Основные преимущества оборудования с непрерывными трубами

Мировой опыт применения колонн гибких труб насчитьгвает более 35 лет. За это время были выявлены и неоднократно подтвержда­лись на практике преимущества использования этой технологии проведения работ по сравнению с традиционной. К ним относятся:

— обеспечение герметичности устья скважины на всех этапах выполнения внутрискважинных операций, начиная с подготов­ки комплекса ремонтного оборудования, и вплоть до его свер­тывания;

— возможность осуществления работ в нефтяных и газовых скважинах без их предварительного глушения;

— обеспечение циркуляции технологической жидкости на всех этапах выполнения внутрискважинных операций, в том числе — во время СПО;

— отсутствие необходимости освоения и вызова притока сква­жин, в которых выполнялись работы с использованием колон­ны гибких труб;

— безопасность проведения спускоподъемных операций, так как в данном случае не нужно осуществлять свинчивание — раз­винчивание резьбовых соединений и перемещать насосно-компрессорные трубы (НКТ) на мостки;

— значительное улучшение условий труда работников бригад подземного ремонта при выполнении всего комплекса операций;

— сокращение времени при спуске и подъеме внутрисква-жинного оборудования на проектную глубину;

— обеспечение возможности бурения, спуска забойных инст­рументов и приборов, а также выполнения операций подземного ремонта в горизонтальных и сильно искривленных скважинах;

— соблюдение более высоких требований в области экологии при проведении всех операций по ремонту и бурению скважин, в частности, за счет меньших размеров комплексов оборудова­ния для этих целей по сравнению с традиционными;

— существенный экономический эффект в результате приме­нения КНТ как при ремонте, так и при проведении буровых работ.

В настоящее время специалисты различных фирм ежегодно выполняют порядка тысячи операций на скважинах с использо­ванием колонн непрерывных труб.

Применять КНТ начали для осуществления наиболее про­стых операций при проведении ПРС — очистки колонны труб и забоев от песчаных пробок. При внедрении данной технологии использовали КНТ с наружным диаметром 19 мм. В настоящее время созданы буровые установки, работающие с колоннами диаметром до 114 мм. При помощи КНТ с промежуточными значениями диаметров в этом диапазоне (19—114 мм) можно осуществлять практически весь набор операций подземного ре­монта скважин и бурения. Параллельно с совершенствованием и созданием новых технологий выполнения нефтепромысловых работ шло развитие и технологии изготовления КНТ, а также нефтепромыслового оборудования и инструмента, обеспечива­ющего их применение.

Оборудование для работы с использованием КНТ обеспечи­вает резкое повышение эффективности процессов ремонта и бурения скважин, особенно при проведении работ на месторож­дениях со сложными геологическими и климатическими усло­виями.

Однако преимущества КНТ и новые технические решения, способствующие их совершенствованию, позволяют постоянно расширять область применения данного оборудования и повы­шать эффективность ведения работ. Например, использование колонны непрерывных труб внесло изменения в практику буре­ния нефтяных и газовых скважин, особенно при их заканчива-нии, а также в технологию выполнения каротажных исследова­ний, работ по вскрытию пласта в сильно искривленных и гори­зонтальных скважинах.

Перспективы дальнейшего применения КНТ обусловлены, в частности, следующими факторами:

— к настоящему времени создано оборудование, позволяющее работать с колоннами непрерывных труб практически всех необхо­димых диаметров и длин при высоких скоростях спуска и подъема;

— обеспечена долговечность КНТ в условиях нейтральных и коррозионно-активных жидкостей.

Высокая эффективность работ, выполняемых с использова­нием КНТ, безусловно повлияет на стратегию и тактику разра­ботки месторождений в будущем. Прежде всего это касается эк­сплуатации месторождений, расположенных в отдаленных и труд­нодоступных районах, а также тех, пластовая жидкость которых имеет аномальные свойства. Кроме того, при дальнейшем со­вершенствовании оборудования, обеспечивающего работу КНТ, можно достичь высокой эффективности проведения всего ком­плекса работ, связанных с бурением, освоением, эксплуатацией и ремонтом горизонтальных скважин.

Можно выделить основные ключевые направления развития данных технологий в России:

— увеличение количества типоразмеров установок;

— повышение технического уровня оборудования, эксплуа­тационных характеристик агрегатов;

— разработка систем автоматизированного контроля за функ­ционированием узлов агрегатов и технологическими процессами;

— создание установок с непрерывными трубами большого диаметра для забуривания вторых стволов и проходки горизон­тальных участков скважин;

— обеспечение комплектности поставок;

— возможность сервисного обслуживания;

— доступная стоимость.

