и обустройство новых скважин, в третьем — затраты на мероприятия по переводу существующих скважин на эксплуатацию другого (вышележащего) горизонта.

Расчеты показали, что самые короткие сроки разработки обеспечиваются при реализации варианта №2 (с бурением скважин), однако чистый дисконтированный доход (ЧДД) при этом будет минимальным. Самый высокий ЧДД и оптимальные сроки разработки обеспечиваются при реализации первого варианта с ОРД (рис. 12).

При подготовке исходных данных для оценки применимости ОРД на Арланском месторождении были отобраны 90 скважин-кандидатов для перевода в фонд ОРД (рис. 13). Расчеты показали, что при средней стоимости комплекта оборудования 5,5 млн руб. эффективным будет внедрение компоновок на 19 скважинах, при условии получения фактического дебита нефти не менее 4 т/сутки.

ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ОРЗ

Испытание и внедрение установок ОРЗ в АНК «Башнефть» ведется с 2006 года. Всего за 2007-2014 годы количество скважин, оборудованных системами ОРЗ, выросло от 1 до 29 (рис. 14). Основная часть компоновок применяется в НГДУ «Арланнефть». В настоящее время предпочтение отдается установкам концентричных НКТ (рис. 15) по причине технического совершенства конструкции и более простого монтажа компоновок в скважину. Используется оборудование двух производителей — ООО «Нефтекамский машиностроительный завод» и НПФ «Пакер» (г. Октябрьский). В целом внедрение данных установок следует признать успешным, фактически достигнуты расчетные показатели объема и давления закачки для каждого объекта индивидуально, а также обеспечен раздельный учет продукции.

Однако следует отметить, что применение данной схемы не всегда позволяет обеспечить проектные параметры работы нагнетательных скважин и, таким образом, эксплуатация скважины ведется не в оптимальном режиме. В 2014 году была проведена работа по подбору схемы ОРЗ для скважины Шкаповского месторождения, в результате которой было установлено, что в заданных условиях по объему и давлению нагнетания, пропускная способность концентрических НКТ в схеме ОРЗ не позволяет обеспечить проектные показатели. Определено, что схемы с концентрическими лифтами не применимы для закачки больших объемов рабочего агента в условиях ограничений по устьевым давлениям и диаметру эксплуатационной колонны (в рассматриваемом случае не более 168 мм). Этими же параметрами ограничивается применение компоновок с эксцентричным расположением двух лифтов.

Была рассмотрена возможность применения схемы ОРЗ с забойными штуцерами. Проведены расчеты пропускных способностей подобранных диаметров штуцеров (рис. 16), по результатам которых было установлено, что применение в схеме одного лифта НКТ диаметром 73 или 89 мм и забойных штуцеров (распределителей потока) позволяет обеспечить проектные показатели закачки при заданных ограничениях по инфраструктуре.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Испытание и внедрение в ОАО АНК «Башнефть» установок ОРД ведется с 2006 года. Всего за период 2006-2014 годов в эксплуатации побывали 33 установки, реализованные по шести различным схемам. По состоянию на 01.11.2014 г. в работе находится 12 компоновок ОРД (из них 11 — производства ООО «ЭЛКАМ»). Четыре установки внедрены в 2014 году.

На первом этапе испытывались компоновки, изготовленные по схемам, разработанным в ООО «БашНИПИнефть». По результатам испытаний среднее значение наработки на отказ составило 150 суток. Основные причины отказов — конструкционные недоработки узлов оборудования и низкое качество изготовления полых штанг.

На втором этапе (2009–2013 гг.) испытывались полнокомплектные установки ОРД сторонних изготовителей по двум схемам ШГН-ШГН (13 установок) и ЭЦНШГН (7), в каждой из которых использовались полые штанги.

Отмечается положительная динамика наработки на отказ компоновок ОРД в период 2012-2014 годов, что связано с доработкой конструкции части установок (применением новых полых штанг, усилением ряда элементов, повышением качества их изготовления), а также реализацией комплексного системного подхода к подбору скважин-кандидатов и организацией постоянного мониторинга эксплуатации установок. В трех скважинах наработка компоновок превысила 1000 суток.

Основные осложнения при эксплуатации скважин с ОРД связаны с наличием АСПО и коррозией применяемого оборудования. При применении полых штанг в компоновках ОРД необходимо оценивать риски образования АСПО индивидуально для каждой скважины с учетом различных факторов, увеличивающих интенсивность выпадения. Для снижения рисков проявления коррозии в устьевой части компоновки необходимо усилить контроль качества изготовления технических элементов конструкции ОРД.

Сравнительный анализ трех вариантов разработки участка Арланского месторождения со показал преимущества ОРД по основным технико-экономическим показателям. Потенциальный фонд под внедрение установок для ОРД на Арланском месторождении составляет 90 скважин. При средней стоимости комплекта оборудования 5,5 млн руб. экономически оправданным является внедрение компоновок на 19 скважинах. Основным сдерживающим фактором массового внедрения ОРД для рассматриваемых условий является высокая стоимость предлагаемых на рынке компоновок. Для нагнетательных скважин Шкаповского месторождения также подобрана схема ОРЗ. Оптимальной является схема со штуцированием на забое, в которую рекомендовано включить глубинный прибор (ТМС, расходомер).