Применение безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на о. Применение безбаритовой системы бурового раствора uniform k на основе формиата калия при строительстве горизонтальной скважины на продуктивный пласт АС ЮжноПриобского месторождения

• Название: Применение безбаритовой системы бурового раствора uniform k на основе формиата калия при строительстве горизонтальной скважины на продуктивный пласт АС ЮжноПриобского месторождения
• Дата: 17.12.2018
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: Применение безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на о.docx
• Тип: Документы; #60720

Применение безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия при строительстве горизонтальной скважины на продуктивный пласт «АС» Южно-Приобского месторождения

USE OF NON-BARITE DRILLING FLUIDS SYSTEM UNIFORM K ON THE BASIS OF POTASSIUM FORMIATE DURING THE CONSTRUCTION OF A HORIZONTAL WELL ON PRODUCTIVE FORMATION «AS» OF YUZHNO-PRIOBSKOE OILFIELD

S. CHEREVKO «Gazpromneft-Khantos» LLC, A. KHOMUTOV «Gazpromneft-NTC» LLC,
M. SYROEGIN «Gazpromneft-Khantos» LLC, A. KOROLEV, S. POPOV, Y. LUKOVKIN «AKROS» LLC

Приведен обзор решений, мероприятий и исследований по буровому раствору, разработанный совместно специалистами ООО «Газпромнефть-Хантос», ООО «Газпромнефть-НТЦ» и нефтесервисной компанией ООО «АКРОС», позволивший решить ряд сложных технических задач, возникающих при строительстве интервала технической колонны и хвостовика на скважинах Южно-Приобского месторождения.

The article provides an overview of drilling fluids solutions, procedures and research, developed jointly by the specialists of «Gazpromneft-Khantos» LLC, «Gazpromneft-NTC» LLC and oilfield services company «AKROS» which allowed to solve a number of complex technical problems arising during the construction of the interval column and the liner in the wells of the Yuzhno-Priobskoye field.

В начале 2015 г. на месторождениях ООО «Газпромнефть-Хантос» с учетом усложнения применяемых конструкций скважин возникла необходимость изменения системы бурового раствора. С 2005 г. на месторождении для строительства наклонно-направленных скважин применялись пресные инкапсулирующие системы буровых растворов на основе акрилового полимера. Данные системы полностью обеспечивали процесс безаварийного строительства в скважинах с S-образным профилем и отходом от вертикали менее 2000 м. Усложнение применяемых конструкций, увеличение количества горизонтальных скважин, увеличение числа скважин с бурением

Основные проблемы при строительстве скважин возникают в интервалах залегания глин среднего катагинеза, которые очень чувствительны к гидродинамическим колебаниям, вызываемым гидравлическим потоком промывочной жидкости, и которые требуют определенного технологического подхода.

пилотного ствола потребовало пересмотра применяемых рецептур буровых растворов. Исходя из опыта применения различных рецептур буровых растворов в регионе, специалистами ООО «Газпромнефть-Хантос» было принято решение о применении полимерных хлоркалиевых систем. Основное отличие данных систем от пресных – наличие в рецептуре неорганического ингибитора. Хлоркалиевые системы буровых растворов имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с системами на основе акрилового полимера, в частности: высокую устойчивость наработки твердой фазы, более сбалансированный реологический профиль. Но используемая на кусте Южно-Приобского месторождения хлор-калиевая система бурового раствора в полной мере не решала проблемы устойчивости ствола скважины, так как данный куст расположен в месте, где стратиграфическое строение горных пород имеет максимальную геологическую неопределенность в условиях переслаивания слабосцементированных пород с различными физико-химическими свойствами, а наличие тектонического разлома делает строительство скважин на данном кусте весьма затратным процессом. Основные проблемы при строительстве скважин возникают в интервалах залегания глин среднего катагинеза, которые очень чувствительны к гидродинамическим колебаниям, вызываемым гидравлическим потоком промывочной жидкости, и которые требуют определенного технологического подхода.

Так, в первой половине 2017 г. на Южно-Приобском месторождении компанией ООО «Газпромнефть-Хантос» был реализован проект по строительству горизонтальной скважины на продуктивный пласт «АС». При реализации проекта специалистами ООО «Газпромнефть-Хантос» совместно со специалистами «Газпромнефть-НТЦ» был реализован комплекс технических мероприятий, обеспечивший успешное бурение скважины. Разработка проекта включала в себя подбор оптимальных решений всего комплекса буровых работ – выбор оптимальных КНБК, подбор рецептур и параметров буровых растворов, оптимизацию технологического процесса бурения на основе геомеханического моделирования и гидравлических расчетов. На начальной стадии разработки программы по буровым растворам для строительства горизонтальных скважин на продуктивный пласт «АС» Южно-Приобского месторождения специалистами был проведен детальный анализ технологических процессов по ранее пробуренным скважинам для определения основных геологических и технологических рисков при строительстве.

