Введение

Высокие показатели температуры и давления в скважинах создают целый ряд рисков как в процессе бурения, так и при дальнейшей эксплуатации. Поэтому при проектировании важен комплексный инженерный расчет, который в дальнейшем определит долговечность, продуктивность и безопасность объекта. Цена ошибки на этапе проектирования – повреждение насосно-компрессорных труб (НКТ), потеря герметичности колонны, внеплановые ремонты и простои скважины, которые влекут за собой значительные финансовые потери. Исключить указанные риски призвано комплексное программное обеспечение (ПО) WELLCAT. С помощью данного ПО можно производить анализ нагрузок на обсадные колонны и НКТ в скважинах с высоким давлением и температурой. Экспертный консалтинг по работе с ПО WELLCAT оказывает ООО «БурСервис».

Расчеты для оптимизации процессов строительства скважин, снижения рисков и повышения эффективности операций.

ПО WELLCAT (разработка Halliburton Landmark) — это профессиональное ПО, предназначенное для проектирования сложных скважин, например, подводных или высокотемпературных, а также осложненных высоким давлением (HP/PT).

ПО WELLCAT позволяет:

• рассчитывать нагрузки на НКТ;
• анализировать нагрузки на пакеры;
• оптимизировать и подбирать оборудование при ГРП;
• прогнозировать потерю устойчивости;
• подбирать скважинное оборудование, а также оценивать риски при строительстве, заканчивании и дальнейшей эксплуатации скважин.

ООО «БурСервис» было создано в 2000 году с целью оказания сервисных услуг в области наклонно-направленного бурения. Сегодня компания оказывает широкий спектр услуг в области бурения и разработки нефтяных и газовых месторождений, а также внедряет современные технологии и решения для оптимизации работы нефтепромысла.

Подразделение ООО «БурСервис» «Цифровые решения» предоставляет высокоточные инженерные расчеты для оптимизации процессов строительства скважин, снижения рисков и повышения эффективности операций.

Архитектура ПО WELLCAT

ПО WELLCAT состоит из четырех модулей (рис. 1):

• Prod Design – предназначен для моделирования точных профилей температуры и давления при разработке и добыче; данные, рассчитанные в модуле Prod, могут быть использованы для анализа напряжений в модулях Casing и Tube;
• Drill Design – для моделирования точных профилей температуры и давления при бурении; результаты расчетов могут использоваться для анализа напряжений в модулях Casing и Tube;
• Casing Design – для расчета конструкции скважины с учетом влияния температуры и давления;
• Tube Design – для анализа нагрузок и движения НКТ, а также для расчета потери устойчивости и проектирования компоновок с камерами.

Рис. 1. Пример интерфейса в различных модулях ПО WELLCAT

Одна из основных функций ПО WELLCAT – отслеживание профилей температуры и давления на протяжении всего жизненного цикла скважины.

Эти данные можно использовать для анализа напряжений, которые действуют на колонну в скважине, будь то обсадная колонна (ОК) или НКТ, а также для проектирования конструкции скважины и подбора оборудования с учетом его прочностных характеристик.

Важность корректных расчетов температуры и давления для работы скважины сложно переоценить. Согласно статистике¹, 10–20% отказов скважинного оборудования происходит по причине ошибок, допущенных в расчетах.

Критические вызовы и последствия ошибок

Рассмотрим подробнее критические вызовы, требующие точного инженерного анализа.

1. Термическое расширение и сжатие: изменение температуры при добыче или закачке вызывает значительное удлинение или укорачивание НКТ, вплоть до нескольких метров.
2. Потеря устойчивости (баклинг): сжимающие осевые силы вызывают потерю устойчивости НКТ – синусоидальный или спиральный изгибы, что приводит к контакту НКТ с ОК.
3. Эффект поршневания – разница давлений внутри и снаружи НКТ создает осевую силу, действующую на пакер, что особенно опасно при проведении ГРП.
4. Эффект вздутия – изменение давлений вызывает радиальную деформацию НКТ, что влияет на ее длину.
5. Повреждение оборудования – необходимо точно рассчитывать изменения длины НКТ для правильного подбора оборудования.

Некорректные инженерные расчеты могут приводить к различным аварийным ситуациям. Например, при превышении допустимых нагрузок возможно повреждение НКТ, срыв пакера с места установки, повреждение оборудования при проведении операций, гидроудары в затрубном пространстве.

Другой ряд последствий связан с потерей герметичности ОК: утечки в соединениях, нарушение изоляции пластов, проникновение жидкости в нецелевые зоны.

Для устранения указанных нарушений требуются значительные временные и финансовые затраты. В число расходов входит и оплата услуг бригад КРС, и потеря прибыли от вынужденного простоя скважины, и затраты на оборудование, поставляемое взамен вышедшего из строя.

Предотвратить перечисленные риски позволяет комплексный анализ всех видов нагрузок, которые испытывают НКТ и пакер, а также точное моделирование температуры и давления на протяжении всего жизненного цикла скважины и расчет изменения длины НКТ для правильного подбора оборудования и режимов закачки.

Пример применения ПО WELLCAT

Область применения ПО WELLCAT не ограничивается моделированием процессов бурения и заканчивания скважин. У специалистов ООО «БурСервис» есть опыт применения ПО WELLCAT для расчета зоны растепления в многолетнемерзлой породе, для подбора теплоизолированных лифтовых труб и термокейсов, для анализа температуры цементного камня после цементирования скважины, а также для оптимизации времени ожидания затвердевания цемента. В последние пять лет особый интерес у заказчиков вызывает применение данного ПО для моделирования нагрузок на НКТ и пакеры в процессе проведения ГРП.

Пример расчета нагрузки на стингер при проведении ГРП представлен на рис. 2-4. Это реальный пример расчета для газовой скважины глубиной 4160 м. Целью расчета стало определение изменения длины НКТ при операциях ГРП для подбора длины полированной воронки. В число особенностей скважины входили высокое давление и температура, что потребовало детального анализа всех компонентов системы.

Рис. 2. Исходные данные, использованные при моделировании

На рис. 3 – результаты проведенного расчета. Так, было определено, что изменение длины НКТ составит порядка 1,8 м. Отрицательное значение говорит о том, что предполагается сжатие НКТ. На изменение длины НКТ, согласно расчету, должны повлиять механические нагрузки вследствие потери устойчивости (баклинга) и вздутие (балунинг). Кроме того, был определен интервал, подверженный потере устойчивости. Режим потери устойчивости – синусоидальный, спиральный изгиб.

Рис. 3. Результаты проведенного расчета

Также рассчитаны нагрузки на стингер: давление и температура в интервале стингера при нагнетании в процессе ГРП. На рис. 4 представлен график распределения сил вдоль ствола скважины, а также условия на устье и на забое.

Рис. 4. Распределение сил вдоль ствола скважины

По результатам расчета заказчику были выданы рекомендации по длине воронки и прочностным характеристикам НКТ с учетом дополнительной нагрузки (рис. 5).

Рис. 5. Рекомендации заказчику по результатам проведенного анализа

Синергия ПО WELLCAT и экспертного консалтинга

Специалисты ООО «БурСервис» готовы предоставить консалтинговые услуги на любом этапе применения ПО WELLCAT: ответить на вопросы инженеров, помочь при реализации проекта, предоставить экспертную оценку результатов проведенных работ.

Выдержки из обсуждения