RU2779073C1

RU2779073C1 - Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits

Info

Publication number: RU2779073C1
Application number: RU2021128169A
Authority: RU
Inventors: Екатерина Владимировна Денисевич; Евгения Сергеевна Микляева; Екатерина Владимировна Ткачева; Юлия Александровна Ухова; Станислав Игоревич Голубин; Константин Николаевич Савельев; Александр Владимирович Аврамов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Газпром"
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2022-08-31

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of design, construction and operation of producing wells (PW) and can be used in the operation of Neocomian-Jurassic deposit PWs with a high temperature of the extracted fluid. The method for complex thermal stabilization of permafrost rocks (PMR) includes drilling at least one permafrost-parametric well before the construction of the PW. During drilling, the depth of the PMR bottom is visually determined as the boundary between the frozen and thawed soil zone. Also, during drilling, thermometry is carried out in the trunk of a permafrost-parametric well, according to which the phase characteristic of the soil ΔT in the inter-well space is calculated as the difference between the temperature of the soil in the inter-well space and the temperature of the beginning of its freezing at a certain depth. Then the curve of the dependence of the phase characteristics of the soil in the inter-well space on the depth of the permafrost-parametric well is constructed. At the intersection of the curve of the phase characteristic of the soil with a zero isotherm (ΔT = 0), the depth of the PMR bottom is determined, which is compared with the result of the depth of the PMR bottom determined visually by the condition of the soil. The largest of the compared results of determining the depth of the bottom of the PMR is used in the construction of the PW in the PMR interval, during which the PW trunk is drilled and a double-walled heat-insulated direction (HID) is lowered into it, between the walls of which there is a screen-vacuum insulation (SVI) or polyurethane foam insulation (PUF), a conductor, an intermediate column and an operational column. Moreover, the descent of the HID is carried out to a depth that provides thermal insulation of the upper horizons of the PMR. Then the annular space of the HID is cemented, as well as the inter-tube space of the TN and the conductor, the inter-tube space of the conductor and the intermediate column, the inter-tube space of the intermediate column and the operational column. In this case, cementing in the PMR interval is carried out with a grouting solution with a thermal conductivity coefficient of cement stone ≤ 0.25 W/(m⋅K). Then, a double-walled tubing string is lowered to the depth of the bottom of the PMR, between the walls of which the SVI is located. In addition, the thermal stabilization of the soils at the base of the facilities for the arrangement of the PW cluster site is carried out by installing seasonal cooling devices (SCD) filled with refrigerant into the ground and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part installed in the soils at the base of the facilities for the arrangement of the PW cluster site. Also, if necessary, the thermal stabilization of the soils of the estuary zone of the PW is carried out by installing in it a cooling system filled with refrigerant and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part installed in the soil of the estuary zone of the PW site.

EFFECT: minimization of the thermal effect of the PW of Neocomian-Jurassic deposits with a high temperature of the extracted fluid.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области проектирования, строительства и эксплуатации добывающих скважин (ДС) при их кустовом размещении, возводимых в районах распространения многолетнемерзлых пород (ММП) при использовании грунтов основания по принципу I и может быть использовано при термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида более 30°С.The invention relates to the field of design, construction and operation of production wells (DS) with their cluster placement, built in the areas of permafrost (PFR) when using base soils according to principle I and can be used for thermal stabilization of permafrost in areas affected by Neocomian-Jurassic deposits with a high temperature of the produced fluid over 30°C.

Известен способ теплоизоляции устьевой зоны ДС в многолетнемерзлых породах, в котором вокруг верхнего участка колонны труб размещен теплоизолирующий элемент, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры, с помощью которых осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента. В трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможностью извлечения и замены сезонно-действующие термостабилизаторы, осуществляющие перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий - элемент многолетнемерзлые породы, причем количество и взаиморасположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяют путем решения методом конечных разностей по явной схеме с регуляризацией двумерного нестационарного уравнения теплопроводности с распределенными внутри расчетной области источниками холода в неоднородной среде, имеющей прямоугольную симметрию и с подвижной границей раздела фаз (см. патент RU 2127356 С1, Е21В 36/00, опубл. 10.03.1999).A known method of thermal insulation of the wellhead zone of DS in permafrost, in which a heat-insulating element is placed around the upper section of the pipe string, along the length of which heat-transfer tubes-containers are installed, with the help of which heat is removed from the heat-insulating element. In the container tubes placed directly behind the direction pipe, seasonally operating heat stabilizers are installed with the possibility of extraction and replacement, transferring natural natural cold from the air to the boundary of the heat-insulating element - permafrost, and the number and relative position of the container tubes and heat stabilizers along the perimeter of the direction pipe is determined by solving the finite difference method in an explicit scheme with regularization of a two-dimensional non-stationary heat equation with cold sources distributed within the computational domain in an inhomogeneous medium having rectangular symmetry and with a moving interface (see patent RU 2127356 C1, E21B 36/00, publ. 03/10/1999).

Недостатком указанного выше технического решения является его низкая эффективность в случае применения для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида, обусловленная тем, что не будет обеспечено сохранение мерзлого ядра в межскважинном пространстве на период эксплуатации не менее 30 лет (по результатам термомеханического прогнозного моделирования).The disadvantage of the above technical solution is its low efficiency in the case of application for Neocomian-Jurassic DS with a high temperature of the produced fluid, due to the fact that the preservation of the frozen core in the interwell space for a period of operation of at least 30 years will not be ensured (according to the results of thermomechanical predictive modeling) .

Наиболее близким аналогом являются комплексные решения по термостабилизации ММП, принятые при обустройстве сеноман-аптских залежей Бованенковского месторождения (температура газа на устье до 30°С). Первыми были запущены ДС первого этапа обустройства без спуска теплоизолированных труб, что привело к развитию неблагоприятных процессов, связанных с оттаиванием ММП, проявившими себя за время эксплуатации (см. Мельников И.В., Нерсесов С.В., Осокин А.Б., Николайчук Э.В., Васильева А.О., Михальченко Д.И. Геотехнические решения для строительства газовых скважин в особо сложных геокриологических условиях полуострова Ямал. Газовая промышленность. №12 | 794 | 2019 г. стр. 64-71). В последующих этапах обустройства были приняты комплексные решения: применены теплоизолированные лифтовые трубы (ТЛТ) с глубиной спуска 50 м в комплексе с парожидкостными сезонно-действующими системами температурной стабилизации грунтов (ТСГ) с типовой глубиной спуска 14 м (в сочетании с теплоизоляционными экранами из экструдированного пенополистирола) для обеспечения мерзлого состояния грунтов наиболее льдистой приповерхностной части разреза в приустьевых зонах ДС.The closest analogue is the complex solutions for the thermal stabilization of permafrost, adopted during the development of the Cenomanian-Aptian deposits of the Bovanenkovskoye field (gas temperature at the mouth up to 30°C). The first to be launched were the DS of the first stage of development without running heat-insulated pipes, which led to the development of unfavorable processes associated with the thawing of permafrost, which manifested themselves during operation (see Melnikov I.V., Nersesov S.V., Osokin A.B., Nikolaychuk E.V., Vasilyeva A.O., Mikhalchenko D.I. Geotechnical solutions for the construction of gas wells in especially difficult geocryological conditions of the Yamal Peninsula. Gas industry. No. 12 | 794 | 2019 pp. 64-71). In the subsequent stages of development, complex decisions were made: heat-insulated lift pipes (TLT) with a descent depth of 50 m were used in combination with vapor-liquid seasonally operating soil temperature stabilization systems (TSG) with a typical descent depth of 14 m (in combination with heat-insulating screens made of extruded polystyrene foam ) to ensure the frozen state of soils in the most icy near-surface part of the section in the near-mouth zones of the DS.