На основании поставленных задач и проведенного анализа по ранее пробуренным скважинам, а также с учетом всех особенностей геологического строения интервала под транспортную колонну специалистами нефтесервисной компании «АКРОС» была предложена безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия. По результатам проведенного анализа были определены следующие основные технологические вызовы, специфические для бурения горизонтальных скважин на продуктивный пласт «АС» Южно-Приобского месторождения:
– определение оптимальной плотности бурового раствора при бурении транспортного ствола скважины и хвостовика;
– предотвращение поглощений бурового раствора в результате высоких значений эквивалентной циркуляционной плотности при бурении транспортного ствола (ЭЦП);

– обеспечение стабильности стенок скважины интервала транспортной колонны и горизонтального участка хвостовика, а также безаварийного спуска обсадной транспортной колонны и хвостовика, оборудованного под проведение многостадийного ГРП.
Обеспечение стабильности ствола скважины в интервале транспортного ствола скважины и хвостовика приобретает особую важность в проектах, где бурение осуществляется на продуктивный пласт «АС» Южно-Приобского месторождения. Общеизвестно, что наибольшие трудности по обеспечению стабильности стенок возникают при необходимости проводки ствола через неустойчивые породы под зенитными углами свыше 60 градусов и азимутальными изменениями пространственной интенсивности. 

В таких условиях при разработке программы промывки необходимо решить целый ряд технических задач для обеспечения безаварийного бурения.
При выборе бурового раствора необходимо учитывать следующие требования: 
– высокую экологичность применяемой системы бурового раствора;
– нулевой сброс при бурении интервалов под транспортную колонну и хвостовик;
– безамбарную технологию бурения скважин;
– обеспечение стабильности стенок ствола скважины на протяжении всего периода проводки интервала;
– толерантность системы бурового раствора к пластовой агрессии.
На основании поставленных задач и проведенного анализа по ранее пробуренным скважинам, а также с учетом всех особенностей геологического строения интервала под транспортную колонну специалистами нефтесервисной компании «АКРОС» была предложена безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия. Данная система бурового раствора помимо повышенных ингибирующих свойств и полного отсутствия хлориона в своем составе может использоваться с удельным весом до 1,65 г/см³ без использования высокой концентрации инертного утяжелителя барита, что позволяет минимизировать воздействие негативных гидродинамических колебаний промывочной жидкости на слабосцементированные стенки ствола скважины в кольцевом пространстве скважины. Перед применением на месторождении ООО «Газпромнефть-Хантос» безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия была исследована в лаборатории ООО «Газпромнефть-НТЦ», и по результатам исследования было получено положительное заключение о применении вышеуказанного типа бурового раствора в полевых условиях. 
В табл. 1 приведены в сравнении основные параметры буровых растворов на основе смеси бинарных солей (хлорида калия/натрия) и формиата калия. При подготовке программы промывки, в особенности под интервал транспортной колонны, были проанализированы реологический профиль системы при различных температурах, фильтрационные свойства, совместимость с солями калия и натрия, а также взаимодействие с цементной агрессией. На основании

полученных результатов были определены оптимальные границы параметров бурового раствора, концентрации реагентов, методика обработки бурового раствора и перевода скважины с одного типа раствора на другой. В процессе бурения параметры бурового раствора поддерживались в заранее определенном диапазоне, что позволило минимизировать риск возникновения осложнений, связанных с нестабильным поведением стенок ствола скважины и негативным внешнем воздействием пластовой агрессии.

Перед применением на месторождении ООО «Газпромнефть–Хантос» безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия была исследована в лаборатории ООО «Газпромнефть–НТЦ», и по результатам исследования было получено положительное заключение о применении вышеуказанного типа бурового раствора в полевых условиях.


Также проведенные лабораторные исследования раствора UNIFORM K на основе формиата калия позволили выявить ряд направлений для повышения технологичности системы. Из рецептуры была полностью исключена смазывающая добавка, изменен подход к поддержанию уровня рН и контролю химических примесей (CO₃² и HCO₃). Внедренные в рецептуру изменения позволили отказаться от использования акриловых полимеров, что впоследствии дало возможность в процессе бурения интервала транспортного ствола скважины произвести конвертацию бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия в буровой раствор первичного вскрытия MAX-FLOW без потери производительного времени. При этом отказ от акриловых полимеров совершенно не повлиял на ингибирующие способности бурового раствора и стойкость системы к пластовой химической агрессии, что было подтверждено стабильностью химического состава фильтрата (P(f)/M(f) на протяжении всего срока строительства интервала под транспортную колонну (табл. 1, рис. 1 и 2).