Реализация развития этих направлений будет более эффек­тивна при условии создания полигонов для испытаний обору­дования, отработки технологий и эксплуатации установок, вы­деления участков непосредственно на нефтепромыслах и место­рождениях для внедрения описываемых технологий — вначале в сопровождении традиционных подъемников для замены муфто­вых НКТ на КНТ, а затем для полного сервисного обслужива­ния скважин с использованием всех возможностей технологий, основанных на применении непрерывной трубы для:

— текущего и капитального ремонта объектов;

— освоения скважин;

— эксплуатации КНТ в нагнетательных скважинах;

— применения КНТ в установках штанговых, центробежных, гидропоршневых и струйных насосов;

— обустройства нефтепромысловой сети.

Установки с использованием колонны непрерывных труб сле­дует создавать компактными и монтировать на автомобильном шасси с проходимостью, обеспечивающей передвижение в ус­ловиях намывных кустов и дорог без твердого покрытия. Обору­дование агрегата должно работать при температуре окружающей среды от -45 до +45 "С и быть стойким к агрессивным средам. Необходимо, чтобы монтаж-демонтаж установки на устье сква­жины проводился без привлечения дополнительной грузоподъ­емной техники.

Агрегат должен обеспечивать выполнение следующих техно­логических операций:

— очистку эксплуатационных колонн от гидратопарафино­вых пробок путем промывки горячим солевым раствором с плот­ностью до 1200 кг/м³ и температурой до 150 °С;

— удаление песчаных пробок;

— извлечение бурового раствора из скважины;

— ловильные работы при капитальном ремонте скважин (КРС);

— цементирование скважин под давлением;

— кислотные обработки под давлением;

— разбуривание цемента;

— изоляцию пластов.

Основное оборудование должно состоять из набора блоков. Первый блок включает:

— барабан с измотанной трубой;

— монтажное устройство;

— инжектор — устройство, транспортирующее КНТ;

— кабину управления агрегатом;

— насосную (компрессорную) станцию для прокачки техно­логической жидкости.

Второй блок включает:

— емкость дли технологической жидкости (8-10 м³), снаб­женную теплоизоляцией;

— нагревательное устройст но для технологической жидкости;

— насос для перекачивания технологической жидкости с при­водом or ходового двшателя агрегата.

В соскш вспомогательного оборудования, которым должна укомплектовывания установка, входят:

— уплотнительпый элемент устья;

— мротивовыбросовый превептор;

— комплект быстроразборного манифольда для технологи­ческой жидкости;

— прибор, регистрирующий нагрузку от веса колонны труб;

— комплект впутрискважииною инструмента (локаторы конца грубы, шарнирные откломители, разъединитель с извлекающим устройством, центраторы колонны, обратные клапаны, струй­ные насадки, ясы и акселераторы и т.п.).

В комплект оборудования входит инструмент и запасные части.

Необходимо, чтобы конструкция агрегата соответствовала тре­бованиям техники безопасности, действующим в нефтяной и газовой промышленности:

— система освещения установки должна быть защищена от взры­вов и обеспечивать освещенность на устье скважины, равную 26 лк;

уровень звукового давления на рабочих местах не должен быть выше 85 дБ;

— площадки, расположенные на высоте более 1 м, должны иметь перильные ограждения высотой не менее 1 м;

— для подъема на платформу агрегата нужны маршевые лес-гнниы с перильными ограждениями шириной не менее 0,75 м;

— выхлопную систему двигателей агрегатов следует снабжать искрогасителями;

— пост управления агрегатом нужно размещать с учетом хо­рошей видимости рабочих мест как у скважины, гак и на других участках;

— расположение центра тяжести агрегата должно обеспечи­вать его устойчивое положение при перемещении по дорогам с уклоним до 25º в осевом направлении и ло 15º и боковом;

— агрегат необходимо снабжать электрической панелью с вы­ходом 220/50 В для освещения, зарядным устройством и транс­форматором-выпрямителем па 24 В постоянного тока для под­зарядки аккумуляторов и аварийною освещения.

Габаритные размеры агрегата в транспортом положении не должны превышать по высоте 4,5 м, а по ширине - 3,2 м.