Глубина термостабилизации грунтов при данном способе не захватывает средние и нижние интервалы ММП, максимальный стабилизированный осадок при оттаивании которых составляет до 50% от общей осадки разреза. При температуре добываемого флюида на устье неоком-юрских залежей более 30°С - эксплуатация приведет к оттаиванию нижних и средних горизонтов ММП.The depth of thermal stabilization of soils with this method does not capture the middle and lower intervals of permafrost, the maximum stabilized settlement during thawing of which is up to 50% of the total settlement of the section. If the temperature of the produced fluid at the mouth of the Neocomian-Jurassic deposits is more than 30°C, the operation will lead to thawing of the lower and middle horizons of the permafrost.

Таким образом, недостатком указанного выше технического решения для неоком-юрских залежей является его низкая эффективность, обусловленная тем, что не будет обеспечено сохранение мерзлого ядра в межскважинном пространстве на период эксплуатации.Thus, the disadvantage of the above technical solution for the Neocomian-Jurassic deposits is its low efficiency, due to the fact that the preservation of the frozen core in the interwell space for the period of operation will not be ensured.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа комплексной термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей с проектной температурой добываемого флюида на устье 30-85°С.The task to be solved by the claimed invention is the creation of a method for complex thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of Neocomian-Jurassic deposits with a design temperature of the produced fluid at the mouth of 30-85°C.

Техническим результатом заявленного технического решения является минимизация теплового воздействия ДС неоком-юрских залежей с высокой температурой добываемого флюида при их кустовом размещении, предотвращение оттаивания с развитием неконтролируемых деформаций ММП в основании кустовых площадок, что в свою очередь обеспечит механическую безопасность ДС и объектов обустройства кустовых площадок (трубных обвязок, технологических эстакад, манифольд и проч.) на месторождениях в сложных инженерно-геокриологических условиях на период эксплуатации не менее 30 лет.The technical result of the claimed technical solution is to minimize the thermal impact of the DS of Neocomian-Jurassic deposits with a high temperature of the produced fluid during their well placement, to prevent thawing with the development of uncontrolled permafrost deformations at the base of the well pads, which in turn will ensure the mechanical safety of the DS and well pad facilities ( piping, technological racks, manifolds, etc.) at deposits in difficult engineering and geocryological conditions for a period of operation of at least 30 years.

Заявленное изобретение обеспечивает повышение механической безопасности ДС неоком-юрских залежей и объектов обустройства кустовых площадок на месторождениях в сложных инженерно-геокриологических условиях за счет термостабилизации ММП.The claimed invention provides an increase in the mechanical safety of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits and facilities for the arrangement of well pads in the fields in difficult engineering and geocryological conditions due to the thermal stabilization of the permafrost.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород (ММП) неоком-юрских залежей в зоне воздействия добывающих скважин (ДС) перед началом строительства ДС выполняют бурение, по крайней мере, одной мерзлотно-параметрической скважины, в ходе которого визуально определяют глубину залегания подошвы ММП, как границу между мерзлой и талой зоной грунта, также в ходе выполнения упомянутого бурения проводят в стволе мерзлотно-параметрической скважины термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине, затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины, по пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0) определяют глубину залегания подошвы ММП, которую сравнивают с результатом глубины залегания подошвы ММП, определенным визуально по состоянию грунта, и наибольшее из сравниваемых результатов определения глубин залегания подошвы ММП используют при строительстве ДС в интервале ММП, в ходе которого осуществляют бурение ствола ДС и спускают в него двустенное теплоизолированное направление (ТН), между стенками которого расположена экранно-вакуумная изоляция (ЭВИ) или теплоизоляция из пенополиуретана (ППУ), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну, причем спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние горизонты ММП, затем осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, а также цементирование межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны, межтрубного пространства промежуточной и эксплуатационной колонн, при этом упомянутое цементирование в интервале ММП осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤0,25 Вт/(м*К), затем на глубину залегания подошвы ММП спускают двустенную насосно-компрессорную трубу (НКТ), между стенками которой расположена ЭВИ, кроме того, осуществляют термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки в грунт сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунты у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС, также при необходимости осуществляют термостабилизацию грунтов приустьевой зоны ДС посредством установки в ней СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть, установленную в грунт приустьевой зоны площадки ДС.The technical result is ensured by the fact that in the method of complex thermal stabilization of permafrost rocks (PFR) of Neocomian-Jurassic deposits in the zone of influence of production wells (DS), before the construction of the DS, at least one permafrost-parametric well is drilled, during which the depth is visually determined occurrence of the base of the permafrost, as the boundary between the frozen and thawed soil zone, also in the course of the said drilling, thermometry is carried out in the borehole of the permafrost-parametric well, according to which the phase characteristic of the soil ΔT in the inter-well space is calculated as the difference between the temperature of the soil in the inter-well space and the temperature of the beginning its freezing at a certain depth, then build a curve of dependence of the phase characteristics of the soil in the inter-well space on the depth of the permafrost-parametric well, by crossing the curve of the phase characteristics of the soil with a zero isotherm (ΔТ=0) determine the depth of the th is compared with the result of the depth of the permafrost base, determined visually by the state of the soil, and the largest of the compared results of determining the depth of the permafrost base is used in the construction of a DS in the permafrost interval, during which the DS shaft is drilled and a double-walled heat-insulated direction (TH) is lowered into it , between the walls of which there is a screen-vacuum insulation (EVI) or thermal insulation made of polyurethane foam (PPU), a conductor, an intermediate casing and a production string, and the HP is lowered to a depth that allows thermal insulation of the upper horizons of the permafrost, then the HP annulus is cemented, and also cementing the annulus of the HP and the conductor, the annulus of the conductor and the intermediate string, the annular space of the intermediate and production strings, while the mentioned cementing in the permafrost interval is carried out with a cement slurry with a coefficient of thermal conductivity of the cement ≤0.25 W/(m*K), then a double-walled tubing (tubing) is lowered to the depth of the bottom of the permafrost, with EVI located between the walls; into the soil of seasonal cooling devices (SDA) filled with a refrigerant and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part installed in the soil at the base of the facilities for the arrangement of the well pad of the DS, also, if necessary, thermally stabilize the soils of the estuary zone of the DS by installing a coolant-filled cooling system in it and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part installed in the soil of the wellhead zone of the DS site.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение (НГКМ), скважины на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8, температура газа на устье 30-60°С).In FIG. Figure 1 shows a scheme of complex thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of DS of Neocomian-Jurassic deposits (Bovanenkovskoye oil and gas condensate field (NGKM), wells for production facilities TP ₁₂ + TP _13-14 + TP _15-16 + TP _17-18 + BYa _1-4 + Yu _2-8 , gas temperature at the mouth 30-60°C).

