Вечно работающий пакер
Передовые методы разобщения пластов и крепления боковых стволов
ВИГДОРОВ ЛЕОНИД РОМАНОВИЧ, Менеджер по международным проектам Baker Oil Tools
Источник: http://www.ngv.ru/
По всем месторождениям морским и на суше, во всех регионах мира все большую популярность приобретает заканчивание открытым стволом, с так называемым манжетным цементированием или просто со спуском фильтров. То есть любое заканчивание продуктивного интервала, где не применяется цементирование. Поэтому ставятся задачи разобщения пластов. Прежде всего, если это горизонтальная скважина большой протяженности, то для выравнивания профиля притока, чтобы не подтягивать воду к передней части скважины. Для раздельной эксплуатации объектов и для раздельного нагнетания тоже необходимо осуществлять изолирование объектов. Также при бурении, при заканчивании скважин - изоляция проблемных зон. Это могут быть зоны поглощения, газовые шапки, зоны обводнения, зоны трещиноватости, зоны повышенной проницаемости или наоборот непроницаемые зоны, откуда не нужно вести добычу. Сегодня часто используются заколонные пакеры и подобные методы для изоляции башмака, когда первичное цементирование основной колонны не дало хорошего результата, а также для ликвидации заколонных перетоков. В предлагаемой вашему вниманию презентации обсуждается новый гидромеханический заколонный пакер MPas.
Надувные заколонные пакеры уже, наверное, на протяжении 25-30 лет считаются основным способом изоляции заколонного пространства или разобщения пластов. Мы создали свою классификацию этих систем, одним из критериев которой служит то, сколько пакер способен держать избыточное давление. Самый простой вариант - это пакер, сделанный на несущей трубе из химически активного материала, то есть метилбутадиеновая резина или что-то подобное, который при попадании в углеводородную среду или в среду раствора при достижении определенной температуры разбухает, увеличивается в объеме в 2-3 и более раз. Это очень простая система, не требующая никаких дополнительных работ. Второй уровень - это пакера, используемые сейчас при спуске расширяемых систем, то есть систем, которые допускаются и развальцовываются либо механически, либо давлением. Технология давно и успешно разрабатывается в ТатНИПИнефти. В мире сервисные компании тоже начали этим заниматься несколько лет назад. Результаты очень хорошие. И также гидравлический пакер - то, о чем мы потом будем говорить. На третьем уровне стоит обыкновенный надувной пакер (это наша разработка), внутренности которого, вместо того чтобы раздувать его цементом или раствором, заполнены точно таким же химически активным материалом. То есть мы берем пакер, грубо говоря, первого уровня и помещаем его в стандартную резиновую оболочку стандартного заколонного пакера. Это тоже новая разработка, о ней мы сегодня, наверное, подробно говорить не будем, она еще "сырая". И четвертый уровень - этот всем известный надувной заколонный пакер, который раздувается либо раствором, либо цементом. Для того чтобы поднять его на четвертый уровень, чтобы он держал максимальный перепад давления, мы, естественно, рекомендуем раздувать его цементом. В апреле на конференции задавался вопрос, какой пакер считается самым надежным. За полгода ничего не поменялось. Заколонный надувной пакер, раздутый цементом, до сих пор в отрасли считается самым надежным барьером. Что должен обеспечивать этот пакер? Максимальное увеличение рабочего объема при сохранении физических свойств, чтобы химактивный материал (резина) не терял твердость и держал давление, чтобы он не превращался в губку. Наши пакера, которые готовы сейчас к промышленным испытаниям, испытаны на перепад давления свыше 30 МПа, сохраняют герметизирующие свойства как в углеводородной среде, так и в растворе или пластовой воде. И этот пакер прост в установке за счет того, что не надо никаких дополнительных операций проводить. Ни дополнительных рейсов, ни каких-то манипуляций с колонной, давлением тоже не надо производить. То есть он попадает в пласт и в нужное время сам себя активизирует. При этом время распакеровки, в зависимости от того, какая среда присутствует в скважине, может занимать до двух месяцев. У расширяемых пакеров достаточно специфичная область использования. Применяются они обычно в компоновке с расширяемыми фильтрами или с пластырями с колоннами, или с глухими расширяемыми трубами для отсечения интервала в открытом стволе. Основное преимущество этой системы состоит в том, что, например, не для эксплуатационного интервала, а для продолжения бурения, как промежуточная колонна, расширяемые системы дают вам максимальное внутреннее проходное отсечение. Известны