СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗАКАЧИВАНИЯ СКВАЖИН ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МНОГОПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

IMPROVEMENT OF WELL INJECTION DESIGNS FOR SIMULTANEOUS AND SEPARATE OPERATION OF MULTILAYER DEPOSITS

Denisov Nikita Evgenievich

Master's Student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Semendyaev Sergey Vitalievich

Master's Student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Denisova Yanina Vyacheslavovna

Scientific supervisor, Candidate of sciences, associate professor, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы совершенствования конструкций закачивания скважин для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) многопластовых месторождений, находящихся на поздней стадии разработки. Проведен анализ существующих технических решений, выявлены их ключественные недостатки, обоснованы направления модернизации. Разработана усовершенствованная компоновка, включающая комбинированную систему лифтовых колонн, два гидравлических пакера с дублированными уплотнительными элементами и оригинальный перепускной узел-разобщитель. Показано, что внедрение разработанной конструкции позволяет увеличить межремонтный период с 8 до 18 месяцев.

ABSTRACT

The article discusses the issues of improving well injection designs for simultaneous and separate operation of multilayer deposits at a late stage of development. The analysis of existing technical solutions has been carried out, their qualitative disadvantages have been identified, and the directions of modernization have been substantiated. An improved layout has been developed, including a combined system of elevator columns, two hydraulic packers with duplicated sealing elements and an original bypass disconnector unit. It is shown that the implementation of the developed design makes it possible to increase the inter-repair period from 8 to 18 months.

Ключевые слова: одновременно-раздельная эксплуатация; конструкция закачивания; пакер; межремонтный период; герметичность.

Keywords: simultaneously-separate operation; injection design; packer; inter-repair period; tightness.

Современный этап развития нефтегазодобывающей промышленности характеризуется объективным ухудшением структуры запасов углеводородов. Крупнейшие месторождения вступили в позднюю стадию разработки, что сопровождается падением дебитов, ростом обводненности продукции и снижением рентабельности. Геологический разрез большинства разрабатываемых месторождений представлен чередованием нескольких продуктивных пластов. На начальной стадии разработки экономически целесообразным являлось вовлечение в эксплуатацию наиболее мощных и высокопродуктивных горизонтов. Однако по мере их истощения возникает объективная необходимость вовлечения в разработку ранее законсервированных или менее рентабельных пластов [5].

В этих условиях ключевое значение приобретает внедрение технологий, позволяющих одновременно вовлекать в работу несколько продуктивных горизонтов в одной скважине. Одновременно-раздельная эксплуатация является одним из наиболее эффективных способов решения данной задачи, обеспечивая сокращение капитальных затрат на бурение, увеличение темпов отбора углеводородов и оптимизацию системы разработки [3].

Однако широкое внедрение ОРЭ сдерживается недостаточной надежностью и функциональностью существующих конструкций закачивания. Анализ промысловых данных свидетельствует, что до 40-50% осложнений связано с негерметичностью пакерующих систем. Несовершенство конструкций приводит к увеличению эксплуатационных затрат и недополучению добычи.

Цель работы – разработка и обоснование усовершенствованной конструкции закачивания для ОРЭ двух пластов с различными фильтрационно-емкостными свойствами и пластовыми давлениями.

Конструкция закачивания скважины представляет собой комплекс подземного оборудования, обеспечивающий герметичное разобщение продуктивных пластов, транспорт флюида от каждого пласта на поверхность, а также возможность проведения технологических операций и исследований. Анализ традиционных конструкций закачивания, применяемых при одновременно-раздельной эксплуатации, позволяет выявить их основные особенности, достоинства и недостатки [1, 2].

Параллельные (двухлифтовые) конструкции предполагают спуск в скважину двух или более параллельных колонн насосно-компрессорных труб, закрепленных относительно друг друга с помощью специальных разобщителей. Каждая колонна сообщается с соответствующим продуктивным пластом через циркуляционные отверстия. Разобщение пластов обеспечивается одним или несколькими пакерами. Данные системы обеспечивают полную независимость потоков, что позволяет вести раздельный учет добычи и проводить независимые геофизические исследования в каждом лифте. Однако для размещения двух колонн необходим диаметр эксплуатационной колонны не менее 168 мм, что делает эти системы неприменимыми в скважинах с меньшим диаметром. Спуск двух параллельных колонн требует высокой квалификации бригады и сопровождается высоким риском заклинивания. Системы характеризуются высокой металлоемкостью, сложностью герметизации устья и ограниченным внутренним диаметром лифтов.