На фиг. 2 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Харасавэйское НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 +ТП₂₆ - БЯ₂, температура газа на устье 40-60°С).In FIG. Figure 2 shows a scheme of complex thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits (Kharasaveyskoye oil and gas condensate field, wells to production facilities TP _11-16 + TP _21-24 + TP ₂₆ - BYa ₂ , gas temperature at the wellhead 40-60°C).

На фиг. 3 представлена схема комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей (Харасавэйское НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3, температура газа на устье 60-85°С).In FIG. Figure 3 shows a scheme of complex thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits (Kharasaveyskoye oil and gas condensate field, wells to production facilities BYa _5-8 + Yu _2-3 , gas temperature at the wellhead 60-85°C).

На фиг. 4 показано определение мощности ММП косвенным методом по соотношению замеренной температуры и температуры начала замерзания-оттаивания пород по скважинам (на примере Харасавэйского ГКМ).In FIG. Figure 4 shows the determination of the permafrost thickness by an indirect method based on the ratio of the measured temperature and the temperature of the beginning of freezing-thawing of rocks in wells (using the example of the Kharasaveyskoye gas condensate field).

Заявленное изобретение осуществляют следующим образом.The claimed invention is carried out as follows.

В сложных геокриологических условиях полуострова Ямал недостаточная термостабилизация ММП в основании кустовых площадок может приводить к деформациям и нарушению устойчивости основания ДС и объектов обустройства кустовых площадок. Опыт эксплуатации сеноман-аптских ДС показал, что тепловое воздействие скважин и оттаивание ММП в околоскважинном пространстве приводит к ежегодным осложнениям, таким как приустьевые просадки и газопроявления, деформации основания кустовых площадок и фундаментов трубопроводной обвязки (ТПО) и прочее. При определенных условиях длительное оттаивание ММП может привести к потере несущей способности основания кустовой площадки в целом.In difficult geocryological conditions of the Yamal Peninsula, insufficient thermal stabilization of permafrost at the base of well pads can lead to deformations and instability of the base of the DS and well pad facilities. The experience of operating Cenomanian-Aptian DS has shown that the thermal impact of wells and the thawing of permafrost in the near-wellbore space leads to annual complications, such as near-wellhead subsidence and gas shows, deformations of the base of well pads and pipeline piping foundations (TPO), and so on. Under certain conditions, prolonged thawing of permafrost can lead to a loss of bearing capacity of the well pad base as a whole.

Освоение неоком-юрских залежей характеризуется высокой температурой добываемого флюида 30-85°С (проектная температура газа на устье), что требует особого внимания в части предотвращения растепления ММП в ходе эксплуатации. Комплексные решения по термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей - основной фактор эксплуатации скважин без осложнений, связанных с оттаиванием ММП.The development of the Neocomian-Jurassic deposits is characterized by a high temperature of the produced fluid of 30-85°C (design gas temperature at the wellhead), which requires special attention in terms of preventing permafrost thawing during operation. Integrated solutions for the thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits is the main factor in the operation of wells without complications associated with the thawing of permafrost.

При осуществлении проектирования ДС и кустовой площадки комплекс методов и глубину термостабилизации грунтов определяют на основе вариантного термомеханического прогнозного моделирования взаимодействия ДС с ММП на период эксплуатации не менее 30 лет.Термомеханическое прогнозное моделирование проводится как в едином программном комплексе, так и поэтапно в нескольких (различных) программных комплексах с разделением на теплотехническую и механическую задачи. Теплотехническую задачу оттаивания ММП в околоскважинном пространстве решают методом конечных объемов (метод конечных разностей) с учетом фазовых переходов и количества незамерзшей влаги в грунте. Механическую задачу определения деформаций грунтов (осадок) в основании кустовых площадок и в приустьевой зоне при оттаивании ММП решают методом конечных элементов (совместно с фильтрационной задачей). Моделирование проводится в трехмерной постановке. Глубина расчетной области при термомеханическом моделировании взаимодействия ДС с ММП должна быть не меньше мощности ММП.When designing a DS and a well pad, a set of methods and the depth of thermal stabilization of soils are determined on the basis of variant thermomechanical predictive modeling of the interaction of DS with permafrost for a period of operation of at least 30 years. Thermomechanical predictive modeling is carried out both in a single software package and in stages in several (different) software systems with division into heat engineering and mechanical tasks. The thermotechnical problem of permafrost thawing in the near-wellbore space is solved by the finite volume method (finite difference method), taking into account phase transitions and the amount of unfrozen moisture in the soil. The mechanical problem of determining soil deformations (settlement) at the base of well pads and in the wellhead zone during permafrost thawing is solved by the finite element method (together with the filtration problem). Modeling is carried out in a three-dimensional formulation. The depth of the computational domain in the thermomechanical simulation of the interaction of the DS with the IMF must be no less than the power of the IMF.

Моделирование проводят с учетом тренда прогнозных климатических изменений. Для этого принимается климатическая модель для данной территории на период эксплуатации не менее 30 лет. Термомеханическая модель учитывает начальные геотермические условия, изменение состава, теплофизических и механических свойств грунтов в талом, мерзлом состоянии и при переходе от твердомерзлого к пластично-мерзлому состоянию ММП в спектре отрицательной температуры. Для оценки величины деформаций во времени учитывают фильтрацию и степень консолидации грунтов в основании кустовой площадки и приустьевой зоне.Modeling is carried out taking into account the trend of predictive climate changes. To do this, a climate model is adopted for a given territory for a period of operation of at least 30 years. The thermomechanical model takes into account the initial geothermal conditions, changes in the composition, thermophysical and mechanical properties of soils in the thawed, frozen state and during the transition from hard-frozen to plastic-frozen state of permafrost in the negative temperature spectrum. To assess the magnitude of deformations over time, filtration and the degree of soil consolidation at the base of the well pad and the mouth area are taken into account.

