Способ комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия добывающих скважин неоком-юрских залежей Российский патент 2022 года по МПК E21B36/00 

Изобретение относится к области проектирования, строительства и эксплуатации добывающих скважин (ДС) при их кустовом размещении, возводимых в районах распространения многолетнемерзлых пород (ММП) при использовании грунтов основания по принципу I и может быть использовано при термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида более 30°С.

Известен способ теплоизоляции устьевой зоны ДС в многолетнемерзлых породах, в котором вокруг верхнего участка колонны труб размещен теплоизолирующий элемент, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры, с помощью которых осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента. В трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможностью извлечения и замены сезонно-действующие термостабилизаторы, осуществляющие перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий - элемент многолетнемерзлые породы, причем количество и взаиморасположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяют путем решения методом конечных разностей по явной схеме с регуляризацией двумерного нестационарного уравнения теплопроводности с распределенными внутри расчетной области источниками холода в неоднородной среде, имеющей прямоугольную симметрию и с подвижной границей раздела фаз (см. патент RU 2127356 С1, Е21В 36/00, опубл. 10.03.1999).

Недостатком указанного выше технического решения является его низкая эффективность в случае применения для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида, обусловленная тем, что не будет обеспечено сохранение мерзлого ядра в межскважинном пространстве на период эксплуатации не менее 30 лет (по результатам термомеханического прогнозного моделирования).

Наиболее близким аналогом являются комплексные решения по термостабилизации ММП, принятые при обустройстве сеноман-аптских залежей Бованенковского месторождения (температура газа на устье до 30°С). Первыми были запущены ДС первого этапа обустройства без спуска теплоизолированных труб, что привело к развитию неблагоприятных процессов, связанных с оттаиванием ММП, проявившими себя за время эксплуатации (см. Мельников И.В., Нерсесов С.В., Осокин А.Б., Николайчук Э.В., Васильева А.О., Михальченко Д.И. Геотехнические решения для строительства газовых скважин в особо сложных геокриологических условиях полуострова Ямал. Газовая промышленность. №12 | 794 | 2019 г. стр. 64-71). В последующих этапах обустройства были приняты комплексные решения: применены теплоизолированные лифтовые трубы (ТЛТ) с глубиной спуска 50 м в комплексе с парожидкостными сезонно-действующими системами температурной стабилизации грунтов (ТСГ) с типовой глубиной спуска 14 м (в сочетании с теплоизоляционными экранами из экструдированного пенополистирола) для обеспечения мерзлого состояния грунтов наиболее льдистой приповерхностной части разреза в приустьевых зонах ДС.

Глубина термостабилизации грунтов при данном способе не захватывает средние и нижние интервалы ММП, максимальный стабилизированный осадок при оттаивании которых составляет до 50% от общей осадки разреза. При температуре добываемого флюида на устье неоком-юрских залежей более 30°С - эксплуатация приведет к оттаиванию нижних и средних горизонтов ММП.

Таким образом, недостатком указанного выше технического решения для неоком-юрских залежей является его низкая эффективность, обусловленная тем, что не будет обеспечено сохранение мерзлого ядра в межскважинном пространстве на период эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа комплексной термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей с проектной температурой добываемого флюида на устье 30-85°С.

Техническим результатом заявленного технического решения является минимизация теплового воздействия ДС неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида при их кустовом размещении, предотвращение оттаивания с развитием неконтролируемых деформаций ММП в основании кустовых площадок, что в свою очередь обеспечит механическую безопасность ДС и объектов обустройства кустовых площадок (трубных обвязок, технологических эстакад, манифольд и проч.) на месторождениях в сложных инженерно-геокриологических условиях на период эксплуатации не менее 30 лет.