случаи, когда даже без потери диаметра продолжалось бурение. Но это тема для отдельного разговора. У нас есть опыт работы, правда, пока еще небольшой, применения расширяемого пакера с химактивным материалом в качестве уплотняющего элемента. То есть мало того, что мы его расширяем, прижимаем к стенке скважины, потом эта резина еще и разбухает, то есть дает дополнительный эффект. Номенклатура, в отличие от основных хвостовиков, существует только пока для самых распространенных колонн - 178-й и 245-й. Существуют, правда, системы и для некоторых более маленьких колонн. Для российского рынка у нас есть система для колонн 168 мм. Надувной пакер, внутри которого находится химактивный материал, - совершенно новая разработка, промышленные испытания еще не проводились. Пока существует только один типоразмер - для хвостовиков 5,5 дюймов, наружным диаметром 8 дюймов. Если этот пакер правильно сделать, провести испытания и внести все конструкционные доработки, то он должен по нашим планам заменить надувной пакер, который раздувается цементом. Здесь цемент применять не надо, его можно раздувать либо раствором, который в скважине находится, либо углеводородом. Его возможное преимущество состоит в том, что при раздувании пакера цементом в горизонтальном стволе может происходить небольшая потеря объема при затвердевании цемента и образование небольших каналов. То есть появляется опасность перетока в верхней части. Если же новый пакер будет работать как мы планируем, то этот негативный эффект будет устранен. И, наконец, самый известный, надувной заколонный пакер. 25-30 лет существует эта технология, наработки у всех компаний очень большие. У нашей компании такие наработки: максимальная глубина спуска, на которую он был когда-либо спущен, - 7000 метров; максимальное количество пакеров в многоствольной скважине - 19. Раздувается пакер раствором или цементом и полностью по прочностным характеристикам соответствует обсадной колонне, на которую он спускается. По количеству установленных нами пакеров, вероятно, уже на десятки тысяч идет счет, но у нас есть в базе данных порядка 6 тысяч с тех пор, как мы начали вести учет. Наконец, последний пункт - гидромеханический пакер NPas. Вообще, мечта разработчиков пакерного оборудования была всегда такая - взять технологию гидравлических эксплуатационных пакеров, которые ставятся внутри колонны, и применить ее для заколонных. До сегодняшнего момента по ряду причин (и геометрия, и другие прочностные характеристики) таких пакеров не существовало. Не было ни гидравлических, ни эксплуатационных пакеров для открытого ствола. Теперь такой пакер существует. Он гидростатический, что означает, что после того как он приводится в действие, гидростатика, то есть столб жидкости, которая находится в стволе, его распакеровывает. Он не надувной, резиновый элемент цельный, то есть нет опасности его разрыва при спуске через окно в боковой ствол. Это цельная резина, которая в зависимости от типоразмера либо четырех-, либо шестислойная, с усилением из других материалов (тефлон, металлическая оплетка). Пакер обеспечивает долговременное разобщение пластов при наличии или отсутствии цемента. Испытания каждого существующего типоразмера проводятся в овальных трубах на стенде, для того чтобы симулировать ситуацию, скажем, некалиброванного открытого ствола. Впрочем, этот пакер не самый мощный в мире, то есть цель разобщить пласты с перепадом давления 400-500 атмосфер он не ставит - один из типоразмеров испытан до 24 МПа при температуре 150њС. Другие типоразмеры рассчитаны максимально на цифры от 17 МПа до 20 МПа. Конструкция пакера. Гидростатическая камера с поршнем, приводимым в действие механически (внутренняя колонна с толкателем) или гидравлически. Поршень в сочетании с храповым кольцом позволяет прикладывать дополнительное усилие распакеровки на протяжении всего срока службы. В случае большинства пакеров после посадки больше уже ничего поделать нельзя. С этим пакером можно, потому что гидростатическая камера в процессе всего срока службы скважины остается открытой. Поэтому при любом перепаде давления в скважине или если есть необходимость, его можно додавить. То есть, если энергии, которая внутри резины существует, не хватает для того, чтобы он держал определенное давление, можно еще додавить. Пакер работает на протяжении всего срока службы скважины. Из минусов этого пакера нужно отметить следующее - в нескольких типоразмерах за счет сложной геометрии, сложной конструкции пакера (несколько внутренних цилиндров, внутренних гильз) идет небольшое сужение внутреннего диаметра по сравнению с аналогичной колонной. То есть если, например, пакер на колонне 139, то его