Модель учитывает проектную температуру флюида на устье ДС, среднюю для выделенных эксплуатационных объектов (по залежам), и ее изменение за период разработки месторождения, как основной показатель, влияющий на взаимодействие ДС с ММП. Модель отражает кустовое размещение ДС с заданным расстоянием между скважинами, эксплуатационный режим скважин на период эксплуатации, комплексные решения по термостабилизации.The model takes into account the design fluid temperature at the wellhead of the DS, average for the selected production facilities (for deposits), and its change over the period of field development, as the main indicator that affects the interaction of the DS with permafrost. The model reflects the cluster placement of DS with a given distance between wells, the operating mode of wells for the period of operation, and integrated solutions for thermal stabilization.

По результатам моделирования проводят вариантный анализ и проверку выполнения критериев геолого-технологической эффективности комплексной термостабилизации ММП в зоне воздействия ДС на период эксплуатации не менее 30 лет:Based on the simulation results, a variant analysis is carried out and verification of the fulfillment of the criteria for the geological and technological efficiency of the integrated thermal stabilization of permafrost in the zone of impact of the DS for an operation period of at least 30 years:

- обеспечение сохранности не менее 80% мощности мерзлого массива между скважинами;- ensuring the safety of at least 80% of the thickness of the frozen massif between wells;

- предотвращение деформации массива ММП основания кустовой площадки выше допустимых значений;- prevention of deformation of the array of permafrost at the base of the well pad above the allowable values;

- обеспечение надежности и устойчивости основания кустовой площадки, крепи скважины, объектов обустройства кустовой площадки и их элементов при минимальных расстояниях между скважинами.- ensuring the reliability and stability of the well pad base, well lining, well pad facilities and their elements at minimum distances between wells.

Комплексные решения по термостабилизации ММП в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей осуществляют следующим образом.Integrated solutions for the thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits are carried out as follows.

Перед началом строительства ДС скважин выполняют бурение мерзлотно-параметрических скважин до глубины залегания подошвы ММП. Сооружение мерзлотно-параметрических скважин осуществляют для общей оценки сложности и изменчивости геокриологических условий территории для выбора площадок кустов ДС. Располагают мерзлотно-параметрические скважины в типичных мерзлотно-ландшафтных комплексах, которые определяются на основе дешифрирования аэро-космических снимков и материалов инженерно-геокриологической съемки территории. Мерз л отно-параметрические скважины проходят с полным отбором и обследованием керна, проведением полного комплекса ГИС, термометрическими исследованиями до подошвы ММП. Количество мерзлотно-параметрических скважин устанавливается исходя из сложности инженерно-геокриологических условий и составляет не менее 1 (до 3-х) скважин на проектируемой кустовой площадке. Мерзлотно-параметрические скважины могут быть переведены в наблюдательный фонд для режимных термометрических работ и задействованы в целях геокриологического мониторинга на месторождении.Before the start of the construction of DS wells, permafrost-parametric wells are drilled to the depth of the bottom of the permafrost. The construction of permafrost-parametric wells is carried out for a general assessment of the complexity and variability of the geocryological conditions of the territory for the selection of sites for DS clusters. Permafrost-parametric wells are located in typical permafrost-landscape complexes, which are determined on the basis of interpretation of aerospace images and materials of engineering-geocryological survey of the territory. Frozen and relativity-parametric wells are carried out with complete sampling and examination of the core, a full set of well logging, thermometric studies to the bottom of the permafrost. The number of permafrost-parametric wells is set based on the complexity of engineering and cryological conditions and is at least 1 (up to 3) wells on the projected well site. Permafrost-parametric wells can be transferred to the observation fund for regime thermometric work and used for the purpose of geocryological monitoring at the field.

Определяют глубину залегания подошвы ММП прямым методом, при котором глубину залегания подошвы ММП определяют визуально при описании керна в ходе бурения мерзлотно-параметрических скважин (определяет специалист инженер-геолог или геокриолог) как границу между мерзлой и талой зонами, а также по наличию льда в грунте и состоянию грунта.The depth of the permafrost base is determined by the direct method, in which the depth of the permafrost bottom is determined visually when describing the core during the drilling of permafrost-parametric wells (determined by a specialist geologist or geocryologist) as the boundary between the frozen and thawed zones, as well as by the presence of ice in the soil and the condition of the soil.

Определяют глубину залегания подошвы ММП косвенным методом (см. фиг. 4) следующим образом.Determine the depth of the soles of the MMP indirect method (see Fig. 4) as follows.

В ходе выполнения бурения мерзлотно-параметрической скважины проводят в ее стволе термометрию, по данным которой вычисляют фазовую характеристику грунта ΔT в межскважинном пространстве как разность между температурой грунта в межскважинном пространстве и температурой начала его замерзания на определенной глубине: ΔT=(T-T_bf) (Т - температура грунта в межскважинном пространстве, T_bf - температура начала замерзания грунта °С на глубине h_i). Температура начала замерзания грунта - это температура фазового перехода поровая влага-лед, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лед.During the drilling of a permafrost-parametric well, thermometry is carried out in its trunk, according to which the phase characteristic of the soil ΔT in the inter-well space is calculated as the difference between the temperature of the soil in the inter-well space and the temperature at which it begins to freeze at a certain depth: ΔT=(TT _bf ) (T - temperature of the soil in the inter-well space, T _bf - temperature of the beginning of freezing of the soil °С at a depth h _i ). The temperature of the beginning of soil freezing is the temperature of the pore moisture-ice phase transition, at which ice appears (disappears) in the pores of the soil.

Затем строят кривую зависимости фазовой характеристики грунта в межскважинном пространстве от глубины мерзлотно-параметрической скважины.Then, a curve of dependence of the phase characteristics of the soil in the inter-well space on the depth of the permafrost-parametric well is built.

На фиг. 4 видно, что глубину залегания подошвы ММП определяют в месте пересечения кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой (ΔТ=0). По пересечению кривой фазовой характеристики грунта с нулевой изотермой определяют глубину залегания подошвы ММП.In FIG. 4 it can be seen that the depth of the base of the permafrost is determined at the intersection of the curve of the phase characteristics of the soil with a zero isotherm (ΔТ=0). According to the intersection of the curve of the phase characteristics of the soil with a zero isotherm, the depth of the base of the permafrost is determined.

Сравнивают значение глубины залегания подошвы ММП, определенное прямым методом и значение глубины залегания подошвы ММП, определенное косвенным методом. Наибольшее из сравниваемых значений принимают за действительное значение глубины залегания подошвы ММП и используют это значение глубины при строительстве ДС в интервале ММП.The value of the depth of the permafrost base, determined by the direct method, and the value of the depth of the permafrost base, determined by the indirect method, are compared. The largest of the compared values is taken as the actual value of the depth of the permafrost base and this depth value is used during the construction of the DS in the permafrost interval.

Определение подошвы ММП позволяет определить мощность пород, содержащих лед и дающих осадку при оттаивании (мощность ММП).Determining the bottom of the permafrost makes it possible to determine the thickness of the rocks containing ice and giving sediment during thawing (the thickness of the permafrost).