Заявленное изобретение обеспечивает повышение механической безопасности ДС неоком-юрских залежей и объектов обустройства кустовых площадок на месторождениях в сложных инженерно-геокриологических условиях за счет термостабилизации ММП.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород (ММП) неоком-юрских залежей в зоне воздействия добывающих скважин (ДС) перед началом строительства ДС выполняют бурение, по крайней мере, одной мерзлотно-параметрической скважины, в ходе которого визуально определяют глубину залегания подошвы ММП, как границу между мерзлой и талой зоной грунта, также в ходе выполнения упомянутого бурения проводят в стволе мерзлотно-параметрической скважины термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине, затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины, по пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0) определяют глубину залегания подошвы ММП, которую сравнивают с результатом глубины залегания подошвы ММП, определенным визуально по состоянию грунта, и наибольшее из сравниваемых результатов определения глубин залегания подошвы ММП используют при строительстве ДС в интервале ММП, в ходе которого осуществляют бурение ствола ДС и спускают в него двустенное теплоизолированное направление (ТН), между стенками которого расположена экранно-вакуумная изоляция (ЭВИ) или теплоизоляция из пенополиуретана (ППУ), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну, причем спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние горизонты ММП, затем осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, а также цементирование межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны, межтрубного пространства промежуточной и эксплуатационной колонн, при этом упомянутое цементирование в интервале ММП осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤0,25 Вт/(м*К), затем на глубину залегания подошвы ММП спускают двустенную насосно-компрессорную трубу (НКТ), между стенками которой расположена ЭВИ, кроме того, осуществляют термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки в грунт сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунты у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС, также при необходимости осуществляют термостабилизацию грунтов приустьевой зоны ДС посредством установки в ней СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунт приустьевой зоны площадки ДС.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение (НГКМ), скважины на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8, температура газа на устье 30-60°С).

На фиг. 2 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Харасавэйское НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 +ТП₂₆ - БЯ₂, температура газа на устье 40-60°С).

На фиг. 3 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Харасавэйское НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3, температура газа на устье 60-85°С).

На фиг. 4 показано определение мощности ММП косвенным методом по соотношению замеренной температуры и температуры начала замерзания-оттаивания пород по скважинам (на примере Харасавэйского ГКМ).

Заявленное изобретение осуществляют следующим образом.

В сложных геокриологических условиях полуострова Ямал недостаточная термостабилизация ММП в основании кустовых площадок может приводить к деформациям и нарушению устойчивости основания ДС и объектов обустройства кустовых площадок. Опыт эксплуатации сеноман-аптских ДС показал, что тепловое воздействие скважин и оттаивание ММП в околоскважинном пространстве приводит к ежегодным осложнениям, таким как приустьевые просадки и газопроявления, деформации основания кустовых площадок и фундаментов трубопроводной обвязки (ТПО) и прочее. При определенных условиях длительное оттаивание ММП может привести к потере несущей способности основания кустовой площадки в целом.

Освоение неоком-юрских залежей характеризуется высокой температурой добываемого флюида 30-85°С (проектная температура газа на устье), что требует особого внимания в части предотвращения растепления ММП в ходе эксплуатации. Комплексные решения по термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей - основной фактор эксплуатации скважин без осложнений, связанных с оттаиванием ММП.

При осуществлении проектирования ДС и кустовой площадки комплекс методов и глубину термостабилизации грунтов определяют на основе вариантного термомеханического прогнозного моделирования взаимодействия ДС с ММП на период эксплуатации не менее 30 лет.Термомеханическое прогнозное моделирование проводится как в едином программном комплексе, так и поэтапно в нескольких (различных) программных комплексах с разделением на теплотехническую и механическую задачи. Теплотехническую задачу оттаивания ММП в околоскважинном пространстве решают методом конечных объемов (метод конечных разностей) с учетом фазовых переходов и количества незамерзшей влаги в грунте. Механическую задачу определения деформаций грунтов (осадок) в основании кустовых площадок и в приустьевой зоне при оттаивании ММП решают методом конечных элементов (совместно с фильтрационной задачей). Моделирование проводится в трехмерной постановке. Глубина расчетной области при термомеханическом моделировании взаимодействия ДС с ММП должна быть не меньше мощности ММП.

