ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром

Страница создана Диана Сергеева
 
ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА
НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
SCIENTIFIC-TECHNICAL JOURNAL

DESIGN AND DEVELOPMENT OF OIL AND GAS FIELDS

Строительство
скважин,
оборудование
и технологии

Освоение шельфа

Защита окружающей
среды от загрязнения

Нормативные
документы

Информация

№1. 2020
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
Адреса и телефоны офисов ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»:
660075, г. Красноярск, ул. Маерчака, д. 10
т./ф.: +7 (391) 256-80-30 / +7 (391) 256-80-32     office@krskgazprom-ngp.ru

107045, г. Москва, пер. Последний, д. 11, стр. 1
т./ф.: +7 (495) 966-25-50 / +7 (495) 966-25-51     office-msk@krskgazprom-ngp.ru

443086, г. Самара, ул. Скляренко, д. 26
т./ф.: +7 (846) 379-26-84 / +7 (846) 379-26-85     office-smr@krskgazprom-ngp.ru

625048, г. Тюмень, ул. Максима Горького, д. 76, оф. 416-422
т./ф.: +7 (34552) 679-200 office-tmn@krskgazprom-ngp.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА                                         УЧРЕДИТЕЛЬ:
                                                                    ООО «Красноярскгазпром
                                                                    нефтегазпроект»
НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
                                                                    Издается с 2017 г.
Научно-технический журнал
                                                                    Выходит 4 раза в год

                                                                    РЕДАКЦИЯ:
                       Редакционный совет
                                                                    Научный редактор
Теликова Р.С. – председатель, генеральный директор                  Н.Е. Игнатьева
             ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»;
                                                                    Компьютерная верстка
Арно О.Б. – генеральный директор ООО «Газпром добыча                Т.В. Мальцева
              Ямбург»;
                                                                    Корректор
Кроха В.А. – генеральный директор ООО «Газпром                      Н.В. Шулятикова
              добыча шельф Южно-Сахалинск»;
Лукьянчиков М.И. – генеральный директор
                                                                    АДРЕС РЕДАКЦИИ:
           ООО «Газпром газнадзор».
                                                                    107045, Москва, пер. Последний,
                                                                    д. 11, стр. 1.
                                                                    Тел.: (495) 966-25-50.
                    Редакционная коллегия
                                                                    E-mail: office-msk@krskgazprom-ngp.ru
Оганов Г.С. – главный редактор, первый заместитель
               генерального директора
               ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»,
               д-р техн. наук, профессор;                           Авторы опубликованных
                                                                    материалов несут ответственность
Волкова В.А. – заместитель главного редактора,                      за достоверность приведенных
             ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»;                сведений, точность данных
                                                                    цитируемой литературы.
Дзюбло А.Д. – Российский государственный университет
                                                                    Перепечатка и иное коммер-
             нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина,
                                                                    ческое использование материалов
             д-р техн. наук, профессор;                             допускается только с разрешения
                                                                    редакции.
Добролюбов С.А. – декан Московского государственного
           университета имени М.В. Ломоносова,                      В номере использованы фотографии
           д-р геогр. наук, профессор;                              из архива ООО «Красноярскгазпром
                                                                    нефтегазпроект», а также
Зубченко А.В. – ведущий научный сотрудник ФГУП
                                                                    фотографии, предоставленные
             «Полярный научно-исследовательский                     авторами статей.
             институт морского рыбного хозяйства
             и океанографии им. Н.М. Книповича»,
             д-р биол. наук, профессор;                             Подписано в печать 17.03.2020.
                                                                    Формат 60×901/8
Кершенбаум В.Я. – заведующий кафедрой Российского                   Офсетная печать.
           государственного университета нефти и                    Усл. печ. л. 8,0.
           газа (НИУ) имени И.М. Губкина, д-р техн.                 Уч.-изд. л. 8,4.
           наук, профессор;                                         Тираж 350 экз.

Хведчук И.И. – независимый эксперт по геолого-
             разведочным работам.                                   Отпечатано в типографии:
                                                                    ООО ПГ “АРС-ПРЕСС”
                                                                    121170 г. Москва,
                                                                    Кутузовский просп., 36.

                                                                    © «Проектирование и разработка
                                                                    нефтегазовых месторождений»

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                      1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СОДЕРЖАНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ
3    Меркурьев Д.В.
     Компенсация реактивной мощности буровых установок

8    Головин В.В., Литвинов А.В., Пищухин В.М.
     Проблемы ликвидации скважин

ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА
15   Кульпин Д.Л., Гусейнов Ч.С., Блох С.С.
     Актуальные проблемы освоения нефтегазовых месторождений арктических морей

26   Староконь И.В., Овсянников Ю.М., Танцоров А.В., Новолокина В.В.
     Программный комплекс автоматизированного проектирования CADMATIC
     для освоения шельфовых месторождений нефти и газа на примере комплекса

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
34   Безродный Ю.Г.
     Современные проблемы обращения с отходами бурения скважин на суше

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

44   Смирнова Т.С., Мазлова Е.А.
     Особенности применения отраслевых терминов в нормативно-правовой базе ТЭК

ИНФОРМАЦИЯ
54   Система дополнительного профессионального образования Губкинского университета:
     гармония традиций и инноваций

2                                           Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

УДК 620.93

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
БУРОВЫХ УСТАНОВОК
Д.В. Меркурьев, заместитель начальника управления
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект».
E-mail: d.merkurev@krskgazprom-ngp.ru

Ключевые слова: энергоэффективность; качество эклектрической энергии; проблемы с электроснабжением
в бурении.

Аннотация. В статье рассмотрены аспекты существующей системы электроснабжения буровых
установок, применяемых в эксплуатационном и разведочном бурении, способы повышения надежности
электроснабжения и эффективности их работы.

П
      отребителями электро-              в механическую работу и теп-                Преобразователи частоты,
      энергии на буровых уста-           лоту.                                    неуправляемые и управляемые
      новках различного типа                Реактивная       мощность             выпрямители,    тиристорные
в основном являются синхрон-             Q (кВ∙Ар) расходуется на со-             регуляторы напряжения, асин-
ные и асинхронные двигатели              здание магнитных полей в об-             хронные двигатели, свароч-
технологического оборудова-              мотках электродвигателей и               ные аппараты и другое обору-
ния, осветительные устройства,           трансформаторов. В отличие               дование, присутствующее на
сварочные аппараты, щитовые              от активной реактивная мощ-              площадках бурения, являются
устройства КИПиА, объекты                ность «бесполезна» для потре-            нелинейными электроприем-
жилищно-бытового комплекса.              бителя.                                  никами (форма кривой потре-
В настоящее время остро стоит               Активная мощность в цепях             бляемого тока не повторяет в
вопрос качества электроэнер-             однофазного синусоидального              точности форму кривой напря-
гии, в частности, на устарев-            тока определяется по формуле             жения и не является синусо-
ших производствах, связанный
                                                     Р = UI cos φ,
с возникновением различных
аварийных ситуаций с электро-            где φ – угол сдвига фаз между
оборудованием. Для определе-             среднеквадратичными значе-
ния качества электроэнергии              ниями напряжения и тока [1].
при бурении скважин рассмо-                 С учетом изложенного ко-
трим подробнее составляющие              эффициент мощности (cos φ)                               S
полной мощности.                         электрического устройства ра-                                        Q
   Полная мощность S (кВ∙А)              вен отношению активной мощ-
определяется как квадратный              ности P к полной мощности S и
                                                                                              φ
корень из произведения зна-              принимает значения от 0 до 1.
чений квадратов действующих                 Таким образом, по коэффи-                                 P
активной и реактивной мощно-             циенту мощности можно су-
стей (рис. 1) [1].                       дить о количестве реактивной
   Активная мощность P (кВт)             энергии, потребляемой элек-                 Рис. 1. Треугольник мощности
преобразуется      приемниками           трическими устройствами.