По данным лабораторных исследований водно-физических, теплофизических и механических свойств грунта в талом и мерзлом состоянии в спектре отрицательной температуры до глубины подошвы ММП, определяют максимальную стабилизированную осадку всей толщи ММП, интервалы залегания горизонтов специфических грунтов (высокольдистых и просадочных, засоленных, газосодержащих).According to laboratory studies of the water-physical, thermophysical and mechanical properties of the soil in the thawed and frozen state in the range of negative temperatures to the depth of the permafrost base, the maximum stabilized settlement of the entire thickness of the permafrost, the intervals of occurrence of the horizons of specific soils (highly ice-rich and subsidence, saline, gas-containing) are determined.

Определение глубины залегания подошвы ММП позволяет определить мощность пород, содержащих лед и дающих осадку при оттаивании и максимальную глубину термостабилизации ММП.Determination of the depth of occurrence of the permafrost base makes it possible to determine the thickness of rocks containing ice and giving sediment during thawing and the maximum depth of permafrost thermal stabilization.

В ходе строительства ДС осуществляют бурение ствола ДС. Спускают в ствол двустенное теплоизолированное направление (ТН), кондуктор, промежуточную колонну и эксплуатационную колонну. Спуск ТН осуществляют на глубину, позволяющую теплоизолировать верхние наиболее льдистые горизонты ММП.During the construction of the DS, drilling of the DS shaft is carried out. A double-walled heat-insulated direction (TN), a conductor, an intermediate column and a production string are lowered into the shaft. The HP is lowered to a depth that allows thermal insulation of the upper ice-rich horizons of the permafrost.

Теплоизоляция ТН может быть выполнена из пенополиуретана (ППУ) или выполнена в виде экранно-вакуумной изоляции (ЭВИ).Thermal insulation of TN can be made of polyurethane foam (PPU) or made in the form of screen-vacuum insulation (EVI).

При осуществлении строительства ДС для снижения теплового потока от скважины в интервале льдистых ММП, осложненных пластовыми льдами и ледогрунтами, линзами криопэгов и газогидратными горизонтами используют ТН с внутренним теплоизолирующим материалом пенополиуретаном (ППУ) между стенками, коэффициент теплопроводности материала составляет не более 0,033 Вт*м/К (применимо, например, на Бованенковском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8, температура газа на устье 30-60°С или на Харасавэйском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3, температура газа на устье 60-85°С). Для условий Бованенковского и Харасавэйского месторождений глубина спуска ТН (ППУ) должна составлять не менее 40 м.When building a DS, to reduce the heat flow from the well in the interval of icy permafrost complicated by formation ice and ice soils, cryopeg lenses and gas hydrate horizons, HP is used with an internal heat-insulating material polyurethane foam (PPU) between the walls, the thermal conductivity of the material is not more than 0.033 W * m / K (applicable, for example, at the Bovanenkovskoye oil and gas condensate field, wells for production facilities TP ₁₂ + TP _13-14 + TP _15-16 + TP _17-18 + BYa _1-4 + Yu _2-8 , gas temperature at the wellhead 30-60 ° From or at the Kharasaveyskoye oil and gas condensate field, wells to production facilities BYa _5-8 + Yu _2-3 , gas temperature at the wellhead 60-85°C). For the conditions of the Bovanenkovskoye and Kharasaveyskoye fields, the depth of descent of the HP (PPU) should be at least 40 m.

Коэффициент теплопроводности ТН с ЭВИ, составляет не более 0,0012 Вт*м/К (применимо, например, на Харасавэйском НГКМ, скважины на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂, температура газа на устье 40-60°С). Для условий Харасавэйского месторождения глубина спуска ТН с ЭВИ должна составлять не менее 40 м.The coefficient of thermal conductivity of HP with EVI is not more than 0.0012 W * m / K (applicable, for example, at the Kharasaveyskoye oil and gas condensate field, wells to production facilities TP _11-16 + TP _21-24 + TP ₂₆ - BYa ₂ , gas temperature at the wellhead 40-60°C). For the conditions of the Kharasaveyskoye field, the depth of descent of HP with EVI should be at least 40 m.

Осуществляют цементирование затрубного пространства ТН, межтрубного пространства ТН и кондуктора, межтрубного пространства кондуктора и промежуточной колонны и межтрубного пространства промежуточной колонны и эксплуатационной колонны. Цементирование осуществляют тампонажным раствором с коэффициентом теплопроводности цементного камня ≤0,25 Вт/(м*К). В качестве тампонажных растворов с теплопроводностью цементного камня ≤ 0,25 Вт/(м*К) могут быть использованы тампонажные растворы, в которых к тампонажному цементу добавлены армирующие добавки композитных полимерных материалов. К таким добавкам относятся полые микросферы разных типов, например, полые микросферы, в том числе, алюмосиликатные, или иные добавки (напрмер, вермикулит). В качестве таких тампонажных растворов может быть использован тампонажный раствор под маркой ThermoCEM LT (производитель ООО «СпецЦементСервис») и тампонажный раствор под маркой ArcticCem и ArcticCem Ligh (производители ООО «НефтеСервис» и Уральский завод тампонажных материалов).Carry out cementing of the annular space of HP, the annular space of HP and conductor, the annulus of the conductor and the intermediate column and the annular space of the intermediate column and production string. Cementing is carried out with cement slurry with a coefficient of thermal conductivity of cement stone ≤0.25 W/(m*K). As cement slurries with a thermal conductivity of cement stone ≤ 0.25 W/(m*K), cement slurries can be used in which reinforcing additives of composite polymeric materials are added to the cement slurry. Such additives include hollow microspheres of various types, for example, hollow microspheres, including aluminosilicate, or other additives (eg, vermiculite). As such grouting slurries, cement slurry under the brand name ThermoCEM LT (manufactured by SpetsCementService LLC) and cement slurry under the brand names ArcticCem and ArcticCem Ligh (manufactured by LLC NefteService and the Ural Cement Materials Plant) can be used.

После бурения скважины и цементирования колонн осуществляют спуск двустенной НКТ, между стенками которой расположена ЭВИ. Это обеспечивает предотвращение подъема подошвы ММП и снижение радиусов оттаивания вокруг скважин. Коэффициент теплопроводности НКТ составляет не менее 0,009-0,012 Вт/м*К.After drilling the well and cementing the columns, a double-walled tubing is lowered, between the walls of which the EVI is located. This prevents the rise of the bottom of the permafrost and reduces the thawing radius around the wells. The thermal conductivity coefficient of tubing is not less than 0.009-0.012 W/m*K.

Спуск НКТ осуществляют на глубину залегания подошвы ММП на начальный период эксплуатации ДС, которую определили по результатам мерзлотно-параметрического бурения (путем сравнения результатов определения глубины залегания подошвы ММП прямым и косвенным методами), с положительным допуском до 10% по глубине.The tubing is lowered to the depth of the permafrost base for the initial period of DS operation, which was determined by the results of permafrost-parametric drilling (by comparing the results of determining the depth of the permafrost base by direct and indirect methods), with a positive tolerance of up to 10% in depth.