Моделирование проводят с учетом тренда прогнозных климатических изменений. Для этого принимается климатическая модель для данной территории на период эксплуатации не менее 30 лет. Термомеханическая модель учитывает начальные геотермические условия, изменение состава, теплофизических и механических свойств грунтов в талом, мерзлом состоянии и при переходе от твердомерзлого к пластично-мерзлому состоянию ММП в спектре отрицательной температуры. Для оценки величины деформаций во времени учитывают фильтрацию и степень консолидации грунтов в основании кустовой площадки и приустьевой зоне.

Модель учитывает проектную температуру флюида на устье ДС, среднюю для выделенных эксплуатационных объектов (по залежам), и ее изменение за период разработки месторождения, как основной показатель, влияющий на взаимодействие ДС с ММП. Модель отражает кустовое размещение ДС с заданным расстоянием между скважинами, эксплуатационный режим скважин на период эксплуатации, комплексные решения по термостабилизации.

По результатам моделирования проводят вариантный анализ и проверку выполнения критериев геолого-технологической эффективности комплексной термостабилизации ММП в зоне воздействия ДС на период эксплуатации не менее 30 лет:

- обеспечение сохранности не менее 80% мощности мерзлого массива между скважинами;

- предотвращение деформации массива ММП основания кустовой площадки выше допустимых значений;

- обеспечение надежности и устойчивости основания кустовой площадки, крепи скважины, объектов обустройства кустовой площадки и их элементов при минимальных расстояниях между скважинами.

Комплексные решения по термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей осуществляют следующим образом.

Перед началом строительства ДС скважин выполняют бурение мерзлотно-параметрических скважин до глубины залегания подошвы ММП. Сооружение мерзлотно-параметрических скважин осуществляют для общей оценки сложности и изменчивости геокриологических условий территории для выбора площадок кустов ДС. Располагают мерзлотно-параметрические скважины в типичных мерзлотно-ландшафтных комплексах, которые определяются на основе дешифрирования аэро-космических снимков и материалов инженерно-геокриологической съемки территории. Мерз л отно-параметрические скважины проходят с полным отбором и обследованием керна, проведением полного комплекса ГИС, термометрическими исследованиями до подошвы ММП. Количество мерзлотно-параметрических скважин устанавливается исходя из сложности инженерно-геокриологических условий и составляет не менее 1 (до 3-х) скважин на проектируемой кустовой площадке. Мерзлотно-параметрические скважины могут быть переведены в наблюдательный фонд для режимных термометрических работ и задействованы в целях геокриологического мониторинга на месторождении.

Определяют глубину залегания подошвы ММП прямым методом, при котором глубину залегания подошвы ММП определяют визуально при описании керна в ходе бурения мерзлотно-параметрических скважин (определяет специалист инженер-геолог или геокриолог) как границу между мерзлой и талой зонами, а также по наличию льда в грунте и состоянию грунта.

Определяют глубину залегания подошвы ММП косвенным методом (см. фиг. 4) следующим образом.

В ходе выполнения бурения мерзлотно-параметрической скважины проводят в ее стволе термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине: ΔT=(T-T_bf) (Т - температура грунта в межскважинном пространстве, T_bf - температура начала замерзания грунта °С на глубине h_i). Температура начала замерзания грунта - это температура фазового перехода поровая влага-лед, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лед.

Затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины.

На фиг. 4 видно, что глубину залегания подошвы ММП определяют в месте пересечения кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0). По пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой определяют глубину залегания подошвы ММП.

Сравнивают значение глубины залегания подошвы ММП, определенное прямым методом и значение глубины залегания подошвы ММП, определенное косвенным методом. Наибольшее из сравниваемых значений принимают за действительное значение глубины залегания подошвы ММП и используют это значение глубины при строительстве ДС в интервале ММП.

Определение подошвы ММП позволяет определить мощность пород, содержащих лед и дающих осадку при оттаивании (мощность ММП).

По данным лабораторных исследований водно-физических, теплофизических и механических свойств грунта в талом и мерзлом состоянии в спектре отрицательной температуры до глубины подошвы ММП, определяют максимальную стабилизированную осадку всей толщи ММП, интервалы залегания горизонтов специфических грунтов (высокольдистых и просадочных, засоленных, газосодержащих).

