Применения колтюбинговых технологий для ремонта скважин

Проблемы применения колтюбинговых технологий

В ряде случаев при эксплуатации скважин на шельфе колтюбинговые технологии являются единственными, способными решать возникающие проблемы. Какие решения оказываются наиболее рациональными?

В ряде случаев при эксплуатации скважин на шельфе колтюбинговые технологии являются единственными, способными решать возникающие проблемы. Такими, в частности, является промывка скважин, исследование скважин, выполнение операций капитального ремонта. Все это обусловлено тем, что геометрия стволов скважин, пробуренных на шельфе, характеризуется значительными длинами горизонтальных участков. Это затрудняет проникновение инструмента к забою скважины и на удаленные участки. Какие решения оказываются наиболее рациональными?

Опыт эксплуатации скважин на Севере показывает, что в начальный период при работе в режиме фонтанирования и высоком пластовом давлении идет интенсивный вынос проникающих в полость скважины воды, конденсата и песка вместе с пластовой жидкостью или газом. При этом глушения скважины не происходит, пока скорость восходящего потока газа превышает скорость осаждения частиц. Как только это соотношение нарушается, то и песок и жидкость (в газовых скважинах) начинают падать на забой, засыпают перфорационные отверстия и постепенно глушат скважину.

Опыт проведения капитальных ремонтов показывает, что выполнение очистки забоя от песка с помощью традиционных технологий, включающих глушение скважины, спуск колонны промывочных труб, собственно промывку, вызов притока, удаление колонны занимает 3 – 4 недели. При использовании колтюбинговых технологий, не требующих глушения и вызова притока время выполнения работ составляет максимум 3 – 4 дня. Кроме того исключаются осложнения и повышается уровень безопасности проведения работ, поскольку исключаются спуско-подъемные операции колонны НКТ, что очень важно при выполнении работ на шельфе. Исключение этих операций особенно актуально, поскольку размеры приустьевых площадок ограничены, а расстояния между устьями скважин малы.

Компактность колонн гибких труб, намотанных на барабаны, позволяет иметь на каждом кусте скважин набор бунтов различных диаметров, необходимых для выполнения работ различного типа. Это справедливо прежде всего для скважин расположенных на кустах или платформах.

В этом случае колтюбинговый агрегат подземного ремонта состоит из трех блоков: катушка с колонной труб, устьевого оборудования и привода с кабиной управления. Во время выполнения ремонта над устьем скважины устанавливается транспортер колонны гибких труб.

К недостаткам колтюбинга относятся прежде всего высокое гидравлическое сопротивление и низкая изгибная жесткость гибких труб, приводящая к потере устойчивости при появлении сжимающих нагрузок. Нагрузки подобного рода появляются при перемещении гибких труб в горизонтальных участках скважин или при заклинивании колонны.

В основном все элементы колтюбинговых установок выполняются с использованием обьемного гидропривода. Однако опыт эксплуатации в условиях холодного климата показывает, что наличие в рабочей жидкости воды приводит к отказу гидросистемы. Растепление гидропривода в условиях низких температур достаточно трудоемкая операция, поскольку исключить появление воды в гидросистеме реально не представляется возможным.

Спуск колонны гибких труб при проведении промывки или разбуривания сопровождается оседанием песка и появлением дополнительных сил трения, в результате чего колонну заклинивает или происходит потеря ее устойчивости. С начала потеря устойчивости происходит в плоскости, которая по мере увеличения значения критической силы превращается в спираль. Для предотвращения этих явлений используют двухкомпонентные промывочные жидкости на основе воды или легкой нефти с азотом и добавлением ПАВ.

