Поиск комплекса технических решений для обеспечения надежности крепи газовых скважин в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов

Введение. Добыча газа на месторождениях северного региона сталкивается с рядом сложностей, связанных с климатическими и геокриологическими ограничениями при бурении, строительстве и последующей эксплуатации скважин. Одним из наиболее выраженных факторов, осложняющих эксплуатацию, является процесс растепления многолетнемерзлых грунтов в результате теплового воздействия от добываемого флюида по стволу лифтовых труб через обсадные колонны скважины. Данный процесс происходит на глубине до нескольких сотен метров. При повышении температуры породы в пределах скважины льдистые грунты теряют свои прочностные свойства, что может приводить к снижению прочности крепи скважины и деформации обсадных колонн. Следствием негативного процесса растепления многолетнемерзлых грунтов является образование приустьевых термокарстовых просадок, возникновение непроектных сверхнормативных нагрузок на крепь скважин от смещающихся оттаивающих грунтов и возможные аварийные ситуации, связанные с разгерметизацией устьевого оборудования и лифтовых труб с выходом углеводородных фракций в атмосферу. В процессе строительства газовых скважин на территориях распространения льдистых грунтов используются специальные технологии термостабилизации, обеспечивающие необходимую термическую защиту и вместе с этим накладывающие дополнительные затраты на совокупную стоимость строительства скважин.
Цель. Поиск, испытание и внедрение комплекса технических решений и теплоизолирующих материалов, обеспечивающих термостабилизацию скважин в условиях многолетнемерзлых грунтов и обладающих максимальными технико-экономическими показателями, что позволит повысить техническую защищенность скважин и снизить совокупные затраты на их строительство.
Материалы и методы. В Группе компаний «Газпром нефть» проведена исследовательская работа по подбору технологически эффективных и технически реализуемых способов обеспечения сохранения многолетнемерзлых грунтов и предотвращения нарушения целостности конструкций добывающих скважин в криолитозоне при рациональных затратах на реализацию технологий.
В статье представлены результаты моделирования процессов растепления многолетнемерзлых грунтов с учетом применения рассматриваемых теплоизолирующих материалов и конструкций обсадки скважин, лабораторные испытания различных теплоизолирующих материалов, а также возможности оптимизации существующих технологий с использованием альтернативных теплоизолирующих решений, ранее не рассматриваемых в периметре вертикально интегрированных нефтяных компаний.
Результаты. На основании лабораторных испытаний получено подтверждение наличия более эффективных теплоизолирующих материалов (относительно базовых решений), которые возможно использовать для обеспечения термостабилизации многолетнемерзлых грунтов при строительстве скважин и позволяющих повысить технико-экономические показатели строительства скважин.
Заключение. На основании представленных данных рекомендуется проведение стендовых и опытно-промышленных испытаний новых термоизолирующих материалов в составе теплоизолированной обсадной трубы и использование термоцемента с микросферами при строительстве скважин.

1. Васильчук Ю.К., Крылов Г.В., Подборный Е.Е. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Т. 1. / СПб.: «Недра», 2006. — 346 с.

2. Посконина Е.А., Курчатова А.Н. Определение минимальной длины термокейса при выбранном расстоянии между скважинами // PRO НЕФТЬ. Профессионально о нефти, 2019. — №2. — С. 66–70.

3. 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, 2019. — №12. — С. 64–71.

4. Системы «ВЕТ» для температурной стабилизации грунтов приустьевых зон нефтегазовых скважин // Сфера. Нефть и газ, 2019. — №2. — С. 36–40.

5. Мерзляков М.Ю., Яковлев А.А. Применение тампонажных растворов с включением полых микросфер при креплении скважин в криолитозоне // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015. — №5. — С. 370–376.

6. Анисимов М.В., Рекунов В.С. Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких композиционных теплоизолирующих покрытий // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг ресурсов, 2015. — Т. 326. — №9. — С. 25–30.

7. Георгияди В.Г., Агапов А.А., Поверенный Ю.С., Зенков Е.В., Гилев Н.Г. Применение сверхтонкой теплоизоляции при обустройстве месторождений в районах распространения многолетнемерзлых грунтов // ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство», 2023. — №1. — С. 52–57.

8. Патент № 156025. Российская Федерация, МПК Е21В 36/00 (2006.01). Устройство для ликвидации тепловых потоков от добывающей скважины в многолетнемерзлые породы: № 2015100388/03: заявл. 14.01.2015: опубл. 27.10.2015/Хрусталев Л.Н., Чувилин Е.М., Гунар А.Ю. — 2 с.

9. Бухмиров В.В., Созинова Т.Е., Солнышкова Ю.С. Расчёт теплопередачи через непроницаемые стенки. Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2015. — 32 с.

10. Петров А.Н., Сартори А.В., Филимонов А.В. Комплексная оценка состояния научно-технических проектов через уровень готовности технологий // Научная экспертиза, 2016. — Т. 2. — №4. — С. 244–260.