внутренний диаметр будет немножко меньше, чем диаметр у обсадной колонны, на которую вы его спускаете. Но тут ничего не поделаешь, законы физики отменить невозможно. На данный момент существует четыре основных типоразмера пакера: 114х143 мм (наружный диаметр), 139,7х203 мм, 168х203 мм и 168х232 мм. Также сейчас в разработке находятся два пакера для хвостовиков 89 мм, с наружным диаметром один - 111 мм, другой - 127 мм. Это целевая разработка для одного из наших заказчиков. Но естественно, когда пакер будет разработан, он будет выпущен на рынок в свободное обращение. О применении этого пакера. Его использовали для изоляции зон поглощения, для изоляции водоносного интервала, для ликвидации скважин. Для изоляции башмака колонны - был незацементированный башмак, ниже его спускали несколько пакеров, выше ставили верхний пакер уже в колонну и, приведя в действие оба пакера, отсекали башмак обсадной колонны. Отсечение газовой шапки - продуктивный интервал, выше была газовая шапка, спускали несколько пакеров, разобщали пласт, по зонам, выше проводили манжетное цементирование и полностью отсекали газовую шапку. Также проводилось разобщение зон различного давления в горизонтальном стволе, зон различной проницаемости, чтобы регулировать профиль притока. И, естественно, пакер используется для герметизации затрубного пространства для изоляции заколонных перетоков. Поскольку разработка новая, мы сейчас, насколько это возможно, ведем новую базу данных по всем этим пакерам, и информация у нас достаточно полная. Почему "насколько это возможно"? Это одна из больных тем сервисных компаний. Заказчики, которые привлекают оборудование сервисных компаний без привлечения сервиса, иногда не очень охотно делятся информацией. Поэтому по тем пакерам, которые мы пускали сами, у нас информация от заказчика есть. Может быть, по приблизительно 10- 15% пакеров, которые мы пускали, у нас информации нет. С одной стороны, жалко, с другой - хорошо. Потому что, если бы с ними были какие-то проблемы, мы бы обязательно услышали. База данных находится в инженерном отделе, который разрабатывал эту технологию в Хьюстоне. Берется вся геометрия полностью, все характеристики пластов, типы проводимых работ, какие работы проводились, кто еще был привлечен, то есть дополнительные службы, сервисы (цементирование, ГРП, другие методы интенсификации), и конфигурация самой компоновки, потому что в компоновке с этими пакерами пускают и фильтры, и глухие трубы, и другое оборудование. И, опять же, насколько это возможно, мы пытаемся отслеживать коммерческую успешность. Как вы понимаете, такая информация далеко не полная. Итак, что мы имеем на сегодняшний день. Это информация на конец октября 2005 года. Работы проведены начиная с 2001 года в 80 скважинах для 12 заказчиков в 15 странах мира. Полное количество спущенных пакеров на сегодняшний день - 350. Разработка новая, то есть в 2001 году только был спущен один пакер, были проведены промышленные испытания. На самом деле, этот пакер вышел на рынок и пошли нормальные работы с ним только в 2003 году; 26 пакеров в 2004 году, 80 пакеров к октябрю 2005 года. Еще 250 уже произведено, находится на складах, ждет спуска в ближайшие 5-6 месяцев. И еще 200 пакеров находятся в заказе. Успешность проводимых работ составляет 97%, то есть из этих 80 скважин были проблемы на двух скважинах (скажем так, на 2,5), причем все проблемы были из-за недохода колонны до забоя. С самим пакером, как с элементом компоновки, ни в одной скважине проблем не было. Основным заказчиком пакеров этой серии сейчас является Национальная нефтяная компания Саудовской Аравии. 210 пакеров они спустили в 49 скважинах. Был опыт работ, когда зона поглощения "глотала" почти 1,5 куба в минуту. Смогли ее полностью изолировать и отсечь этими пакерами сверху и снизу. 9 пакеров было спущено в горизонтальную секцию тоже для выравнивания профиля вместе с противопесчаными фильтрами. Отсечение газовой шапки, о чем я упоминал, с манжетным цементированием выше пакера было проведено, была очень интересная работа. И герметизация башмака колонны, который при первичном цементировании был зацементирован, и циркуляции не было вообще, то есть пласт глотал 100%-но, и полностью циркуляция была восстановлена. После установки этих пакеров через башмак поглощения не было вообще. Максимальная интенсивность искривления в горизонтальной скважине, куда эти пакеры спускались, составляла 58 градусов на 30 метров. И в заключение я хотел бы сказать, что у компании существует полный пакет оборудования. Вы видите, оборудование разное, решает разные задачи. Поэтому нельзя взять один инструмент, который лучше всех работает, и оставить только его.