При такой глубине спуска НКТ снижается теплопоток от ДС по всей мощности ММП, что предотвращает подъем подошвы ММП и обеспечивается сохранность более 80% массива ММП, дающего максимальную осадку при оттаивании на период эксплуатации не менее 30 лет. Например, для условий Бованенковского месторождения и Харасавэйского месторождения глубина спуска НКТ должна составлять не менее 150 м.With such a depth of tubing descent, the heat flow from the DS over the entire power of the permafrost is reduced, which prevents the rise of the permafrost base and ensures the safety of more than 80% of the permafrost array, which gives maximum settlement during thawing for a period of operation of at least 30 years. For example, for the conditions of the Bovanenkovskoye field and the Kharasaveyskoye field, the tubing depth should be at least 150 m.

Затем осуществляют термостабилизацию ММП грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС посредством установки сезонно-охлаждающих устройств (СОУ), заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть.Then, soil permafrost is thermally stabilized at the base of the DS well pad facilities by installing seasonal cooling devices (SDA) charged with refrigerant and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part.

При необходимости осуществляют также термостабилизацию грунтов прискважинной зоны площадки ДС посредством установки СОУ, заправленных хладагентом и имеющих надземную конденсаторную часть и подземную испарительную часть.If necessary, thermal stabilization of soils near the wellbore zone of the DS site is also carried out by installing a cooling system filled with a refrigerant and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part.

Установка СОУ обеспечивает термостабилизацию в приустьевой зоне. Подземную часть СОУ опускают в грунт на глубину, на которой расположены наиболее льдистые породы, осложненные пластовыми льдами и ледогрунтами, линзами криопэгов и газогидратными горизонтами.The SOU installation provides thermal stabilization in the near-estuary zone. The underground part of the SDA is lowered into the soil to a depth where the most icy rocks are located, complicated by massive ice and ice soils, cryopeg lenses and gas hydrate horizons.

Для неоком-юрских залежей Бованенковского НКГМ, с температурой газа на устье 40-60°С и для неоком-юрских залежей Харасавэйского НКГМ, с температурой газа на устье 40-60°С могут быть применены отдельностоящие СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.For the Neocomian-Jurassic deposits of the Bovanenkovskoye oil and gas field, with a gas temperature at the mouth of 40-60°C, and for the Neocomian-Jurassic deposits of the Kharasaveyskoye oil and gas field, with a gas temperature at the mouth of 40-60°C, free-standing SOU with a laying depth of 10 m can be used to stabilize the foundation soils shallow engineering structures. Free-standing SOU (laying depth of 10 m) will effectively stabilize the soils of the foundation of engineering structures of shallow laying and prevent deformations of the solid waste.

Для неоком-юрских залежей Харасавэйского НКГМ, с температурой газа на устье 60-85°С возможно применение отдельностоящих СОУ глубокого заложения (40 м) для стабилизации грунтов приустьевой зоны и применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС (основания инженерных сооружений неглубокого заложения).For the Neocomian-Jurassic deposits of the Kharasaveysky oil and gas field, with a gas temperature at the wellhead of 60-85°C, it is possible to use free-standing deep-laying SDAs (40 m) to stabilize the soils of the wellhead zone and the use of free-standing SDAs with a laying depth of 10 m to stabilize soils at the base of well pad facilities DS (foundations of engineering structures of shallow laying).

Применение СОУ 40 м в приустьевой зоне позволит снизить температуру мерзлого массива пород в 3 раза, обеспечить радиус оттаивания в интервале пород 40 м, не превышающий 0,5 м (на 30 лет эксплуатации), и обеспечить дополнительную устойчивость основания кустовой площадки в наиболее сложных условиях. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.The use of a 40 m SDA in the mouth area will reduce the temperature of the frozen rock mass by 3 times, ensure the thawing radius in the rock interval of 40 m, not exceeding 0.5 m (for 30 years of operation), and provide additional stability of the pad base in the most difficult conditions . Free-standing SOU (laying depth of 10 m) will effectively stabilize the soils of the foundation of engineering structures of shallow laying and prevent deformations of the solid waste.

Применение совокупности предлагаемых технических решений позволит обеспечить критерии геолого-технологической эффективности на период эксплуатации не менее 30 лет для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в особо сложных инженерно-геокриологических условиях.The application of the totality of the proposed technical solutions will make it possible to provide the criteria for geological and technological efficiency for a period of operation of at least 30 years for Neocomian-Jurassic DS with a high temperature of the produced fluid in especially difficult engineering and geocryological conditions.

Примеры осуществления способа комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород в зонах воздействия ДС неоком-юрских залежей.Examples of the implementation of the method of complex thermal stabilization of permafrost in the zones of influence of the DS of the Neocomian-Jurassic deposits.

Пример 1.Example 1

Способ предлагается для реализации в условиях Бованенковского месторождения для добывающих скважин с температурой добываемого флюида 30-60°С на устье (эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8).The method is proposed for implementation in the conditions of the Bovanenkovskoye field for production wells with a temperature of the produced fluid of 30-60°C at the wellhead (operational facilities TP ₁₂ + TP _13-14 + TP _15-16 + TP _17-18 + BYa _1-4 + Yu _{2 -8} ).

На фиг. 1 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Бованенковского месторождения на эксплуатационные объекты ТП₁₂ + ТП_13-14 + ТП_15-16 + ТП_17-18 + БЯ_1-4 + Ю_2-8. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние ММП основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкотеплопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (T-T_bf) на 30-й год эксплуатации.In FIG. 1 shows a scheme for implementing the method for Neocomian-Jurassic wells of the Bovanenkovskoye field at production facilities TP ₁₂ + TP _13-14 + TP _15-16 + TP _17-18 + BYa _1-4 + Yu _2-8 . The diagram shows integrated solutions for thermal stabilization of permafrost, shows the predicted state of permafrost at the base of the well pad: position 1 shows rocks in permafrost, position 2 shows thawed rocks for the 30th year of operation, and position 3 indicates low thermal conductivity cement. In addition, the phase characteristic of the soil (TT _bf ) for the 30th year of operation is indicated.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в условиях Бованенковского месторождения НКТ с ЭВИ следует спускать на глубину не менее 150 м. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании. Спускать ТН с ППУ на глубину 40 м и осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом.Modeling showed that for Neocomian-Jurassic DS with a high temperature of the produced fluid under the conditions of the Bovanenkovskoye field, tubing with EVI should be lowered to a depth of at least 150 m. This will allow to cover the permafrost layer, which gives the main settlement during thawing. Lower HP with PPU to a depth of 40 m and carry out cementation of columns in the permafrost interval with low thermal conductivity cement.