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                   3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

                                                                                                                а
           400

           200
    I, A, U, B

                 0

         –200

         –400
             0                   0,005      0,010       0,015           0,020          0,025           0,030
                                                         t, c
                         Угол сдвига
           400                                                                                                  б

           200
    I, A, U, B

                 0

         –200

         –400
                     0            0,005     0,010        0,015          0,020          0,025           0,030
                                                          t, c

    Рис. 2. Графики тока и напряжения:
       а – активная нагрузка; б – реактивная нагрузка; синий цвет – U,красный цвет – I

идальной – имеется сдвиг фаз              воде будет присутствовать, так        торому еще добавляется ток,
между кривыми тока и напря-               как полностью симметричной            обусловленный несимметрией
жения) и потребляют значи-                нагрузки не существует. Не-           питающего напряжения, его
тельное количество реактив-               синусоидальный ток может              несинусоидальностью и не-
ной электроэнергии (рис. 2 [2]).          быть представлен геометри-            симметрией нагрузки, что в
   Далее для понимания общей              ческой суммой токов высших            свою очередь может вызывать
реактивной нагрузки бурового              гармоник различной частоты.           протекание компенсационного
оборудования приведена таб-               Математически форму несину-           тока в нейтральном проводни-
лица с расчетом мощностей                 соидального тока можно пред-          ке в 1,73 раза больше фазного
применительно     к   БУ-3000             ставить в виде суммы умень-           [3]. Если основное потребление
ЭУК-1М.                                   шающихся по амплитуде сину-           энергии приходится на нели-
    Как видно из представ-                соид, кратных частоте питаю-          нейные нагрузки, встречаются
ленной таблицы, общая ре-                 щего напряжения (50, 100, 150,        рекомендации по увеличению
активная составляющая по                  200 Гц…). ГОСТ 30804.4.30-2013        сечения нулевого проводника
всем потребителям составляет              предписывает учитывать гар-           в 2 раза (относительно сечения,
716,49 кВ∙Ар.                             моники не менее 40-го порядка.        рассчитанного для фазных про-
   В трехфазной системе при               Нечетные гармоники (осталь-           водников).
идеальной симметричной ли-                ные взаимно компенсируются)               Поскольку от перегрузки по
нейной нагрузке ток в нулевом             суммируются в нейтральном             току защищаются только фаз-
проводе отсутствует, однако в             проводнике и вызывают весь-           ные провода, перегрузка нуле-
реальности ток в нулевом про-             ма значительный ток, к ко-            вого (нейтрального) провода

4                                                    Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

   Расчет мощностей применительно к БУ-3000 ЭУК-1М

                                                         Коэффи-
                                                          циент
                                Установ- Коэф-          реактив-        Потребляемая мощность               Рас-
                     Напря-      ленная фици-              ной                                              чет-
       Место
                     жение        мощ-     ент          мощности                                            ный
     установки
                     Uн, кВ       ность  спроса                                                             ток
                                                                         Рр =        Qр =       Sр =
                                 Ру, кВт    Kc                                                                Iр
                                                       cos φ tg φ       = P уК с,   =Ррtg φ, = √Рр2 +Qр2,
                                                                         кВт         кВ∙Ар       кВ∙Ар

    Вышечно-
    лебедочный         0,69      571,20       0,45      0,89    0,51   257,04       131,69      288,81      241,94
    блок
    Ротор Р-700        0,69      512,20       0,40      0,92    0,43   204,88        87,28      222,70      186,56
    Крановая
                       0,38       13,40       0,10      0,92    0,43     1,34         0,57       1,46        2,22
    техника
    Компрессор-
                       0,38       87,50       0,53      0,91    0,46    46,38        21,13      50,96       77,52
    ная станция
    Система
    очистки
                       0,38      326,50       0,50      0,91    0,46   163,25        74,38      179,40      272,89
    бурового
    раствора
    Насосный
    блок 1             0,69      630,00       0,50      0,89    0,51   315,00       161,38      353,93      296,50
    УНБ-600
    Насосный
    блок 2             0,69      630,00       0,50      0,89    0,51   315,00       161,38      353,93      296,50
    УНБ-600
    Вспомога-
    тельное
    оборудова-
    ние
      буровой
                       0,38      111,13       0,20      0,95    0,33    22,23         7,31      23,40       35,59
      установки
      площадки
      строитель-       0,38      253,13       0,52      0,96    0,29   131,63        38,39      137,11      208,57
      ства
    Вахтовый
                       0,38      201,50       0,38      0,97    0,25    81,40        20,40      83,92       127,65
    поселок
    Итого
    по общим                    3336,56 0,4610                         1538,14 703,90          1695,61
    нагрузкам:

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                    5
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

может привести к его повреж-         высших гармоник, возника-               пряжения и тока не является
дению – «отгоранию нуля», что        ющий из-за емкости длинных              разрушительным для электри-
может вызвать значительный           кабелей и других емкостных              ческого оборудования, подклю-
перекос фазных напряжений            нагрузок. В некоторых случаях           ченного к системе. Встречается
и повреждение оборудования           искажение напряжения при-               буровое оборудование, име-
потребителей. Таким образом,         водит к нарушениям связи,               ющее специальные требования
мощные потребители с неси-           ложным срабатываниям си-                в отношении регулирования на-
нусоидальным входным током           стем защиты и сигнализации              пряжения и формы колебаний,
(нелинейные нагрузки) могут          и пр. Наибольшие проблемы               которое от поставщика снаб-
не только вызывать искаже-           возникают при использовании             жено необходимыми стабили-
ние напряжения сети и «за-           управляемых выпрямителей,               заторами и фильтрами. Важно
грязнять» сеть помехами, но          которые применяются как са-             отметить, что современные бу-
и привести к аварийной ситу-         мостоятельно, так и в составе           ровые комплексы в настоящее
ации, выведя из строя кабель и       электроприводов. В последнем            время уже «на заводе» оснаща-
оборудование других потреби-         случае регулирование скорости           ются установками по компенса-
телей. Токи высших гармоник          привода вниз от номинальной             ции реактивных составляющих.
в электроприводах не разви-          сопровождается уменьшением              В каждом конкретном случае,
вают полезную механическую           коэффициента мощности. Для              если значения нелинейного
мощность, но создают допол-          источника электроэнергии это            амплитудного искажения пре-
нительные потери в генерато-         означает увеличение загрузки            вышают допустимые значения,
рах, трансформаторах, кабелях        генератора реактивным током,            необходимо принять соответ-
и коммутационных аппаратах           что препятствует передаче ак-           ствующие меры для уменьше-
и пр. С токами высших гармо-         тивной мощности от первично-            ния амплитудного искажения
ник связаны высшие гармо-            го двигателя (дизеля, турбины           до приемлемых пределов с по-
ники напряжения, величина            и др.) в сеть. Основная пробле-         мощью применения фильтра-
которых при прочих равных ус-        ма заключается в ограничении            ции, смещения фаз и т. п.
ловиях тем больше, чем выше          производительности бурового                К традиционным средствам
внутреннее     сопротивление         оборудования из-за перегрузки           повышения       коэффициента
источника.                           генераторов по току. Перегруз-          мощности относятся следу-
                                                                             ющие:
                                                                                1. Источники реактивной
                                                                             мощности:
                                                                                – конденсаторы, если реак-
                                                                             тивная мощность индуктивно-
                                                                             го характера;
       В настоящее время остро стоит вопрос качества                            – катушки индуктивности
       электроэнергии, в частности, на устаревших                            (реакторы) при ёмкостной ре-
       производствах, связанный с возникновением различных
                                                                             активной мощности (использу-
       аварийных ситуаций с электрооборудованием.
                                                                             ются для компенсации на ЛЭП).
                                                                                2. Регуляторы реактивной
                                                                             мощности — устройства, из-
                                                                             меряющие и поддерживающие
                                                                             величину cos φ на заданном
                                                                             оптимальном уровне путём вы-
   Источниками электроэнер-          ка происходит из-за большо-             дачи команд на исполнитель-
гии для буровых установок, в         го реактивного тока, при этом           ные устройства без участия
основном, являются дизель-           дизели будут недогружены по             персонала. В состав регулятора
ные генераторы, у которых            моменту, имея значительный              входит процессор, контроли-
внутреннее сопротивление до-         запас по мощности.                      рующий напряжение, уровень
статочно высоко, а суммарная            Изложенное наглядно пока-            гармоник, температуру, состо-
установленная мощность пре-          зывает острую необходимость             яние конденсаторов и обеспе-
образователей зачастую соиз-         применения установок по ком-            чивающий аварийное отключе-
мерима с мощностью источни-          пенсации реактивной мощ-                ние в критических случаях.
ков. Это усугубляет проблемы,        ности, при этом применение                 3. Коммутационные устрой-
вызываемые высшими гармо-            нелинейных нагрузок требует             ства, подключающие и отклю-
никами напряжения. Особую            проведения исследований, ко-            чающие необходимое число
опасность представляет резо-         торые должны показать, что              источников реактивной мощ-
нанс напряжений на частотах          амплитудное искажение на-               ности в зависимости от команд