Важным элементом мероприятий по повышению стабильности стенок скважины при строительстве транспортного ствола стал выбор плотности бурового раствора, изменение ингибирующей основы бурового раствора и ее химической стабилизации при помощи комбинированной обработки карбоната калия, кальцинированной и каустической соды. На основании геомеханических исследований, которые проводились в регионе специалистами «Газпромнефть-Хантос», было предложено помимо увеличения плотности бурового раствора до значений 1,45 г/см³повысить ингибирующие свойства системы и отказаться от высокого содержания инертной твердой фазы (мраморной крошки и барита), заменив ее растворенной твердой фазой (формиатом калия до плотности 1,35 г/см³), что позволило стабилизировать ствол скважины за счет снижения гидродинамических колебаний и активности водного флюида системы бурового раствора и обеспечить безаварийное бурение и спуск транспортной колонны до фактического забоя. 
Также в процессе строительства скважины с применением безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия было использовано стационарное лабораторное оборудование E.P. Lubricity tester для измерения фактического коэффициента трения, при помощи которого была проведена сравнительная исследовательская работа по изучению влияния концентрации смазывающей добавки на коэффициент трения в различных типах буровых растворов с различной концентрацией твердой фазы. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что процентное содержание смазывающей добавки никак не влияет на снижение коэффициента трения, а изменяется только за счет применения смазывающей добавки с использованием качественных фрикционных присадок, которые обеспечивают образование прочной смазывающей пленки на трущихся поверхностях (рис. 3). 
Во время исследования было установлено, что в традиционно применяемых типах буровых растворов, как для первичного вскрытия, так и для бурения транспортного ствола скважины, диапазон коэффициента трения лежит в пределах от 19,2 до 23,5 (фунт/дюйм), при этом концентрация смазывающей добавки находится в диапазоне от 3 до 5 %, а в некоторых случаях достигает 20 % от объема, но, несмотря на это, для традиционных систем буровых растворов показатель коэффициента трения остается в вышеуказанном диапазоне. Если рассматривать коэффициент трения у безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия, то при нулевой концентрации смазывающей добавки показатель коэффициента трения во время бурения скважины был зафиксирован в диапазоне от 15,2 до 18,1 (фунт/дюйм). Данное сравнительное исследование традиционно используемых систем растворов и безбаритовой системы бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия говорит о высокой технологичности применяемой основы. Отсутствие смазывающих добавок в системе свидетельствует о ее экологичности, что немаловажно при строительстве скважин в водоохранных зонах и на морских проектах (рис. 4). 
Проанализировав полученные значения средней механической скорости и времени на промывку/шаблонировку, а также СПО при строительстве интервалов под транспортную колонну, можно однозначно утверждать, что безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия является универсальной системой и обеспечивает оптимальные технико-экономические показатели при строительстве скважин в осложненных, до конца не изученных горно-геологических условиях (табл. 2).
Интегрированный подход к разработке программы бурения, включающий подбор оптимальной долотной программы и КНБК, оптимизацию режимов бурения, подготовку и проработку программы промывки, а также замещение скважины при использовании различных систем бурового раствора на строительство скважины, позволил успешно завершить технологический цикл бурения скважины спуском компоновки для многостадийного ГРП. 
Общее время бурения скважины заняло 38 дней, что является абсолютным рекордом по строительству скважин на данной кустовой площадке. Стоит отметить, что сервис в области буровых растворов и реализация всех технических и технологических решений по данному направлению были обеспечены российской растворной компанией.
Полученный опыт в области буровых растворов позволяет выделить перспективные решения при строительстве горизонтальных скважин на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами с пластов баженовская свита и палеозой:

Проанализировав полученные значения средней механической скорости и времени на промывку/шаблонировку, а также СПО при строительстве интервалов под транспортную колонну, можно однозначно утверждать, что безбаритовая система бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия является универсальной системой и обеспечивает оптимальные технико–экономические показатели при строительстве скважин в осложненных, до конца не изученных горно–геологических условиях.

– выбор плотностей буровых растворов должен быть подтвержден не только расчетами, исходя из величины минимально рекомендуемой репрессии на пласт, но и опытом бурения скважин в регионе, а также результатами геомеханического моделирования. При подборе рецептуры необходимо учитывать пластовую агрессию при бурении черкашинской свиты. Только на основании анализа этих четырех составляющих можно принять решение по выбору оптимальной плотности и основы бурового раствора, подобрать соответствующую рецептуру, параметры раствора и режимы бурения;
– применение системы бурового раствора UNIFORM K на основе формиата калия с правильным выбором плотности позволяет обеспечить стабильность покрышки продуктивного пласта и безаварийную проводку скважины;
– бесспорным преимуществом данной системы бурового раствора является повышение термостабильности применяемых полимеров, что расширяет возможности применения этой системы, а отсутствие в ней хлориона делает ее экологически безопасной при использовании в водоохранных зонах.