Для анализа ситуаций и оценки вероятности появления потери устойчивости колонн труб, расположенных в горизонтальных участках необходимо знать величину критической силы, при которой это явление возникает. Процесс потери устойчивости сопровождается принятием ее оси криволинейной формы. Будем полагать ее близкой к синусоиде. Моментом потери устойчивости будем полагать ситуацию, при которой гибкая труба деформируясь начинает касаться одновременно в диаметральной плоскости стенки обсадной колонны или стенок скважины в двух или более точек. Т.е. ее ось оказывается вписанной во внутреннее пространство скважины. При этом осевая сила, воздействующая на трубу, создает условия для упрочнения контакта гибкой трубы с поверхностью канала в котором она находится – внутренней поверхностью обсадной трубы или стенки скважины.

Для определения условий возникновения потери устойчивости определим зависимость критической силы Р_кр от условий работы гибкой трубы. Найдем ее минимальное значение, при котором происходит плоский изгиб трубы.

Исходя из условий образования упругих деформаций при потере устойчивости определим радиус кривизны оси трубы R исходя из закона Гука при изгибе [1] R = EI_x / M_x , где EI_x жесткость при изгибе, M_x – крутящий момент, изгибающий трубу. Для рассматриваемого случая величина максимального изгибающего момента в упругой области деформирования будет M_x = S_t W_x , где S_t – предел текучести метериала трубы, до которого деформации трубы будут упругими. (В силу близости значений, примем предел упругости и предел текучести равными). W_x – осевой момент сопротивления трубы изгибу. Эта величина может быть представлена как W_x = I_x / r, где r – максимальное расстояние от оси трубы до поверхности, т.е. наружный радиус гибкой трубы.

Подставив значение момента, получим R = EI_x / S_t W_x = E r / S_t .

Основываясь на геометрических соотношениях наружной поверхности синусоиды, ограниченной стенками скважины можно записать, что

L = 2 (2f (R — f)) 0,5 , где L – длина полуволны деформированной оси трубы, f – прогиб наружной поверхности гибкой трубы.

Затем подставив полученное значение длины полуволны L в формулу Эйлера [ 2 ], найдем критическую силу P_кр = п 2 EI_x /L 2 . Подставив все полученные значения в формулу Эйлера можно получить единую формулу для определения критической силы, вызывающей потерю устойчивости гибкой трубы находящейся в стесненных условиях во внутренней полости обсадной трубы. В окончательном виде формула для определения критической силы будет иметь вид

Как видно, критическая сила зависит от жесткости трубы и прочностных и деформационных характеристик материала из которого она изготовлена.

Результаты расчетов, выполненных для произвольных условий расположения труб различных диаметров расположенных в скважинах с внутренним диаметром 100 и 200 мм показаны в таб. 1.

Таб.1. Зависимость критической силы при потере устойчивости от диаметра обсадной колонны и диаметра колонны гибких труб.

Диаметр обсадной трубы, мм

Критическая сила, Н при диаметре колонны гибких труб, мм

Источник

Колтюбинг: перспективные методы добычи тяжелой нефти

Колтюбинг (от англ. «coiled tubing» — колонна гибких труб) — это установка с гибкой непрерывной насосно-компрессорной трубой (ГНКТ) для проведения работ по освоению и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин. Технология колтюбинга была разработана в 1950 годах, но широкое применение получила только ближе к концу 1980-х.

Преимущества технологии ГНКТ заключается в том, что гибкая труба способна проникать в горизонтальные и боковые отводы скважины, при этом не приходится тратить время на монтаж/демонтаж колонны. Именно это делает технологию колтюбинга дешевле и экологичней классических методов.

Область применения колтюбинга

Прежде всего, колтюбинг используют при исследовании месторождений, бурении и ремонтно-восстановительных работах. Однако, сейчас колтюбинг применяют для добычи высоковязкой, «тяжелой» нефти.

Наибольшее распространение технология получила в северных регионах Канады и США (на Аляске), но в последнее время активно применяется и на месторождениях в России.

Оборудование для колтюбинга

Колтюбинговая установка используется для транспортировки и подачи ГНКТ необходимого диаметра в скважину.