6                                                  Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

регулятора. Технические требо-           момент вырабатывается зна-              установок, режимов их работы
вания обусловливают исполь-              чительное количество реак-              (особенно при их питании от
зование различных коммутаци-             тивной мощности, при этом               внешнего источника электро-
онных устройств:                         довольно остро стоит вопрос             снабжения), фактических за-
   – конденсаторных       элек-          о необходимости применения              меров реактивной мощности и
тромагнитных      контакторов
при статической компенсации;
   – тириконов (комбиниро-
ванный электронно-механиче-
ский контактор) при динамиче-
ской компенсации;
   – тиристорных контакто-                       Источниками электроэнергии для буровых установок,
ров при динамической компен-                     в основном, являются дизельные генераторы, у которых
                                                 внутреннее сопротивление достаточно высоко, а суммар-
сации;
                                                 ная установленная мощность преобразователей зачастую
   – вакуумных контакторов                       соизмерима с мощностью источников.
при напряжении > 1кВ.
   4. Антирезонансные дрос-
сели используются при повы-
шенном уровне гармоник.
   5. Защитные      устройства,
обеспечивают отключение всей
установки или группы конден-             компенсирующих        устройств.        в итоге – разработки меропри-
саторов.                                 В противном случае нагрузка             ятий по модернизации буровых
   Коэффициент       мощности,           принимает и отдает в сеть прак-         установок, позволяющих повы-
близкий к 1, позволяет оптими-           тически всю энергию, при этом           сить эффективность и надеж-
зировать работу электроуста-             возникает ситуация, в которой           ность их работы. n
новки и обеспечивает следу-              потребитель вынужден оплачи-
ющие преимущества:                       вать энергию, которая не была
   – уменьшение количества               использована фактически, а
потребленной энергии за счет             также бороться с негативным             ЛИТЕРАТУРА
снижения нагрузочного тока;              влиянием реактивных нагру-
   – уменьшение доли реак-               зок, в том числе способных при-         1. Бессонов Л.А. Теоретические основы
тивной энергии в счете за элек-          вести к аварийным ситуациям.            электротехники. Электрические цепи.
                                                                                 9-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая
троэнергию;                              Основным      предназначением
                                                                                 школа, 1996. – 638 с.
   – повышение стабильно-                устройств по компенсации ре-
сти напряжения для потреби-              активной мощности является              2. Климов В.П., Москалев А.Д.
                                                                                 Проблемы высших гармоник в совре-
теля, а также надежности и               снижение действий реактив-
                                                                                 менных системах электропитания.–
пропускной способности элек-             ной мощности для увеличения
                                                                                 URL: http://l-avt.ru/support/library (дата
трической сети;                          и поддержания на определен-             обращения: 10.09.2019.)
   – уменьшение       активных           ном нормативном уровне вели-
                                                                                 3. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-
потерь в кабелях благодаря               чины коэффициента мощности
                                                                                 4-30:2008) Электрическая энергия.
снижению тока, потребляемого             в трехфазных распределитель-            Совместимость технических средств
электроустановкой;                       ных сетях. Наиболее важная              электромагнитная. Методы измерений
   – снижение      воздействия           задача – аккумуляция в кон-             показателей качества электрической
высших гармоник;                         денсаторах реактивной мощ-              энергии. – М.: Стандартинформ,
   – снижение потерь элек-               ности. Это действие помога-             2014. – 52 с.
троэнергии в силовом транс-              ет разгрузить электрическую             4. ПУЭ. Правила устройства электро-
форматоре, к вторичной об-               сеть от перетоков реактивной            установок. Изд. 7.– М.: Министерство
мотке которого подключено                мощности,      стабилизировать          энергетики РФ. Утвер. приказом
компенсирующее устройство.               напряжение, увеличивать долю            Минэнерго России от 20.06.2003 № 242
                                         активной мощности. Вышеиз-              // Вестник Госэнергонадзора. – М.:
   Таким образом, при исполь-            ложенное показывает необхо-             Изд-во НЦ ЭНАС.
зовании малоэффективных бу-              димость проведения обследо-
ровых установок в настоящий              ваний существующих буровых

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                             7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ - ПАО "Газпром
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

УДК 622.245.8

ПРОБЛЕМЫ ЛИКВИДАЦИИ СКВАЖИН
В.В. Головин, ведущий инженер-проектировщик
ООО «Красноярскгазпром нефтегазпроект»;
А.В. Литвинов, научный сотрудник,
В.М. Пищухин, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук
ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
E-mail: v.golovin@krskgazprom-ngp.ru

Ключевые слова: ликвидация скважин; межпластовые перетоки; межколонные давления; цементирование
скважин.

Аннотация. Статья посвящена постановке задачи исследования и направлениям совершенствования процесса
ликвидации нефтегазовых скважин. Рассмотрены основные подходы к проблеме ликвидации скважин.

С
     каждым годом наблюдает-              необходимых условий выра-                   кающих по прошествии многих
     ся рост бездействующего              ботки продуктивного пласта.                 лет существования ликвидиро-
     фонда скважин по причи-                 Под ликвидацией скважи-                  ванной скважины.
нам ожидания подключения,                 ны обычно подразумевается                      При негерметичности кре-
ожидания ремонта, обводне-                определенный комплекс изо-                  пи или разгерметизации кон-
ния продуктивных интервалов,              ляционно-ликвидационных и                   струкции скважины появляет-
низких ФЕС после ремонта и                восстановительных работ, на-                ся возможность для перетоков
др. и выделяется все больше               правленных на обеспечение                   подземных жидкостей и газов
средств на проведение ремонт-             промышленной безопасности,                  из одного пласта в другой и
ных работ для поддержания                 охраны недр и окружающей                    миграции их на поверхность.
фонда скважин в действующем               среды.                                      Со временем на устье появля-
состоянии [1]. Обоснованный                  Ликвидация скважины –                    ются межколонные давления
выбор между их ремонтом или               это очень сложный и затрат-                 (МКД). Поэтому для скважин,
ликвидацией будет иметь всё               ный процесс, при котором, в                 выполнивших свое назначе-
бóльшее значение. Такой фонд              первую очередь, необходимо                  ние, надежная ликвидация до-
скважин не может долгое время             устранить возникшие по раз-                 стигается     восстановлением
находиться в бездействии или              личными причинам в ходе ее                  естественной разобщенности
консервации, так как меняю-               эксплуатации    межпластовые                горных пород, нарушенной в
щаяся геологическая и гидро-              перетоки (МПП) флюида. Кро-                 процессе бурения, препятству-
геологическая обстановка в                ме того, ликвидация скважин                 ющей МПП флюидов и выходу
стволе скважин и пристволь-               должна проводиться с повы-                  их на поверхность.
ном массиве горных пород мо-              шенным качеством изоляцион-                    Число скважин с МПП и МКД,
жет привести к нарушению                  ных работ для предотвращения                в том числе и ликвидирован-
дальнейшего режима эксплу-                негативных последствий старе-               ных, зависит только от их воз-
атации пластов. Со временем               ния и разрушения цементного                 раста и сроков разработки ме-
такой фонд скважин необходи-              камня, образованного при там-               сторождения. Так, например, на
мо не восстанавливать, а лик-             понировании скважин во время                месторождениях Мексиканско-
видировать для обеспечения                ликвидационных работ, возни-                го залива более 8 тыс. скважин