Определение глубины залегания подошвы ММП позволяет определить мощность пород, содержащих лед и дающих осадку при оттаивании и максимальную глубину термостабилизации ММП.

В ходе строительства ДС осуществляют бурение ствола ДС. Спускают в ствол двустенное теплоизолированное направление (ТН), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну. Спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние наиболее льдистые горизонты ММП.

Теплоизоляция ТН может быть выполнена из пенополиуретана (ППУ) или выполнена в виде экранно-вакуумной изоляции (ЭВИ).

При осуществлении строительства ДС для снижения теплового потока от скважины в интервале льдистых ММП, осложненных пластовыми льдами и ледогрунтами, линзами криопэгов и газогидратными горизонтами используют ТН с внутренним теплоизолирующим материалом пенополиуретаном (ППУ) между стенками, коэффициент теплопроводности материала составляет не более 0,033 Вт*м/К (применимо, например, на Бованенковском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8, температура газа на устье 30-60°С или на Харасавэйском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3, температура газа на устье 60-85°С). Для условий Бованенковского и Харасавэйского месторождений глубина спуска ТН (ППУ) должна составлять не менее 40 м.

Коэффициент теплопроводности ТН с ЭВИ, составляет не более 0,0012 Вт*м/К (применимо, например, на Харасавэйском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂, температура газа на устье 40-60°С). Для условий Харасавэйского месторождения глубина спуска ТН с ЭВИ должна составлять не менее 40 м.

Осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны и межтрубного пространства промежуточной колонны и эксплуатационной колонны. Цементирование осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤0,25 Вт/(м*К). В качестве тампонажных растворов с теплопроводностью цементного камня ≤ 0,25 Вт/(м*К) могут быть использованы тампонажные растворы, в которых к тампонажному цементу добавлены армирующие добавки композитных полимерных материалов. К таким добавкам относятся полые микросферы разных типов, например, полые микросферы, в том числе, алюмосиликатные, или иные добавки (напрмер, вермикулит). В качестве таких тампонажных растворов может быть использован тампонажный раствор под маркой ThermoCEM LT (производитель ООО «СпецЦементСервис») и тампонажный раствор под маркой ArcticCem и ArcticCem Ligh (производители ООО «НефтеСервис» и Уральский завод тампонажных материалов).

После бурения скважины и цементирования колонн осуществляют спуск двустенной НКТ, между стенками которой расположена ЭВИ. Это обеспечивает предотвращение подъема подошвы ММП и снижение радиусов оттаивания вокруг скважин. Коэффициент теплопроводности НКТ составляет не менее 0,009-0,012 Вт/м*К.

Спуск НКТ осуществляют на глубину залегания подошвы ММП на начальный период эксплуатации ДС, которую определили по результатам мерзлотно-параметрического бурения (путем сравнения результатов определения глубины залегания подошвы ММП прямым и косвенным методами), с положительным допуском до 10% по глубине.

При такой глубине спуска НКТ снижается теплопоток от ДС по всей мощности ММП, что предотвращает подъем подошвы ММП и обеспечивается сохранность более 80% массива ММП, дающего максимальную осадку при оттаивании на период эксплуатации не менее 30 лет. Например, для условий Бованенковского месторождения и Харасавэйского месторождения глубина спуска НКТ должна составлять не менее 150 м.

Затем осуществляют термостабилизацию ММП грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть.

При необходимости осуществляют также термостабилизацию грунтов прискважинной зоны площадки ДС посредством установки СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть.

Установка СОУ обеспечивает термостабилизацию в приустьевой зоне. Подземную часть СОУ опускают в грунт на глубину, на которой расположены наиболее льдистые породы, осложненные пластовыми льдами и ледогрунтами, линзами криопэгов и газогидратными горизонтами.