Как правило, оборудование для колтюбинга устанавливается на самоходное шасси или полуприцеп. На рисунке 1 показаны основные компоненты установки:

• силовая установка,
• кабина управления,
• рабочая катушка,
• инжекторная головка,
• противовыбросное оборудование.

Рис. 1. Установка ГНКТ

Размер трубы подбирается в зависимости от проводимых работ. Обычно диаметр труб варьируется в пределах 19–114 мм. ГНКТ сматывается с рабочей катушки, установленной на раме тягача. Далее труба проходит через инжекторную (устьевую) головку, которая создаёт необходимое усилие для продвижения насосно-компрессорной трубы внутри скважины с учётом преодоления силы трения и давления в стволе.

Оптическое волокно для технологии колтюбинга

В процессе бурения, а также при проведении ремонтно-восстановительных работ с применением колтюбинга необходимо доставлять оборудование в нужную точку скважины и обеспечивать непрерывную связь со спускаемым оборудованием. Для решения этой задачи широко применяются грузонесущие геофизические кабели производства Инкаб.

В процессе исследования месторождений, а также при проведении работ по повышению эффективности добычи необходимо контролировать текущие процессы в добывающей скважине, в частности — температуру по всему стволу добывающей скважины.

Для непрерывного мониторинга температуры (DTS) используют кабели-датчики с оптическим волокном в качестве распределенного датчика. Инкаб производит линейку кабелей-датчиков, оптимально подходящих для решения этой задачи. Наибольшее применение получила конструкция SensoWire.

Рис. 2. Кабель для колтюбинга — конструкция SensoWire

Для мониторинга температуры в конструкции используется высокотемпературное волокно. Кабель располагается внутри гибкой, насосно-компрессорной трубы в добывающей скважине и защищен от агрессивной среды — для изготовления стального оптического модуля применяемся сталь марки 304, а армирующая броня изготавливается из оцинкованной проволоки.

Подробнее о материалах, вариантах исполнения и технических характеристиках смотрите на странице конструкции.

Кабели-датчики для распределенного мониторинга

Источник

Использование колтюбинга для капитального ремонта скважин

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 10.12.2018 2018-12-10

Статья просмотрена: 3660 раз

Библиографическое описание:

Шлеин, Г. А. Использование колтюбинга для капитального ремонта скважин / Г. А. Шлеин, А. А. Глущенко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 49 (235). — С. 58-60. — URL: https://moluch.ru/archive/235/54606/ (дата обращения: 06.07.2021).

Встатье рассмотрены общие сведения и о колтюбинге, его строении, назначении, технологии изготовления гибких труб, преимущества колтюбинговых установок, и область его применения.

Ключевые слова: пласт, колтюбинг, гибкие трубы, ремонт скважин.

Под колтюбингом понимают специальную установку, предназначенную для проведения технологических операций при капитальном и подземном ремонтах скважин, а также для бурения нефтяных и газовых скважин различных конструкций и профилей с использованием колонны гибких труб.

Колтюбинг, как одно из перспективных направлений специализированного оборудования нефтегазодобывающей промышленности, основан на использовании гибких непрерывных труб, которые заменяют традиционные сборные колонны труб при работах внутри скважин. Такие трубы благодаря своей гибкости способны с легкостью предоставить доступ в боковые и горизонтальные стволы скважин.

Основным преимуществом использования этой технологии является значительное уменьшение продолжительности проведения технологических процессов связанных с свинчиванием / развинчиванием колонны труб при спуско-подъемных операциях.

Оборудование установки колтюбинга смонтировано на шасси автомобиля или автомобильном полуприцепе. В состав оборудования входят, кроме колонны гибких труб, инжектор и лубрикатор, блок превенторов, которые во время работы монтируют на устье скважины [2].

Колтюбинговые установки могут работать без глушения скважины с герметизацией устья до давления 70 МПа. Это позволяет избежать репрессии давления на пласт при ремонте скважин и, как следствие, уменьшить или вообще избавиться загрязнения призабойной зоны пласта технологическими жидкостями.