Концентричные (однолифтовые) конструкции используют одну основную колонну НКТ, спущенную до нижнего пласта, а продукция верхнего пласта поступает либо в межтрубное пространство, либо по специальному перепускному каналу. Эти системы применимы в скважинах с эксплуатационной колонной диаметром от 146 мм, проще в монтаже и имеют меньшую металлоемкость. Однако они не обеспечивают полного разделения потоков, что нежелательно при несовместимых флюидах пластов. Отбор продукции из межтрубного пространства затруднен при наличии механических примесей или высоковязкой нефти, а проведение исследований нижнего пласта при работающем верхнем пласте сложно.

Пакерующие устройства являются ключевым элементом обеих типов конструкций. В традиционных схемах ОРЭ применяются пакеры механического или гидравлического типа. Основные проблемы, связанные с пакерами: недостаточная герметичность при высоких перепадах давления, сложность распакеровки и извлечения при ремонтах, коррозионный износ и старение уплотнительных элементов, невозможность многократной переустановки без подъема колонны.

Проведенный сравнительный анализ (таблица 1) позволяет сделать вывод, что традиционные конструкции закачивания имеют существенные ограничения. Параллельные системы, обеспечивая максимальную независимость, излишне сложны, металлоемки и ограничены по диаметру. Концентричные системы проще и дешевле, но уступают в функциональности и надежности разделения потоков. Это обусловливает необходимость поиска комбинированных конструктивных решений.

Таблица 1.

Сравнительный анализ конструкций закачивания для ОРЭ

На основе анализа существующих технических решений разработана усовершенствованная комбинированная компоновка закачивания для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов. Компоновка предназначена для эксплуатационной колонны диаметром 168 мм и предусматривает раздельный подъем продукции по двум каналам с возможностью независимого замера дебитов и регулирования отборов.

Состав и принцип работы усовершенствованной компоновки. Разработанная компоновка включает следующие основные элементы (снизу вверх): хвостовик для нижнего пласта с противопесочным фильтром и посадочным гнездом для датчиков; нижний гидравлический пакер двустороннего действия с центральным проходным каналом 50 мм и двумя боковыми каналами для линий управления; перепускной узел-разобщитель, обеспечивающий разделение потоков продукции нижнего и верхнего пластов; верхний механический пакер с гидравлическим дожимам, оснащенный байпасным клапаном; центральную колонну НКТ 73 мм для подъема продукции нижнего пласта; наружную колонну НКТ 114 мм для создания кольцевого канала верхнего пласта; двухлинейную устьевую арматуру АФК-2-65/50×14; систему постоянного мониторинга с глубинными датчиками давления и температуры.

Принцип работы компоновки заключается в следующем. Продукция нижнего пласта поступает через фильтр хвостовика в центральный канал нижнего пакера, затем через перепускной узел направляется во внутреннюю полость центральной колонны НКТ 73 мм и поднимается на поверхность. Продукция верхнего пласта через боковые отверстия перепускного узла направляется в кольцевой канал между центральной и наружной колоннами и поднимается по нему на поверхность. Полное разделение потоков обеспечивается герметичными уплотнениями пакеров и перепускного узла на всем протяжении от забоя до устья.

Технологические преимущества разработанной конструкции. Разработанная компоновка имеет следующие технологические преимущества по сравнению с существующими аналогами.

Повышение герметичности и надежности. Применение пакеров комбинированного типа с двумя последовательно расположенными уплотнительными узлами создает «двойной барьер» на пути возможного перетока. Каждый узел содержит основную манжету из нитрильного каучука, армированного металлической сеткой, дополнительную манжету из фторкаучука, устойчивого к агрессивным средам, и металлические антиэкструзионные кольца. Даже при частичной потере герметичности одного узла второй продолжает выполнять свои функции. Пакеры устанавливаются гидравлическим давлением, а фиксируются механическим способом, что обеспечивает надежную герметизацию даже при знакопеременных нагрузках.

Компенсация температурных деформаций. В компоновку включен термокомпенсатор сильфонного типа, устанавливаемый выше верхнего пакера. Диапазон компенсации составляет ±150 мм, что достаточно для большинства реальных условий эксплуатации (перепад температур до 80°С при длине колонны 2500 м дает удлинение порядка 0,5-0,7 м). Это исключает передачу осевых нагрузок от колонны НКТ на пакеры при температурных расширениях.

Коррозионная стойкость. Для изготовления наиболее ответственных элементов используются коррозионностойкие стали марок 13Cr или дуплексные стали. Внутреннее покрытие НКТ защищает от коррозии. Уплотнительные поверхности в зонах потенциального абразивного износа имеют твердосплавные покрытия.

Возможность многократной переустановки. Пакеры снабжены механизмом многократной распакеровки, позволяющим при проведении ремонтных работ частично извлекать компоновку без полного демонтажа.