Агрегаты подземного ремонта, использующие колонну непре­рывных труб, характеризуются следующими параметрами:

— длиной колонны труб;

— диаметром колонны труб;

— типом монтажной базы (автомобильное или тракторное шасси, прицеп);

— диаметром барабана для хранения труб;

— тяговым усилием при извлечении трубы, развиваемым транспортером;

— скоростью перемещения трубы транспортером;

— давлением в полости ремонтируемой скважины;

— давлением технологической жидкости:

— составом бригады, обслуживающей агрегат;

— массой агрегата;

— показателями надежности.

Главными параметрами являются диаметр и длина колонны гибких труб и агрегата. Именно они влияют на остальные па­раметры, конструкцию агрегата и его компоновку. Например, диаметр и длина колонны труб определяют диаметр барабана и тяговое усилие. Эти же показатели существенно влияют и на давление насосов, перекачивающих технологическую жид­кость, и компоновку агрегата, от которой зависит тип мон­тажной базы.

Диаметр КНТ в определенной степени связан с длиной ко­лонны. Эта зависимость обусловлена рядом факторов, которыми,например, являются расход технической жидкости и прочностные показатели материала, из которого изготавливают тру­бы. По результатам исследования таких взаимосвязей устанав­ливают, какой длине колонны гибких труб должен соответство­вать определенный диаметр.

Решение данной задачи строится на следующих логических основах — для выполнения любых технологических операций комплекс наземного оборудования должен обеспечивать необ­ходимую подачу технологической жидкости. При ее прокачива­нии по колонне гибких труб гидродинамические потери ∆ p _тр со­ставляют, как правило, больше половины общей величины дав­ления на выходе насосной установки. Остальные компоненты, например, перепад давления на забойном двигателе, устанавли­ваются согласно паспортным характеристикам устройств.

Помимо влияния расхода жидкости, значение диаметра КНТ зависит еще и от прочностных показателей материалов, из кото­рых изготавливают трубы.

В опасном сечении (верхнее сечение колонны труб, спущен­ных в скважину) материал находится в сложном напряженном состоянии. Эквивалентные напряжения, действующие в этом сечении, зависят от внутреннего давления в трубах, глубины их спуска, реактивного момента, возникающего при работе забой­ного двигателя, и других силовых факторов, проявляющихся в поперечном сечении труб при выполнении определенных тех­нологических операций.

Для предварительной оценки напряженного состояния мо­жет быть использована теория прочности, в соответствии с ко­торой эквивалентные напряжения могут быть определены сле­дующим образом [68]:

где γ— удельный вес материала труб; d — диаметр средин­ной поверхности трубы; σ_т — нормальные напряжения, действу­ющие в меридиональном направлении трубы при внутреннем давлении р.

Исходя из условия прочности σ_экв < k_тσ_т после преобразова­ния формулы (10.1) получаем

 

где к_т — коэффициент запаса прочности по пределу текучес­ти; σ_т — предел текучести материала, из которого изготовлена труба; δ_тр —толщина стенки трубы.

В табл. 10.20 приведены значения диаметров труб в зависи­мости от глубины подвески и максимального давления р_тах при [σ] = 0,8σ_т = 400 МПа [68].

Количество агрегатов, работающих с колонной непрерыв­ных труб, по сравнению с количеством машин массового про­изводства относительно мал. При этом разброс параметров отдельных типоразмеров установок весьма велик. Следователь­но, нецелесообразно унифицировать их металлоконструкции, элементы шасси и другие части, ремонт которых не заплани­рован, а срок службы соответствует сроку службы всего агре­гата.

В данной ситуации важнее унифицировать узлы, сложные в кинематическом отношении, составляющие, обеспечивающие быструю перенастройку при необходимости перехода во время работы с одного диаметра труб на другой, а также узлы, непос­редственно не связанные с величиной параметров агрегатов, например, пульты управления, элементы оборудования кабин операторов и другие, а также сложные комплектующие изделия, прежде всего элементы гидропривода.

При выборе комплектующих следует ориентироваться на из­делия, применяемые для агрегатов, работающих в аналогичных условиях, к которым, прежде всего, относятся дорожные и стро­ительные машины, а также транспортная техника. В настоящее время для них освоена широкая гамма комплектующих изделий гидропривода — насосы, моторы, управляющая и регулирующая аппаратура, элементы гидросистем. Эти изделия обладают наи­большей надежностью по сравнению с имеющимися аналогами в других отраслях. Для них создана ремонтная база, система при­обретения этих изделий достаточно хорошо отработана.

Таблица 10.20