Применять колтюбинг начали для осуществления простых операций при проведении подземных ремонтов скважин — очистке колонны труб и забоев от песчаных пробок. При внедрении данной технологии использовали колонну гибких труб с внешним диаметром 19 мм.

Сейчас созданы буровые установки, работающие с колоннами диаметром 114,3 мм. Традиционно используют гибкие трубы маленького (19–31,75 мм), среднего (31,75–44 мм) и большого (44–114,3 мм) диаметров, с помощью которых можно осуществлять практически весь набор операций подземного ремонта скважин и бурения.

К операциям с использованием колтюбинговых технологий относятся следующие: вызов притока снижением уровня в скважине, газлифтная эксплуатация скважин, удаление жидкости из газовых скважин, эксплуатация скважин через гибкие трубы, удаление пробок различной плотности, кислотные обработки призабойной зоны пласта, селективное действие на пласт, гидравлический разрыв пласта, перфорация скважины, установки гравийных фильтров, разбуривания твердых отложений (цемента, фрезерования и т. д.), обрезание НКТ и обсадных колонн, бурение бокового столба, бурение скважины (на депрессии и сбалансированное), цементировочные работы, глушения скважины, ремонт наклонно-направленных, горизонтальных скважин, геофизические исследования.

Гибкие трубы изготавливаются на трубопрокатном состоянии с одним продольным швом, выполненным с помощью высокочастотной сварки без добавления присадочного металла. Сварка ведется автоматами в среде инертного газа. С помощью роликовых механизмов с плоской ленты формируется круглая труба, готова к сварке. Края трубы, подлежащих сварке, механически стыкуются, а тепло для сварки образуется за счет сопротивления протекания электрического тока. После сварки внешняя поверхность очищается, сглаживается и сварной шов отжигают. Трубу охлаждают на воздухе, а затем в водяной бане перед неразрушающим контролем.

Проверка обычно осуществляется с помощью вихретокового устройства. Калибровка конечного диаметра выполняется при формировании трубы с учетом некоторого уменьшения диаметра после сварки. В это время труба подвергается термообработке по всему телу трубы для «снятия стресса» и повышения пластической стали.

Конечный продукт высокопрочной трубой с пластичностью, гибкостью и другими свойствами, которые удовлетворяют условия эксплуатации. Последним этапом является намотки трубы на барабан и испытания давлением.

При использовании на практике колтюбинга по сравнению с традиционным капитальным ремонтом газовых и нефтяных скважин выявлен ряд преимуществ. К ним относятся:

– обеспечение герметичности устья скважины на всех этапах выполнения скважинных операций;

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

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

– безопасность проведения спускоподъемных операций;

– оптимизация условий труда работников бригад капитального ремонта при исполнении всего комплекса операций;

– уменьшение времени на спуск и подъем скважинного оборудования на проектную глубину;

– обеспечение возможности бурения, спуска забойных инструментов и приборов, а также выполнение операций капитального ремонта в горизонтальных и очень покосившихся скважинах;

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

– существенный экономический эффект в результате применения колонн гибких труб как во время ремонта, так и при проведении буровых работ.

Таким образом проведение операций колтюбинговыми установками принесло значительное облегчение и увеличило спектр работ по подземному ремонту скважин. Это перспективное оборудование, развивается и найдет себе применение и в других сложных работах на скважинах.

1. В. В. Шайдаков, П. Г. Михайлов, В. В. Грогуленко. Анализ проблем при ремонтных работах с использованием гибкой трубы в колтюбинговых установках // Нефть. Газ. Новации. — 2012 — № 6 — С. 92–96.
2. Войтенко, Л. М. Груздилович, А. М. Киреев и др. Колтюбинг: основы и практика применения в горном деле. Минск.: Юнипак,2007. -581 с.
3. Грогуленко В. В. Конструктивные и эксплуатационные параметры металлополимерных колтюбинговых труб // Фундаментальные исследования. -2015 — № 2–2 — С. 245–250.

Источник