8                                                           Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

имеют установившиеся меж-                нистом растворе, на котором             возникновению каналов, спо-
трубные давления [2]. Эти про-           вскрывался продуктивный го-             собствующих фильтрации флю-
блемы связаны, прежде всего,             ризонт во время бурения и пер-          идов (газа, нефти, воды, рапы)
со сложными геологическими               форации, что не обеспечивало            из пластов с АВПД в пласты с
строениями месторождений, в              сцепления цементного раство-            меньшим давлением. Возни-
том числе с аномально высоким            ра с колонной и породой;                кают межпластовые перетоки,
пластовым давлением (АВПД)                  • многократные опрессов-             межколонные давления и, воз-
по стволу скважины, представ-            ки эксплуатационной колонны,            можно, микрогрифоны вокруг
ленными агрессивным газом,               цементных мостов, соляно-кис-           устья скважины.
нефтью, рапой, высокопла-                лотные обработки вскрытого                 В соответствии с действу-
стичными солевыми и глини-               горизонта и резкое снижение             ющим законодательством лик-
стыми отложениями, а также               избыточного давления, приво-            видированные скважины долж-
низким уровнем качества це-              дящее к разрушению цементно-            ны находиться в состоянии,
ментировочных работ во время             го кольца, образованию в нем            обеспечивающем сохранность
капитального     строительства           трещин и «отлипанию» цемен-             месторождения, безопасность
скважин, плохим техническим              та от породы и колонны;                 жизни и здоровья населения,
состоянием обсадных колонн и                • старение       цементного          охрану окружающей природной
цементного кольца после экс-             камня во времени;                       среды в зоне влияния ликвиди-
плуатации.                                  • влияние       агрессивных          рованных объектов.
   Основными        причинами            компонентов H2S и СО2 совмест-             Поэтому, когда дело касает-
возникновения избыточного                но с пластовыми водами.                 ся ликвидации скважин, нельзя
давления в межколонных про-                 Основным недостатком су-             применять принцип разделе-
странствах являются:                     ществующих         конструкций          ния скважин на имеющие или
   • негерметичность забой-              разведочных и добывающих                не имеющие МКД, имеющие или
ного и устьевого оборудования;           скважин является жесткое                не имеющие заколонные пе-
   • негерметичность обсад-              крепление всех колонн между             ретоки. Все скважины должны
ных колонн;                              собой цементным раствором,              рассматриваться как потенци-
   • негерметичность цемент-             включая эксплуатационную ко-            ально опасные с точки зрения
ных мостов;                              лонну.                                  появления межколонных дав-
   • негерметичность цемент-                При пуске скважины в экс-            лений, заколонных перетоков
ного кольца за колонной;                 плуатацию и при ее закрытии             и, как следствие, способству-
   • дегазация пластовых вод;            знакопеременные газодинами-             ющие образованию техноген-
   • наличие в разрезе струк-            ческие и гидравлические на-             ных залежей и, возможно, гри-
туры нескольких самостоятель-            грузки на устье могут достигать         фонов.
ных линз или залежей углево-             400–500 кН и более. При работе             Наблюдения за ранее лик-
дородов с АВПД.                          скважины     эксплуатационная           видированными скважинами
   Негерметичность цемент-               и другие колонны прогрева-              лишь подтверждают этот факт.
ного камня между колоннами               ются, что приводит к термиче-           Ранее ликвидированные сква-
и горной породой обусловлена             скому расширению как длины              жины через некоторое время
многими причинами, к кото-               колонн, так и диаметра, и, на-          снова возвращались на повтор-
рым относятся:                           оборот, при остановке проис-            ную ликвидацию по причине
   • низкая     эффективность            ходит сужение колонн. Частые            появления давления в трубном,
существующих технологий кре-             пуски-остановки, неизбежные             затрубном и межколонном про-
пления скважин;                          при эксплуатации скважин,               странствах (даже те, которые
   • вскрытие больших ин-                приводят к разрушению крепи             до ликвидации межколонных
тервалов продуктивного гори-             (цемента) между всеми колон-            давлений не имели).
зонта в обсаженной колонне               нами и горной породой.                     Изоляционно-ликвидацион-
стреляющими перфораторами,                  Помимо этого, отрицатель-            ные работы в скважине состав-
приводящее к многократным                ное воздействие на жесткую              ляют последний и наиболее
встряхиваниям эксплуатаци-               систему крепления оказыва-              ответственный этап её жизнен-
онной колонны и разрушению               ют постоянное вибрационное              ного цикла, так как они долж-
цементного кольца за ней, что            поле, возникающее при движе-            ны обеспечивать надежное и
подтверждается материалами               нии газожидкостного потока из           долговременное разобщение
АКЦ до перфорации и после                продуктивного пласта к устью            пластов в заколонном про-
нее;                                     и сейсмическое воздействие              странстве и самом стволе. Они
   • работы по ликвидации                земной коры. Все это приво-             должны планироваться исходя
скважин и МКД путем установ-             дит к деформации и растре-              из принципа, что повторные
ки цементных мостов на гли-              скиванию цементного камня,              работы невозможны или они

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                 9
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

требуют неизмеримо бóльших           или вследствие причин геоло-            1 мм, который в некоторых слу-
материально-технических за-          гического характера.                    чаях рассматривается как по-
трат [3].                                6. Законсервированные сква-         тенциальный канал движения
   Скважины,      пробуренные        жины в ожидании организации             газа.
для разведки и разработки ме-        промысла (свыше 10 лет); сква-              Сказанное достаточно на-
сторождений нефти и газа, при        жины, использование которых             глядно иллюстрируется фото-
ликвидации и списании затрат         невозможно из-за несоответ-             графией из работы [6], на ко-
делятся на шесть категорий [4].      ствия условиям эксплуатации −           торой хорошо видны зазоры
   1. Поисковые и разведочные        конструкции, диаметра и низ-            между внутренней поверхно-
скважины (а также опорные и          кой коррозионной стойкости              стью металлических колонн
параметрические), выполнив-          обсадной колонны и ее некаче-           и затвердевшим цементным
шие свое назначение и оказав-        ственного цементирования.               камнем.
шиеся сухими или водяными,               Говоря об изоляционно-лик-              Объяснение причин дви-
не доведенными до проектной          видационных работах, необ-              жения газа и других флюидов
отметки, а также скважины с          ходимо учитывать мнение                 по затрубному пространству
притоком нефти или газа про-         А.И. Булатова, который писал            после цементирования сква-
мышленного значения.                 [5], что опыт цементирования            жин и объединение отдельных
                                                                             мнений и точек зрения (часто
                                                                             противоречивых) о природе
                                                                             газопроявлений, перетоков и
                                                                             образования грифонов в еди-
                                                                             ную теорию представляет
      В соответствии с действующим законодательством                         сложную задачу, так как при-
      ликвидированные скважины должны находиться                             чины рассматриваемых ослож-
      в состоянии, обеспечивающем сохранность месторожде-                    нений пока недостаточно изу-
      ния, безопасность жизни и здоровья населения, охрану
                                                                             чены [5].
      окружающей природной среды в зоне влияния
      ликвидированных объектов.                                                  Существует несколько спо-
                                                                             собов цементирования обсад-
                                                                             ных колонн. Все они могут быть
                                                                             разделены на две большие
                                                                             группы – первичные и вторич-
                                                                             ные способы цементирования
   2. Добывающие скважины,           и борьба с перетоками, газо-            нефтяных и газовых скважин.
оказавшиеся сухими или водя-         проявлениями и грифонами                Первичные проводят после
ными, а также оценочные, вы-         показывают, что в большин-              бурения. Вторичные (ремонт-
полнившие свое назначение.           стве случаев они имеют одну             ные) – после первичных, обыч-
   3. Скважины, подлежащие           и ту же природу. Для разработ-          но после некоторого периода
ликвидации по техническим            ки мероприятий, предупрежда-            работ в скважинах и наруше-
причинам вследствие некаче-          ющих перетоки, газопроявле-             ния герметичности заколонно-
ственной проводки, аварии в          ния и грифоны, должна быть              го пространства или колонны,
процессе бурения, испытания и        проведена классификация фак-            появления посторонних вод,
эксплуатации, а также скважи-        торов, определяющих высокое             прохождения газа по зацемен-
ны, пробуренные для глушения         качество цементирования, а              тированному заколонному про-
открытых фонтанов.                   также условия формирования              странству. Сюда же с полным
   4. Скважины основных фон-         каналов в затрубном прост-              основанием можно отнести и
дов предприятия после об-            ранстве.                                изоляционно-ликвидационные
воднения сверх предела по               После цементирования ко-             работы.
проекту разработки, снижения         лонна часто оставляется под                 По мнению А.И. Булатова
дебитов нефти и газа до преде-       избыточным внутренним дав-              [5], до сих пор остаются невы-
ла рентабельности, при прекра-       лением. По истечении време-             ясненными причины сообще-
щении приёмистости нагнета-          ни затвердевания цементного             ний пластов, перетоков, газо-
тельных скважин.                     раствора давление снимается,            проявлений,     возникновения
   5. Скважины в запретных зо-       колонна несколько деформиру-            «вторичных»       нефтегазовых
нах (полигоны, промышленные          ется, сокращаясь по диаметру.           залежей и других осложнений,
предприятия, населенные пун-         Так как цементный камень при-           связанных с нарушением гер-
кты), скважины, ликвидируе-          обрел некоторую прочность,              метичности затрубного камня.
мые после стихийных бедствий         между ним и колонной может              Это объясняется недостаточно
(землетрясения, оползни и т. д.)     остаться зазор размером до              ясным представлением самого