В данном варианте активная термостабилизация грунтов прискважинной зоны не применяется. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания объектов обустройства кустовой площадки (инженерных сооружений неглубокого заложения).In this option, active thermal stabilization of soils near the borehole zone is not applied. The use of free-standing SDAs with a laying depth of 10 m is being implemented to stabilize the soils of the foundation of well pad facilities (shallow engineering structures).

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 101 м, ΔT = минус 2,5°С, S = 0,6 м) на протяжении эксплуатации, а также снизить развитие радиусов оттаивания в верхней части разреза на 70% только за счет увеличения глубины НКТ и применения ТН с ППУ.Geological and technological analysis of the effectiveness of this thermal stabilization method shows that the implemented option will allow fulfilling the criterion of geological and technological efficiency (h _mmp = 101 m, ΔT = minus 2.5°С, S = 0.6 m) during operation, as well as reduce development of thawing radii in the upper part of the section by 70% only due to an increase in the depth of the tubing and the use of HP with PPU.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Бованенковского месторождения дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска теплоизолированных направлений с ППУ на глубину 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в инженерно-геокриологических условиях Бованенковского месторождения при температуре газа на устье ДС 30-60°С.Studies have shown that when using additional thermal stabilization of permafrost using HP at the Neocomian-Jurassic DS of the Bovanenkovskoye field, namely, lowering thermally insulated directions from PPU to a depth of 40 m, then in combination with tubing with EVI, this will allow additional thermal insulation of the upper horizons of permafrost, containing the most icy rocks, reservoir ice and ice soils, cryopeg lenses and gas hydrate horizons and ensure the fulfillment of geological and technological criteria for a period of operation of at least 30 years in engineering and cryological conditions of the Bovanenkovskoye field at a gas temperature at the mouth of the DS of 30-60°C.

Пример 2.Example 2

Способ предлагается для реализации в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения для ДС с температурой добываемого флюида 40-60°С на устье (эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂).The method is proposed for implementation in particularly difficult geocryological conditions of the Kharasaveyskoye field for DS with a temperature of the produced fluid of 40-60°C at the mouth (operational facilities TP _11-16 + TP _21-24 + TP ₂₆ - BYa ₂ ).

На фиг. 2 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Харасавэйского месторождения на эксплуатационные объекты ТП_11-16 + ТП_21-24 + ТП₂₆ - БЯ₂. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние многолетнемерзлых пород основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкотеплопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (T-T_bf) на 30-й год эксплуатации.In FIG. 2 shows a diagram of the implementation of the method for the Neocomian-Jurassic wells of the Kharasavey field at production facilities TP _11-16 + TP _21-24 + TP ₂₆ - BYa ₂ . The scheme shows integrated solutions for the thermal stabilization of permafrost, shows the predicted state of permafrost rocks at the base of the well pad: position 1 shows the rocks in the permafrost state, position 2 shows thawed rocks for the 30th year of operation, and position 3 indicates low thermal conductivity cement. In addition, the phase characteristic of the soil (TT _bf ) for the 30th year of operation is indicated.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с высокой температурой добываемого флюида в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения ТН (ЭВИ) необходимо спускать на глубину не менее 40 м, осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом, а НКТ с ЭВИ спускать на глубину не менее 150 м. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании.Modeling showed that for Neocomian-Jurassic DS with a high temperature of the produced fluid in especially difficult geocryological conditions of the Kharasaveyskoye field, it is necessary to lower the TN (EVI) to a depth of at least 40 m, cement the columns in the permafrost interval with low thermal conductivity cement, and lower the tubing with EVU to a depth not less than 150 m. This will make it possible to cover the thickness of the permafrost, which gives the main draft during thawing.

В данном варианте активная термостабилизация грунтов прискважинной зоны не применяется. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для термостабилизацию грунтов у основания объектов обустройства кустовой площадки ДС (грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения).In this option, active thermal stabilization of soils near the borehole zone is not applied. The use of free-standing SOU with a laying depth of 10 m is being implemented for thermal stabilization of soils at the base of facilities for the arrangement of a well pad of a DS (soils for the foundation of engineering structures of shallow laying).

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 120 м; ΔT = минус 1,6°С; S = 0,8 м) на протяжении эксплуатации только за счет применения вакуумированного ТН в сочетании с НКТ с ЭВИ.Geological and technological analysis of the effectiveness of this thermal stabilization method shows that the implemented option will allow fulfilling the criterion of geological and technological efficiency (h _mmp = 120 m; ΔT = minus 1.6°С; S = 0.8 m) during operation only through the use of evacuated HP in combination with tubing with EVI.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Харасавэйского месторождения дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска ТН с ЭВИ на глубину 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в особо сложных инженерно-геокриологических условий Харасавэйского месторождения при температуре газа на устье ДС 40-60°С.Studies have shown that when using additional thermal stabilization of permafrost using HP at the Neocomian-Jurassic DS of the Kharasaveyskoye field, namely, lowering HP with EVI to a depth of 40 m, then in combination with tubing with EVI, this will allow additional thermal insulation of the upper horizons of the permafrost, containing the most icy rocks. , formation ice and ice soils, cryopeg lenses and gas hydrate horizons and ensure the fulfillment of geological and technological criteria for a period of operation of at least 30 years in particularly difficult engineering and cryological conditions of the Kharasaveyskoye field at a gas temperature at the mouth of the DS of 40-60°C.

Пример 3.Example 3

Способ предлагается для реализации в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения для ДС с температурой добываемого флюида 60-85°С на устье (эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3).The method is proposed for implementation in particularly difficult geocryological conditions of the Kharasaveyskoye field for DS with a temperature of the produced fluid of 60-85°C at the mouth (operational facilities BYa _5-8 + Yu _2-3 ).

На фиг. 3 показана схема реализации способа для неоком-юрских скважин Харасавэйского месторождения на эксплуатационные объекты БЯ_5-8 + Ю_2-3. На схеме приведены комплексные решения по термостабилизации ММП, показано прогнозное состояние многолетнемерзлых пород основания кустовой площадки: позицией 1 показаны породы в многолетнемерзлом состоянии, позицией 2 показаны оттаявшие породы на 30 год эксплуатации, а позицией 3 обозначен низкопроводный цемент. Кроме того, указана фазовая характеристика грунта (Т-T_bf) на 30-й год эксплуатации.In FIG. 3 shows a diagram of the implementation of the method for the Neocomian-Jurassic wells of the Kharasaveyskoye field at production facilities BYa _5-8 + Yu _2-3 . The diagram shows integrated solutions for thermal stabilization of permafrost, shows the predicted state of permafrost rocks at the base of the well pad: position 1 shows rocks in permafrost, position 2 shows thawed rocks for the 30th year of operation, and position 3 indicates low-conductivity cement. In addition, the phase characteristic of the soil (Т-T _bf ) for the 30th year of operation is indicated.