Гидродинамическая связь с каждым пластом. Конструкция перепускного узла обеспечивает доступ к затрубному пространству каждого пласта через специальные каналы, что позволяет проводить замер пластового давления, отбор проб флюида и закачку реагентов непосредственно в призабойную зону каждого пласта.

Постоянный мониторинг. Наличие глубинных датчиков давления и температуры позволяет в реальном времени контролировать параметры работы каждого пласта и оперативно реагировать на изменения.

Разработанная компоновка выгодно отличается от традиционных двухлифтовых систем следующими преимуществами: меньший гидравлический диаметр наружной колонны компенсируется использованием центральной колонны оптимального диаметра (73 мм вместо 60 мм), что снижает потери давления в лифте нижнего пласта; отсутствие клиньев-разобщителей снижает риск заклинивания при спуске; возможность проведения исследований в центральной колонне без остановки отбора из верхнего пласта. По сравнению с концентричными системами предлагаемая конструкция обеспечивает полное разделение потоков, защиту центральной колонны от коррозионного воздействия агрессивной среды верхнего пласта и возможность индивидуального подбора насосного оборудования для каждого пласта.

В результате проведенного исследования разработана и обоснована усовершенствованная конструкция закачивания скважины для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов. Проведенный анализ существующих технических решений позволил выявить их ключевые недостатки: недостаточная герметичность пакерующих систем при высоких перепадах давления, сложность монтажа параллельных колонн, ограниченные возможности для проведения гидродинамических исследований.

Разработанная комбинированная компоновка включает центральную колонну НКТ 73 мм, наружную колонну НКТ 114 мм, два гидравлических пакера с дублированными уплотнительными элементами и оригинальный перепускной узел-разобщитель. Применение дублированных уплотнений, термокомпенсатора и коррозионностойких материалов обеспечивает надежное разобщение пластов с перепадом давления до 25 МПа.

Техническая эффективность разработанной конструкции подтверждается следующими результатами: увеличение межремонтного периода скважины с 8 до 18 месяцев (в 2,25 раза) за счет повышения надежности пакерующих систем и применения коррозионностойких материалов; обеспечение полного разделения потоков продукции из двух пластов, исключающее смешение несовместимых флюидов; возможность независимого контроля и регулирования режимов эксплуатации каждого пласта; проведение геофизических исследований и ремонтных работ без подъема всей компоновки; снижение обводненности продукции с 72% до 52,8% за счет оптимизации режимов эксплуатации.

Комплекс конструктивных и технологических решений, реализованных в усовершенствованной компоновке, позволяет обеспечить требуемый уровень герметичности и надежности системы при одновременной эксплуатации двух горизонтов с различными пластовыми давлениями и свойствами флюидов. Это создает предпосылки для увеличения межремонтного периода скважин с ОРЭ и повышения экономической эффективности их эксплуатации.

Предложенная компоновка рекомендуется к внедрению на многопластовых объектах с дифференциацией пластовых давлений более 4 МПа и различными фильтрационно-емкостными свойствами коллекторов. Дальнейшие исследования могут быть направлены на адаптацию разработанной конструкции для эксплуатации трех и более пластов, а также на применение в скважинах с горизонтальным окончанием.

Список литературы:

1. Афанасьев В.А. / Проблемы внедрения технологии одновременно раздельной эксплуатации на многопластовых месторождениях России [и др.] //Нефтяное хозяйство. 2011. № 7. с. 94-97
2. Деряев А. Р. Выбор метода одновременной раздельной эксплуатации для увеличение добычи и ускоренной разработки многопластовых месторождений // Теория и практика современной науки. 2023. №2 (92). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-metoda-odnovremennoy-razdelnoy-ekspluatatsii-dlya-uvelichenie-dobychi-i-uskorennoy-razrabotki-mnogoplastovyh-mestorozhdeniy (дата обращения: 01.08.2026).
3. Ивановский В. Н. ОРЭ и интеллектуализация скважин: вчера, сегодня, завтра // Территория Нефтегаз. 2010. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ore-i-intellektualizatsiya-skvazhin-vchera-segodnya-zavtra (дата обращения: 01.08.2026).
4. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений : учебное пособие / А. А. Липаев, В. Д. Кочетков, М. М. Мусин, С. А. Липаев. – Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2026. – 313 с. – ISBN 978-5-4497-4680-1. – Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR СМАРТ : [сайт]. – URL: https://www.iprbookshop.ru/books/155635/details (дата обращения: 02.08.2026).
5. Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений : учебное пособие / Н. Ю. Башкирцева, Р. Р. Рахматуллин, А. А. Газизов, Е. Н. Тремасов. – Казань : Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016. – 108 с. – ISBN 978-5-7882-2118-2. – Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR СМАРТ : [сайт]. – URL: https://www.iprbookshop.ru/books/79600/details (дата обращения: 02.08.2026).