Для неоком-юрских залежей Бованенковского НКГМ, с температурой газа на устье 40-60°С и для неоком-юрских залежей Харасавэйского НКГМ, с температурой газа на устье 40-60°С могут быть применены отдельностоящие СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.

Для неоком-юрских залежей Харасавэйского НКГМ, с температурой газа на устье 60-85°С возможно применение отдельностоящих СОУ глубокого заложения (40 м) для стабилизации грунтов приустьевой зоны и применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС (основания инженерных сооружений неглубокого заложения).

Применение СОУ 40 м в приустьевой зоне позволит снизить температуру мерзлого массива пород в 3 раза, обеспечить радиус оттаивания в интервале пород 40 м, не превышающий 0,5 м (на 30 лет эксплуатации), и обеспечить дополнительную устойчивость основания кустовой площадки в наиболее сложных условиях. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.

Применение совокупности предлагаемых технических решений позволит обеспечить критерии геолого-технологической эффективности на период эксплуатации не менее 30 лет для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в особо сложных инженерно-геокриологических условиях.

Примеры осуществления способа комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей.

Пример 1.

Способ предлагается для реализации в условиях Бованенковского месторождения для добывающих скважин с температурой добываемого флюида 30-60°С на устье (эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8).

На фиг. 1 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Бованенковского месторождения на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние ММП основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкотеплопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (T-T_bf) на 30-й год эксплуатации.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в условиях Бованенковского месторождения НКТ с ЭВИ следует спускать на глубину не менее 150 м. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании. Спускать ТН с ППУ на глубину 40 м и осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом.

В данном варианте активная термостабилизация грунтов прискважинной зоны не применяется. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания объектов обустройства кустовой площадки (инженерных сооружений неглубокого заложения).

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 101 м, ΔT = минус 2,5°С, S = 0,6 м) на протяжении эксплуатации, а также снизить развитие радиусов оттаивания в верхней части разреза на 70% только за счет увеличения глубины НКТ и применения ТН с ППУ.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Бованенковского месторождения дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска теплоизолированных направлений с ППУ на глубину 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в инженерно-геокриологических условиях Бованенковского месторождения при температуре газа на устье ДС 30-60°С.

Пример 2.

Способ предлагается для реализации в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения для ДС с температурой добываемого флюида 40-60°С на устье (эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂).

На фиг. 2 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Харасавэйского месторождения на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние многолетнемерзлых пород основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкотеплопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (T-T_bf) на 30-й год эксплуатации.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения ТН (ЭВИ) необходимо спускать на глубину не менее 40 м, осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом, а НКТ с ЭВИ спускать на глубину не менее 150 м. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании.

В данном варианте активная термостабилизация грунтов прискважинной зоны не применяется. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС (грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения).

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 120 м; ΔT = минус 1,6°С; S = 0,8 м) на протяжении эксплуатации только за счет применения вакуумированного ТН в сочетании с НКТ с ЭВИ.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Харасавэйского месторождения дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска ТН с ЭВИ на глубину 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в особо сложных инженерно-геокриологических условий Харасавэйского месторождения при температуре газа на устье ДС 40-60°С.

Пример 3.

Способ предлагается для реализации в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения для ДС с температурой добываемого флюида 60-85°С на устье (эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3).

На фиг. 3 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Харасавэйского месторождения на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние многолетнемерзлых пород основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (Т-T_bf) на 30-й год эксплуатации.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с температурой добываемого флюида 60-85°С в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения НКТ с ЭВИ следует спускать на глубину не менее 150 м, а ТН ППУ следует спускать на глубину 40 м, осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом. Активная термостабилизация реализуется путем применения отдельностоящих СОУ глубокого заложения (40 м) для стабилизации грунтов прискважинной зоны. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения.