10                                                 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

понятия качества цементиро-
вания скважин; относительной
(видимой) простотой процесса
цементирования; нежеланием
его усложнять вследствие «не
совсем понятного», так называ-
емого «повышения качества»;
отсутствием вспомогательного
оборудования, выпускаемого
централизованным способом.
Еще в большей степени это
относится к цементированию
ликвидируемых скважин, так
как разобщение пластов ме-
тодами цементирования при
проведении изоляционно-лик-
видационных работ требует
очень высокого качества.
   Установление        основных
причин [5] каналообразования,
низкого качества цементиро-
вания позволяет выработать
или обновить технологические
приемы проведения всего цик-
ла работ по цементированию
скважин.
   Научное обобщение нако-                   Рис. 1. Зазоры между колоннами и цементным камнем
пленных результатов иссле-
дований и производственного
опыта по разработке некоторых
аспектов технологии цемен-
тирования скважин осущест-                  Бывает, что считающиеся              ционного фонда предприятий.
влялось лишь по отдельным                ликвидированными      скважи-           Согласно этому положению
направлениям (тампонажные                ны выглядят так, как на рис. 2.         специальный      ликвидацион-
материалы, осложнения при                Естественно, ни о каком мони-           ный фонд создавался за счет
креплении скважин и др.).                торинге состояния таких лик-            10 % от суммы регулярных
   По рациональному веде-                видированных скважин разго-             платежей за добычу полезных
нию процесса цементирова-                вора быть не может.                     ископаемых и 10 % от суммы
ния скважины, в целом обоб-                 В настоящее время отсут-             отчислений на воспроизвод-
щающие работы, отсутствуют.              ствуют специальные источ-               ство     минерально-сырьевой
Это отразилось и на практике             ники ресурсного обеспечения             базы. Фонд являлся собствен-
цементирования скважин, со-              ликвидационных работ на                 ностью государства. С отме-
здав некоторый разрыв меж-               лицензионных участках, кото-            ной в 2002 г. обязательных от-
ду степенью разработанно-                рые позволили бы компаниям              числений на воспроизводство
сти отдельных теоретических              в полной мере осуществлять              минерально-сырьевой базы, а
звеньев и методических основ             обязательные ликвидацион-               также с введением нового на-
ведения процесса с использо-             ные мероприятия после окон-             логового кодекса указанный
ванием на практике накоплен-             чания эксплуатации место-               источник       финансирования
ного огромного опыта в этой              рождений. Существующее за-              был упразднен.
области.                                 конодательство не предусма-                В настоящее время ликвида-
   Несмотря на то, что из всех           тривает создание специально-            ционный фонд для ресурсного
видов операций, связанных с              го источника для ресурсного             обеспечения ликвидационных
цементированием скважин, на-             обеспечения данного весьма              работ создается только для
ибольшее число случаев с неу-            дорогостоящего комплекса ме-            месторождений, разрабатыва-
дачным или безрезультатным               роприятий. Ранее существова-            емых на условиях Соглашений
исходом приходится на установ-           ло специальное Положение о              о разделе продукции. В связи
ки мостов, этот вопрос еще недо-         порядке формирования и ис-              с этим проблема ресурсного
статочно освещен в литературе.           пользования средств ликвида-            обеспечения ликвидационных

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                11
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

                                                                             вает необходимость прове-
                                                                             дения мероприятий по оздо-
                                                                             ровлению фонда скважин, что
                                                                             требует изыскания дополни-
                                                                             тельных источников финанси-
                                                                             рования.
                                                                                 Наличие значительно ослож-
                                                                             ненного, изношенного фонда
                                                                             скважин при одновременном
                                                                             падении объемов добычи яв-
                                                                             ляется еще одной из серьез-
                                                                             ных проблем разработки и
                                                                             эксплуатации месторождений
                                                                             на завершающей стадии раз-
                                                                             работки. Потребность в лик-
                                                                             видации пробуренного фонда
                                                                             скважин постоянно существу-
                                                                             ет. Более того, из года в год она
                                                                             увеличивается. В результате
                                                                             добывающие предприятия вы-
     Рис. 2. Скважина, считающаяся ликвидированной [7]
                                                                             нуждены сокращать объемы
                                                                             оздоровительных        меропри-
                                                                             ятий на осложненном фонде
                                                                             скважин вследствие ограничен-
работ представляется весьма          и, соответственно, накопив-             ности существующих финан-
актуальной.                          ших большой фонд скважин в              совых ресурсов и отсутствия
   Ввиду отсутствия законо-          ожидании ликвидации.                    методологии       формирования
дательной поддержки созда-              Дополнительным      факто-           источников финансирования,
ния специального ликвидаци-          ром, обостряющим эту пробле-            предусматривающих затраты
онного фонда, а также слабой         му, является то, что основная           на ликвидацию осложненно-
финансовой    заинтересован-         часть конструкций ранее про-            го и изношенного фонда сква-
ности разработчиков недр,            буренного фонда скважин не              жин.
                                                                                 Таким образом, можно сде-
                                                                             лать некоторые обобщения.
                                                                                 1. В нефтегазовой отрасли
                                                                             наблюдается не всегда верное
         Для разработки мероприятий, предупреждающих перетоки,               отношение к вопросу ликви-
         газопроявления и грифоны, должна быть проведена                     дации скважин. Главной целью
         классификация факторов, определяющих высокое                        ликвидации скважины являет-
         качество цементирования, а также условия формирования               ся, прежде всего, восстановле-
         каналов в затрубном пространстве.                                   ние естественной разобщенно-
                                                                             сти горных пород, нарушенной
                                                                             в процессе бурения. Надежная
                                                                             ликвидация должна препят-
                                                                             ствовать межпластовому пере-
                                                                             току флюидов и выходу их на
остается не разработанным            соответствует    современным            поверхность.
организационно-экономиче-            требованиям охраны недр и                   2. В целом отсутствуют на-
ский механизм формирования           окружающей среды и по этой              учные обобщающие работы,
ресурсного обеспечения лик-          причине относится к катего-             посвященные рациональному
видационных работ на выра-           рии осложненных [8]. Кроме              проведению ликвидации сква-
ботанных      месторождениях.        того, скважины не могут дол-            жины. Большинство авторов
Особую актуальность данная           гое время находиться в консер-          занимаются        цитированием
проблема имеет для «старых»          вации, так как геологическая и          устаревшей инструкции и не-
газодобывающих      регионов,        гидрогеологическая обстанов-            значительным совершенство-
где ведется преимущественная         ка в их стволах может привес-           ванием ее положений. Заме-
разработка месторождений на          ти к нарушению экологическо-            тен некоторый разрыв между
поздней стадии эксплуатации          го равновесия. Все это вызы-            степенью       разработанности