Моделирование показало, что для неоком-юрских ДС с температурой добываемого флюида 60-85°С в особо сложных геокриологических условиях Харасавэйского месторождения НКТ с ЭВИ следует спускать на глубину не менее 150 м, а ТН ППУ следует спускать на глубину 40 м, осуществлять цементирование колонн в интервале ММП низкотеплопроводным цементом. Активная термостабилизация реализуется путем применения отдельностоящих СОУ глубокого заложения (40 м) для стабилизации грунтов прискважинной зоны. Это позволит перекрыть толщу ММП, дающую основную осадку при оттаивании. Реализуется применение отдельностоящих СОУ глубиной заложения 10 м для стабилизации грунтов основания инженерных сооружений неглубокого заложения.Modeling showed that for Neocomian-Jurassic DS with a produced fluid temperature of 60-85°С in particularly difficult geocryological conditions of the Kharasaveyskoye field, tubing with EVI should be lowered to a depth of at least 150 m, and HP FPU should be lowered to a depth of 40 m, cementing the columns in the permafrost interval with low thermal conductivity cement. Active thermal stabilization is implemented by using free-standing deep-laying SDAs (40 m) to stabilize soils in the near-wellbore zone. This will cover the thickness of the permafrost, which gives the main draft during thawing. The use of free-standing SDA with a laying depth of 10 m is being implemented to stabilize the soils of the foundation of engineering structures of shallow laying.

Геолого-технологический анализ эффективности данного метода термостабилизации показывает, что реализуемый вариант позволит выполнять критерий геолого-технологической эффективности (h_ммп = 118 м; ΔT = минус 4,6°C; S = 0,8 м) на протяжении эксплуатации. Применение СОУ 40 м в приустьевой зоне позволит снизить температуру мерзлого массива пород в 3 раза, обеспечить радиус оттаивания в интервале пород 40 м не превышающий 0,5 м (на 30 лет эксплуатации) и обеспечить дополнительную устойчивость основания кустовой площадки в наиболее сложных условиях. Отдельностоящие СОУ (глубиной заложения 10 м) будут эффективно стабилизировать грунты основания инженерных сооружений неглубокого заложения и предотвращать деформации ТПО.Geological and technological analysis of the effectiveness of this thermal stabilization method shows that the implemented option will allow fulfilling the criterion of geological and technological efficiency (h _mmp = 118 m; ΔT = minus 4.6°C; S = 0.8 m) during operation. The use of a 40 m SDA in the mouth area will reduce the temperature of the frozen rock mass by 3 times, ensure the thawing radius in the rock interval of 40 m does not exceed 0.5 m (for 30 years of operation) and provide additional stability of the pad base in the most difficult conditions. Free-standing SOU (laying depth of 10 m) will effectively stabilize the soils of the foundation of engineering structures of shallow laying and prevent deformations of the solid waste.

Исследования показали, что при использовании на неоком-юрских ДС Харасавэйского месторождения с температурой добываемого флюида 60-85°С дополнительной термостабилизации ММП с помощью ТН, а именно спуска теплоизолированных направлений с ППУ на глубину 40 м, и отдельно стоящих СОУ с глубиной подземной части не менее 40 м, то в комплексе с НКТ с ЭВИ это позволит дополнительно теплоизолировать верхние горизонты ММП, вмещающие наиболее льдистые породы, пластовые льды и ледогрунты, линзы криопэгов и газогидратные горизонты и обеспечить выполнение геолого-технологических критериев на период эксплуатации не менее 30 лет в особо сложных инженерно-геокриологических условиях Харасавэйского месторождения при температуре газа на устье ДС 60-85°С.Studies have shown that when using on the Neocomian-Jurassic DS of the Kharasaveyskoye field with a temperature of the produced fluid of 60-85°C, additional thermal stabilization of permafrost using HP, namely the descent of thermally less than 40 m, then in combination with tubing with EVI, this will allow additional thermal insulation of the upper horizons of the permafrost, containing the most icy rocks, reservoir ice and ice soils, cryopeg lenses and gas hydrate horizons and ensure the fulfillment of geological and technological criteria for a period of operation of at least 30 years in particular difficult engineering and geocryological conditions of the Kharasaveyskoye field at a gas temperature at the mouth of the DS 60-85°C.

Заявленный способ комплексной термостабилизации многолетнемерзлых пород ДС неоком-юрских залежей месторождений полуострова Ямал обоснован анализом данных мерзлотно-параметрического бурения, результатами прогнозного термомеханического моделирования, выполненного с учетом параметров разработки месторождения, прогнозных климатических изменений.The claimed method for the complex thermal stabilization of permafrost DS rocks of the Neocomian-Jurassic deposits of the Yamal Peninsula fields is substantiated by the analysis of permafrost-parametric drilling data, the results of predictive thermomechanical modeling performed taking into account the field development parameters, predictive climatic changes.

Claims

A method for complex thermal stabilization of permafrost rocks (PFR) of Neocomian-Jurassic deposits in the zone of influence of production wells (DS), in which, before the construction of the DS, at least one permafrost-parametric well is drilled, during which the depth of the permafrost base is visually determined as the boundary between frozen and thawed soil zone, also in the course of said drilling, thermometry is carried out in the borehole of a permafrost-parametric well, according to which the phase characteristic of the soil ΔT in the inter-well space is calculated as the difference between the temperature of the soil in the inter-well space and the temperature of the beginning of its freezing at a certain depth, then build a curve of dependence of the phase characteristics of the soil in the inter-well space on the depth of the permafrost-parametric well, by the intersection of the curve of the phase characteristics of the soil with a zero isotherm (ΔТ=0) determine the depth of the permafrost base, which is compared with the result of the depth of the deposit of the permafrost base, determined visually by the state of the soil, and the largest of the compared results of determining the depth of the permafrost base is used in the construction of a DS in the permafrost interval, during which the DS shaft is drilled and a double-walled heat-insulated direction (TI) is lowered into it, between the walls of which is located screen-vacuum insulation (EVI) or thermal insulation made of polyurethane foam (PPU), conductor, intermediate string and production string, and the HP is lowered to a depth that allows thermal insulation of the upper horizons of the permafrost, then the annular space of the HP is cemented, as well as the annulus of the HP is cemented and conductor, the annular space of the conductor and the intermediate string, the annulus of the intermediate string and the production string, while the mentioned cementing in the permafrost interval is carried out with cement slurry with a thermal conductivity coefficient of cement stone ≤ 0.25 W/(m⋅K), then on a double-walled tubing pipe (tubing pipe) is lowered into the depth of the bottom of the MMP, between the walls of which the EVI is located; the condenser part and the underground evaporative part installed in the soil at the base of the facilities for the arrangement of the well pad of the DS, if necessary, thermal stabilization of the soils of the estuarial zone of the DS is also carried out by installing a cooling system in it, filled with a refrigerant and having an above-ground condenser part and an underground evaporative part installed in the soil of the estuarial zone DS sites.