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 118 м; ΔT = минус 4,6°C; S = 0,8 м) на протяжении эксплуатации. Применение СОУ 40 м в приустьевой зоне позволит снизить температуру мерзлого массива пород в 3 раза, обеспечить радиус оттаивания в интервале пород 40 м не превышающий 0,5 м (на 30 лет эксплуатации) и обеспечить дополнительную устойчивость основания кустовой площадки в наиболее сложных условиях. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Харасавэйского месторождения с температурой добываемого флюида 60-85°С дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска теплоизолированных направлений с ППУ на глубину 40 м, и отдельно стоящих СОУ с глубиной подземной части не менее 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в особо сложных инженерно-геокриологических условиях Харасавэйского месторождения при температуре газа на устье ДС 60-85°С.

Заявленный способ комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород ДС неоком-юрских залежей месторождений полуострова Ямал обоснован анализом данных мерзлотно-параметрического бурения, результатами прогнозного термомеханического моделирования, выполненного с учетом параметров разработки месторождения, прогнозных климатических изменений.

Изобретение относится к области проектирования, строительства и эксплуатации добывающих скважин (ДС) и может быть использовано при эксплуатации ДС неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида. Способ комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород (ММП) включает бурение перед началом строительства ДС по крайней мере одной мерзлотно-параметрической скважины. В ходе бурения визуально определяют глубину залегания подошвы ММП как границу между мерзлой и талой зоной грунта. Также в ходе выполнения бурения проводят в стволе мерзлотно-параметрической скважины термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине. Затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины. По пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0) определяют глубину залегания подошвы ММП, которую сравнивают с результатом глубины залегания подошвы ММП, определенным визуально по состоянию грунта. Наибольшее из сравниваемых результатов определения глубин залегания подошвы ММП используют при строительстве ДС в интервале ММП, в ходе которого осуществляют бурение ствола ДС и спускают в него двустенное теплоизолированное направление (ТН), между стенками которого расположена экранно-вакуумная изоляция (ЭВИ) или теплоизоляция из пенополиуретана (ППУ), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну. Причем спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние горизонты ММП. Затем осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, а также цементирование межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны, межтрубного пространства промежуточной колонны и эксплуатационной колонны. При этом цементирование в интервале ММП осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤ 0,25 Вт/(м⋅К). Затем на глубину залегания подошвы ММП спускают двустенную насосно-компрессорную трубу (НКТ), между стенками которой расположена ЭВИ. Кроме того, осуществляют термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки в грунт сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунты у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС. Также при необходимости осуществляют термостабилизацию грунтов приустьевой зоны ДС посредством установки в ней СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунт приустьевой зоны площадки ДС. Техническим результатом является минимизация теплового воздействия ДС неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида. 4 ил.

Способ комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород (ММП) неоком-юрских залежей в зоне воздействия добывающих скважин (ДС), в котором перед началом строительства ДС выполняют бурение по крайней мере одной мерзлотно-параметрической скважины, в ходе которого визуально определяют глубину залегания подошвы ММП как границу между мерзлой и талой зоной грунта, также в ходе выполнения упомянутого бурения проводят в стволе мерзлотно-параметрической скважины термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине, затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины, по пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0) определяют глубину залегания подошвы ММП, которую сравнивают с результатом глубины залегания подошвы ММП, определенным визуально по состоянию грунта, и наибольшее из сравниваемых результатов определения глубин залегания подошвы ММП используют при строительстве ДС в интервале ММП, в ходе которого осуществляют бурение ствола ДС и спускают в него двустенное теплоизолированное направление (ТН), между стенками которого расположена экранно-вакуумная изоляция (ЭВИ) или теплоизоляция из пенополиуретана (ППУ), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну, причем спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние горизонты ММП, затем осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, а также цементирование межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны, межтрубного пространства промежуточной колонны и эксплуатационной колонны, при этом упомянутое цементирование в интервале ММП осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤ 0,25 Вт/(м⋅К), затем на глубину залегания подошвы ММП спускают двустенную насосно-компрессорную трубу (НКТ), между стенками которой расположена ЭВИ, кроме того, осуществляют термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки в грунт сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунты у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС, также при необходимости осуществляют термостабилизацию грунтов приустьевой зоны ДС посредством установки в ней СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунт приустьевой зоны площадки ДС.