12                                                 Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
СТРОИТЕЛЬСТВО СКВАЖИН, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

отдельных теоретических зве-             дуктивных пластов, остаются              на Астраханском ГКМ: дис.... канд.
ньев процесса цементирования             очень высокими. Кроме того,              техн. наук. – Уфа, 2012. – 194 с.
скважин с использованием на              если МКД удалось устранить,              3. Уметбаев В.Г., Мерзляков В.Ф.,
практике большого накоплен-              то скважина может продолжать             Волочков Н.С. Капитальный ремонт
ного опыта в этой области и              эксплуатироваться, а не ликви-           скважин. Изоляционные работы. –
методических основ ведения               дироваться.                              Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 2000. –
изоляционно-ликвидационных                  4. Высокую актуальность               424 с.
работ.                                   имеет проблема ресурсного                4. Правила безопасности в нефтяной и
   3. Парадоксальным является            обеспечения ликвидационных               газовой промышленности (с измене-
положение дел с ликвидацией              работ. Необходима организа-              ниями на 12.07.2015 г.): утв. Феде-
                                                                                  ральной службой по экологическому,
скважин, имеющих МКД и МПП.              ция целенаправленной кам-
                                                                                  технологическому и атомному надзору,
В соответствии с нормативной             пании на законодательном                 приказ № 101 от 12.03.2013 г.: ввод в
документацией скважина мо-               уровне по созданию на каждом             действие с 01.01.2017 г. – URL: http://
жет быть ликвидирована толь-             добывающем       предприятии             docs.cntd.ru/document/499011004 (дата
ко после устранения МКД. Но              специальных фондов для фи-               обращения: 13.02.2020 г.).
в то же время в большинстве              нансирования работ по ликви-             5. Булатов А.И. Технология цементи-
случаев наличие МКД и МПП и              дации скважин. n                         рования нефтяных и газовых сква-
невозможность их устранения                                                       жин. – М.: Недра, 1973. – 296 с.
как раз и являются причиной                                                       6. Новое в ликвидации морских сква-
перевода скважины в катего-              ЛИТЕРАТУРА
                                                                                  жин. – URL: http://www.energyland.info/
рию подлежащих ликвидации.               1. Кубрак М.Г. Сокращение бездей-        news-show-neft_gaz-neftegaz-51793
Поэтому зачастую изоляцион-              ствующего фонда скважин. – Элек-         (дата обращения: 13.11.2019 г.).
но-ликвидационные      работы            тронный научный журнал «Нефте-           7. Вне закона. Правовой статус боль-
проводятся с низким качеством,           газовое дело» .– 2012. – № 1. – URL:     шинства ликвидированных скважин не
надлежащего разобщения пла-              http://www.ogbus.ru /authors/ Kubrak/    определен. – URL: http://www.indpg.ru/
стов не происходит, МКД оста-            Kubrak_4.pdf (дата обращения:            nik/2010/04/31149.html (дата обраще-
ются, а реалии возникновения             13.11.2019 г.).                          ния: 13.11.2019 г.).
новых МПП и восстановления               2. Горбачёва О.А. Разработка и внедре-   8. URL: http://www.newsru.com/pict/
старых, в том числе и из-за до           ние методов контроля и исследований      big/22118.html (дата обращения:
конца не выработанных про-               скважин с межколонными давлениями        13.11.2019 г.).

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                                       13
14   Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ОСВОЕНИЕ ШЕЛФА

УДК 553.981.2

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ
НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ
Д.Л. Кульпин, научный сотрудник;
Ч.С. Гусейнов, главный научный сотрудник, д-р техн. наук, профессор;
С.С. Блох, ст. научный сотрудник, канд. техн. наук
ИПНГ РАН
Е-mail: guseinov.2@yandex.ru

Ключевые слова: подводные плавучие буровые и нефтегазодобычные суда; длительно замерзающие моря;
подводные погружные суда/сооружения; ледовые воздействия; сжижение газа; сейсмическая разведка;
моделирование; опробование скважин.

Аннотация. В статье рассмотрен широкий круг вопросов: сейсмическая разведка нефтегазовых арктических
месторождений, бурение разведочных и добывающих скважин, их опробование, моделирование притока
пластовой продукции, процессы от добычи углеводородов до логистических аспектов их доставки, а также
безопасность морских нефтегазодобывающих объектов вплоть до их защиты от террористических актов,
которые могут нанести не только материальный урон и человеческие жертвы, но и повлечь невосполнимый
экологический ущерб.

В
      предстоящее десятиле-               программу освоения разве-       риодическим изменением экс-
      тие перед нашей стра-               данных нефтегазовых место-      центриситета орбиты Земли к
      ной проблема освоения               рождений.                       Солнцу, чем с интенсификацией
нефтегазовых месторождений,                  Необходимо отметить, что     промышленных выбросов (СО2
расположенных на арктиче-                 начавшееся планетарное поте-    и СО), будут способствовать
ских морях, встанет во весь               пление вовсе не облегчит ре-    интенсификации и учащению
рост, поскольку добыча нефти              ализацию такой грандиозной      шквальных ветров и других
и газа на большинстве бога-               программы, соизмеримую лишь     вредных климатических явле-
тейших месторождений нефти                с космическими программами.     ний, сопровождаемых так назы-
и газа северных территорий                Более того, долгосрочные кли-   ваемыми ледовыми дождями,
начнёт постепенно снижать-                матические прогнозы обещают     которые в значительной мере
ся. И в связи с этим уже сейчас           значительный рост ветровых      повысят ветровую нагрузку с
необходимо приступить к вос-              нагрузок, которые существен-    сопровождением ледовых обра-
полнению запасов углеводо-                но осложнят проведение как      зований на многих надводных
родов на арктических морях                геофизических исследований,     сооружениях. Ярким подтверж-
и, прежде всего, планомерно,              так и поисково-разведочное      дением этого являются изме-
море за морем, определиться               бурение. Уместно отметить,      нения климата Земли, которые
с ресурсами, чтобы на этой ос-            что климатические изменения,    очень хорошо объясняются так
нове построить рациональную               обусловленные больше апе-       называемыми циклами Ми-

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                      15
ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА

                                                                               гии ветрового воздействия к
                                                                               2081–2100 гг., который по про-
                                                                               гнозам может вырасти на 100–
                                                                               200 Вт/м2, что в пересчёте на
                                                                 450           площади промышленных со-
                                                                               оружений составит существен-
                                                                 350
                                                                               ные энергетические затраты
                                                                 250           для удержания промышлен-
                                                                               ных объектов в заданном (про-
                                                                 150           ектном) положении. Также
                                                                               прогнозируется     увеличение
                                                                 50
                                                                               повторяемости числа дней в
                                                                 –50           году со скоростями ветра более
                                                                               10 м/с (рис. 1).
                                                                 –150             Известно, что природные
     а                                                                         циклы климата (тысячелет-
                                                                               ние, вековые, внутривековые,
                                                                               годичные) давно детермини-
                                                                               рованы специалистами, т. е.
                                                                 14            выявлены закономерности, в
                                                                               том числе и под влиянием кос-
                                                                 10            мических факторов с опреде-
                                                                               лённой периоднчностью, а сей-
                                                                 6             час продолжают PR компанию,
                                                                               доводя до абсурда некоторые
                                                                 2             положения о месте углекисло-
                                                                               го газа в глобальном кругово-
                                                                 –2            роте углерода. Внутренние ци-
                                                                               клы создают некую гармонию,
                                                                 –6            которая усиливает или сглажи-
                                                                               вает амплитуду изменчивости
     б
                                                                               и её периодичность солнечной
     Рис. 1. Изменение удельной мощности ветрового потока                      активности в нагреве океана,
     (Вт/м2) (а) и числа дней в году со скоростью ветра v > 10 м/с (б)         циркуляции атмосферы и пр.
     в 2081–2100 гг.                                                           Одновременно с уменьшением
                                                                               толщины и площадей далеко
                                                                               несплошных ледовых полей
                                                                               возникнет проблема более ак-
                                                                               тивного дрейфа крупных ле-
ланковича при иллюстрации              Арктического региона, и что             довых образований, которая
доисторических эпох палео-             немаловажно – установление              представляет серьёзную опас-
зоя и мезозоя. Таким образом,          многолетних тенденций изме-             ность для эксплуатации мор-
эти факторы в значительной             нения условий окружающей                ских нефтегазовых сооруже-
мере осложнят все производ-            среды. Так, в частности, в [1,          ний (МНГС) в условиях шельфа
ственные процессы, обычно              2] приведены данные метео-              арктических морей. Надводное
реализуемые традиционными              наблюдений нескольких реги-             положение традиционных кон-
геофизическими судами и плат-          онов Северного Ледовитого               струкций МНГС будет подвер-
формами надводного исполне-            океана, по результатам которых          гаться комплексному воздей-
ния, снижая как безопасность           был сделан вывод об устойчи-            ствию ветровой и волновой
пребывания на них персонала,           вой тенденции роста скорости            нагрузок; при этом также не-
так и эффективность и продол-          ветров и высоты волн, связан-           обходимо учитывать возмож-
жительность     подавляющего           ных с увеличением площади               ный навал ледовых образова-
большинства производствен-             поверхности океана, свобод-             ний на сооружения. С учётом
ных операций на них.                   ной ото льда под действием              устойчивой тенденции к росту
   В последние годы проведе-           глобального потепления. В дру-          ветровой и волновой нагру-
но множество исследований              гом источнике [3] приводит-             зок на арктическом шельфе,
климатических особенностей             ся прогноз увеличения энер-             а также ввиду отсутствия эко-

16                                                   Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ОСВОЕНИЕ ШЕЛФА

    Рис. 2. Современное специализированное сейсмосудно. Фото PGS

номически оправданных под-               арктические (Баренцево, Кар-     блематично, учитывая общий
ходов к удержанию МНГС при               ское, Лаптева, Восточно-Си-      спад объема морской сейсмо-
навале массивных ледовых                 бирское, Берингово, Охотское)    разведки в последние несколь-
образований, представляется              моря, а также      переходные    ко лет.
целесообразным рассмотреть               зоны суша–моря (практически          Вместе с тем, по данным
возможность     эксплуатации             несудоходные зоны). Для аква-    ООО «Морские инновации»,
подводной буровой платфор-               торий первой категории сред-     Россия владеет флотом специ-
мы (ПНГС).                               ства и технологии отработаны     ализированных судов, не обла-
   Рассмотрим спектр перспек-            в достаточной степени эффек-     дающих, как правило, самыми
тивных технических решений               тивно, например, одна из ве-     современными технологиями,
и технологий, применимых                 дущих мировых компаний PGS       а потому и не самым эффек-
в условиях Арктики, а имен-              обладает всеми необходимыми      тивным по многим критериям
но: сейсморазведку; бурение;             решениями, начиная с мощных      и, в частности, поэтому не име-
моделирование;     логистику;            специализированных       судов   ющим полной загрузки.
добычу углеводородов; эколо-             (рис. 2) до средств получения,       Кроме того, фактор сезон-
гию; безопасность; ликвида-              передачи, обработки визуали-     ности проведения работ в Ар-
цию промысла.                            зации получаемых данных.         ктике также снижает полезную
                                            Строительство и эксплуата-    загрузку флота, подталкивая
                                         ция таких судов целесообразны    судовладельцев искать подря-
Сейсморазведка                           только при полной загрузке, а    ды в других акваториях, что
                                         это, в свою очередь, возможно    неминуемо ставит их в положе-
Морские акватории России с               только при наличии соответ-      ния конкуренции с мировыми
точки зрения технологий сей-             ствующего портфеля заказов,      грантами сейсморазведки и
сморазведки можно разделить              которых на российском шель-      понижает общую эффектив-
на категории – умеренные                 фе явно недостаточно. При        ность за счет увеличения мо-
(Черное, Азовское, Каспий-               этом конкуренция на мировом      билизационных        периодов.
ское, Балтийское, Японское) и            рынке выглядит довольно про-     При этом передовой мировой

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                     17
ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА

     Рис. 3. Подводное сейсмосудно. Источник: www.hisutton.com//

опыт не может быть в полной         бы перспективы их создания             кораблестроения эта задача
мере применен в условиях Ар-        они малопродуктивны.                   может быть успешно решена
ктики в силу ледовых усло-             В этой связи представля-            «в металле», хотя конструк-
вий и требует от подрядчиков        ет интерес проект «Айсберг»            торское решение складных
максимального наращивания           Фонда перспективных ис-                крыльев в условиях подводной
производительности специа-          следований совместно с Цен-            гидродинамики – задача явно
лизированных судов. Так, круп-      тральным     конструкторским           неординарная. При этом под-
нейший в России подрядчик           бюро морской техники «Ру-              водное сейсмосудно позволяет
Севморнефтегеофизика полу-          бин», с участием ряда органи-          не только проводить работы
чил несколько лет назад одно        заций, включая ИПНГ РАН [4].           круглогодично, но, что принци-
из самых современных сейсми-        В рамках этого проекта разра-          пиально важно, осуществлять
ческих судов «Академик При-         ботан вариант гражданской              детальную 3D съемку там, где
маков» с возможностью бук-          специализированной атомной             это нужно, поскольку без про-
сировки 16 сейсмических кос         подводной лодки (рис. 3) для           ведения таких работ с последу-
одновременно, что позволяет         сейсмического зондирования             ющим объемным моделирова-
увеличить эффективность, но         в любых морских акваториях и           нием месторождений говорить
не решает проблему организа-        прежде всего в Арктике.                о масштабной их разработке в
ции масштабных сейсмографи-            Представляется, что под-            Арктике не приходится.
ческих исследований Арктики.        водное сейсмическое судно в               Еще одна сторона морской
Степень актуальности таких          перспективе способно решать            сейсморазведки,     требующая
исследований и масштабы ра-         задачи морской сейсморазвед-           адекватных решений, – прове-
бот являются предметом дис-         ки независимо от климатиче-            дения работ в переходной зоне.
куссии, однако без наличия          ских и ледовых условий. На со-         Переходные зоны суша–моря
технических средств или хотя        временном уровне подводного            являются без преувеличения

18                                               Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
ОСВОЕНИЕ ШЕЛФА

наиболее сложными объекта-               нах или ЛДШ, однако исполь-         печивающих       оптимальное
ми сейсмических работ. При               зование зарядов конденсиро-         согласование записей, полу-
этом переходную зону можно               ванных ВВ в любом виде за-          ченных с импульсными и ви-
условно разделить по глуби-              прещено (и этот вопрос ждёт         брационными источниками и
нам на четыре типа [5].                  своего разрешения). Компро-         зарегистрированных приемни-
   1. Глубина моря больше 5–             миссным решением является           ками скорости и ускорения.
7 м. Применяется стандартный             использование пневмоисточ-
аппарат урно-методический                ников погружного типа, воз-
комплекс: фланговые системы              буждающих сигналы в мелких          Бурение и испытание
наблюдений – 2D- или 3D-про-             скважинах и обычно работа-          скважин
филирование MOB ОГТ с бук-               ющих в режиме накопления.
сируемыми пьезокосами (в том                Стоимость работ в переход-       В настоящее время разра-
числе цифровыми) и линейны-              ных зонах почти на порядок          ботана и внедрена широкая
ми пневмоисточниками.                    дороже работ, выполняемых           номенклатура      технических
   2. Глубина моря от 2–3 до             по стандартной методике на          средств морского бурения. Не
5–7 м – мелководье. Применя-             глубоком море. С учетом про-        вдаваясь в давно и хорошо из-
ется 2D-профилирование MOB               тяжённости береговой линии          вестные средства, такие как
ОГТ с использованием флан-               Российской Арктики (включая         самоподъемные (СПБУ) и по-
говой системы наблюдений и               острова) в 34,75 тыс. км [6] ука-   лупогружные (ППБУ) буровые
«старт-стопной» технологии               занная проблема не выглядит         установки, а также буровые
(в зарубежной терминологии               надуманной и требует отдель-        судна (БС), остановимся на
«уо-уо»). В качестве источни-            ного решения. Перспективы           тенденциях развития средств
ков обычно применяются те                дальнейшего развития техно-         морского бурения.
же линейные группы пневмо-               логий сейсморазведочных ра-            • Модульность конструк-
источников с глубиной подве-             бот на предельном мелководье        ций [7]. Сущность модульного
ски излучателей от 1,5 до 3 м.           и в транзитных зонах связаны        принципа – комплектование
   3. Глубина моря от 0,5 до             с общим прогрессом теории и         разнообразных сложных не-
2–3 м – предельное мелководье.           практики сейсморазведки. Тем        стандартных изделий с боль-
Наряду с обычным линейным                не менее можно наметить сле-        шим различием характеристик
2D-профилированием с пере-               дующие его направления:             из небольшого экономически
мещаемой расстановкой широ-                 • в области возбуждения ко-      обоснованного числа типов
ко применяются обращенные                лебаний – совершенствование         и типоразмеров одинаковых
системы наблюдения с непод-              существующих и создание но-         первичных общих элементов –
вижным приемным устрой-                  вых эффективных невзрывных          модулей. Модуль в таком пони-
ством и подвижным взрывпун-              источников колебаний;               мании – это самостоятельное
ктом, перемещающимся по                     • в области приема коле-         изделие, имеющее автоном-
заданной сети точек возбуж-              баний – широкое применение          ную документацию на изготов-
дения. В качестве источников             многокомпонентных, в том            ление, полностью собранное,
применяются обычно неболь-               числе погружных, приемников         прошедшее функциональную
шие группы пневматических                скорости и ускорения смеще-         проверку и готовое к монтажу.
излучателей, устанавливаемых             ния; применение многоканаль-        Они могут легко соединяться,
на маломерном плавсредстве               ных регистрирующих систем с         образуя сложные системы (в
и буксируемых на поплавках               переходом на проведение ра-         судостроении – суда и другие
с подвеской на глубине от 1,0            бот со сверхплотными систе-         плавучие сооружения), разъ-
до 1,5–2 м или волоком по дну.           мами наблюдений без группи-         единяться и заменяться с це-
В последнем случае часто при-            рования приемников;                 лью получения систем с дру-
меняется накопление инфор-                  • в области систем наблю-        гими компонентами и харак-
мации.                                   дений – использование систем,       теристиками при ремонте или
   4. Глубина моря менее                 наиболее      соответствующих       модернизации. В общем виде
0,5–0,7 м – транзитная зона.             задачам и условиям работ; ши-       эта тенденция выражается в
В этих условиях применение               рокое применение скважин-           том, что техническое средство
как морских, так и любых на-             ных исследований и их ком-          морского бурения собирает-
земных источников поверх-                плексирование с наземными           ся из отдельных модульных
ностного типа неэффективно.              съемками;                           блоков, каждый из которых
В этой зоне более эффектив-                 • в области обработки дан-       отработан как подсистема,
ным было бы применение не-               ных     –   совершенствование       имеющая входы-выходы и ре-
больших зарядов ВВ в скважи-             способов и алгоритмов, обес-        ализующая конкретный набор

№ 1. 2020, Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений                                       19
ОСВОЕНИЕ ШЕЛЬФА

функций. Причем в ряде случа-       спективными для глубин более         шающую строительство ана-
ев предусматривается замена         100 и менее 6000 м, – ППБУ           логичных объектов на суше.
одних модулей на другие. Такой      с динамическим позициони-            При прочих равных условиях
подход позволяет расширять          рованием, а для глубин менее         к морским скважинам предъ-
возможности отдельного тех-         300 м – ППБУ на натяжных             являются соответственно и
нического средства, адаптируя       опорах.                              самые высокие требования по
его под те или иные условия             • Создание высокотехноло-        надежности и продуктивности.
бурения или для другого при-        гичных скважин. Значительные         Именно для морских место-
менения. Такой подход имеет         запасы углеводородов, откры-         рождений применены скважи-
свои преимущества, но не мо-        тые и перспективные в Аркти-         ны с самыми протяжёнными
жет быть реализован в полной        ке, требуют новых решений            горизонтальными участками,
мере, поскольку средства мор-       по их освоению. В этой связи         многозабойностью, дистанци-
ского бурения не конструктор        авторы предлагают начать ра-         онной управляемостью и др.
Lego, и только отдельные бло-       боты по созданию принципи-              Для того чтобы сделать
ки и модули могут быть реа-         ально нового класса средств          освоение морских нефтегазо-
лизованы в такой концепции.         морского бурения и эксплуата-        вых месторождений эффек-
Так или иначе, заказчики таких      ции месторождений в Арктике          тивным и экономически це-
средств при проектировании          [5]. Действительно, в условиях       лесообразным, требуется ши-
решают оптимизационную за-          тяжелой ледовой обстановки в         рокое применение новых тех-
дачу сочетания специализа-          течение длительного периода          нических решений. Одним из
ции и универсальности. Кроме        во всей акватории российской         таких решений является со-
того, такой подход предполага-      части Арктики, за исключени-         здание высокотехнологичных
ет серийное производство мо-        ем Баренцева моря, осущест-          скважин (ВТС). Такие сква-
дулей, что накладывает свои         влять все работы, связанные          жины принято считать «ум-
ограничения для реализации.         с бурением, обустройством и          ными» скважинами, которые
                                                                         обеспечивают     оптимальный
                                                                         технологический режим до-
                                                                         бычи углеводородов (УВ) с ис-
                                                                         пользованием разнообразных
                                                                         датчиков и исполнительных
     Уже сейчас необходимо приступить к восполнению запасов              устройств, в результате чего
     углеводородов на арктических морях и, прежде всего,                 заметно снижается себестои-
     планомерно, море за морем, определиться с ресурсами,                мость разработки и эксплуата-
     чтобы на этой основе построить рациональную программу
                                                                         ции нефтегазовых месторожде-
     освоения разведанных нефтегазовых месторождений.
                                                                         ний.    Преимущество     таких
                                                                         скважин перед обычными со-
                                                                         стоит в том, что эти скважины
                                                                         конструктивно      объединяют
                                                                         ряд компонентов для сбора,
                                                                         передачи и анализа данных о
   • Строительство универ-          дальнейшей      эксплуатацией        добыче и продуктивном пласте
сальных плавучих буродобыч-         месторождений существующи-           в режиме реального времени;
ных комплексов, получивших          ми средствами, практически           они позволяют управлять при-
устойчивую аббревиатуру FPSO        невозможно. Ныне действую-           током из отдельных пластов в
(Floating Production, Storage and   щие и перспективные гидро-           случаях многопластовых экс-
Offloading). Как правило, такие     технические сооружения не в          плуатационных объектов с
средства не предполагают бу-        состоянии обеспечить освое-          целью оптимизации добычи
рения скважин, а эксплуатиру-       ние этих ресурсов.                   УВ без проведения достаточно
ют пробуренные ранее буро-             Самые передовые и техно-          сложных внутрискважинных
выми установками скважины           логичные решения в бурении           работ. Это достигается посред-
с подводным заканчиванием.          скважин применяются в пер-           ством дистанционно управ-
Такие комплексы развивают-          вую очередь для бурения до-          ляемых клапанов и систем
ся и показывают свою эффек-         бывающих скважин морских             измерения, установленных на
тивность в широком диапазо-         месторождений. Это связано           забое скважин. К настоящему
не применений. Другой класс         с чрезвычайно высокой стои-          времени во всем мире работа-
буровых установок, которые          мостью строительства таких           ет около 1000 таких скважин,
представляются наиболее пер-        скважин, в 10–20 раз превы-          больше половины из которых

20                                             Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений, № 1. 2020
Вы также можете почитать