Прогрессивные технологии в бурении нефтяных и газовых скважин

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

          Эффективность технической базы предприятий, работающих в нефтегазовом секторе экономики, — одна из основных составляющих их конкурентоспособности. Внешняя составляющая этой эффективности — уровень технической оснащенности, который напрямую зависит от соответствия технических характеристик оборудования мировым аналогам и стандартам, принятым в отрасли. Внутренняя составляющая эффективности — затраты на техническое оснащение. Они слагаются из расходов на приобретение оборудования, материалов и непосредствен­ное проведение работ.

Реально поддержать конкурентоспособность предприя­тию нефтегазового сектора, позволит лишь передовое оборудование, которое соответствует самым высоким стандартам технического обслуживания и позволит решать весь спектр работ в полном соответствии с совре­менным уровнем развития технологий.

Интенсивная разработка месторождений нефти и газа приводит к непрерывному ухудшению структуры запасов углеводородного сырья. Одним из основных направлений деятельности добывающих компаний является работа с фондом простаивающих скважин. В середине 90-х годов была освоена технология капитального ремонта скважин с применением установок "гибкая труба".

Уже первый опыт эксплуатации установок "гибкая труба" при ремонте скважин показал высокую эффективность колтюбинговых технологий. Их преимущества следующие: по сравнению с традиционным капитальным ремонтом продолжительность операций по обработке призабойной зоны пласта сокращена в 3-4 раза и составляет не более 48 часов, за короткое время на скважине можно "сработать" несколько технологий и общее время пребывания в ремонте уменьшилось в 5-7 раз.

Развитие колтюбинговых технологий, основанных на применении гибких непрерывных труб, первоначально было связано с обеспечением текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин. Однако мировая практика показывает, что наиболее значительные достижения в применении гибких труб связаны с освоением буровых работ. Сегодня колтюбинг занимает важную нишу на рынке нефтегазовых технологий и открывает поистине уникальные возможности сохранения окружающей среды и снижения себестоимости бурения.

Иногда применение колтюбинговых технологий позволяет произво­дить несколько операций ремонта и обслуживания скважины за один спускоподъемный цикл, что значительно увеличивает скорость выполне­ния поставленных перед буровой компанией задач. Кроме того, мобильность колтюбинговых установок позволяет эффективно применять их на отдаленных месторождениях, разрабатывать индивидуальную схему ремонта и обслуживания для каждой скважины. В совокупности это дает значительный экономический эффект при бурении и проведении ремонтно-технологических работ в скважине с использованием колтюбинговой установки.

Целью и задачей данной курсовой работы является описание такой  прогрессивной технологии в бурении нефтяных и газовых скважин, как колтюбинг, дать сравнительную оценку эффективности данной технологии, а также рассмотреть перспективы применения данной технологии в Беларуси и за рубежом.

ГЛАВА 1. ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОЛТЮБИНГОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.    Сущность колтюбинга и область применения.

Традиционно на протяжении многих десятилетий и по сей день, при бурении, а также при выполнении различных технологических операций в скважинах используются отдельные муфтовые резьбовые трубы, свинчиваемые и развинчиваемые между собой. В основе колтюбинговых технологий лежит использование металли­ческой гибкой трубы — coiled tubing (далее — колтюбинговой трубы), наматываемой на барабан, спускаемой и извлекаемой из скважины специальным агрегатом. Сущность колтюбинговых технологий заключается в использовании в бурении нефтяных и газовых скважин, а также при выполнении различных технологических операций в скважине колонны гибких непрерывных металлических труб, наматываемых на барабан и разматываемых с барабана при спуске в скважину.

Основным применяемым термином у нас для обозначения этого направления является русифицированная транскрипция "coiled tubing" – колтюбинг, что означает трубу, наматываемую на катушку.

Колтюбинговые трубы обычно изготавливают из малоуглеродистых, низколегированных сталей. В настоящее время наиболее крупными изготовителями гибких труб за рубежом являются следующие компании: "Precision Tube Technology", "Quality Tubing Inc.", "South­wes­tern Pipe Inc.".

В 1989 г. в производство были внедрены цельнопрокатные трубы с минимальным количеством поперечных швов. В результате дефекты, связанные с образованием свищей, сократились до минимума.

Например, компания "Quality Tubing Inc." контролирует качество каждого сварного шва, присваивает ему соответствующий идентификационный номер и в случае потери герметичности выплачивает страховую сумму для устранения дефекта.

Технология изготовления труб из малоуглеродистых и низколегированных сталей состоит из следующих этапов:

а) вначале из рулонов тонколистовой стали необходимой толщины вырезают непрерывные ленты, ширина которых соответствует длине окружности образующей готовой трубы. Длина полос определяется возможностями прокатных станов производителей листа. Для США она соответствует 570 м, для Японии – 900 – 1000 м;

б) отдельные ленты сваривают встык, причем листы соединяют либо наискосок, либо "ласточкиным хвостом". Швы зачищают, поверхность обрабатывают механически и термически. После этого качество сварочных швов проверяют с помощью дефектоскопии;

в) полученную стальную ленту направляют в трубопрокатный стан, где она проходит между валками, формирующими из нее трубу. Для соединения кромок последней применяют кузнечную сварку в атмосфере инертного газа – кромки трубы нагревают с помощью индуктора, а затем прижимают друг к другу валками;

г) с наружной поверхности трубы механическим способом удаляют сварочный грат и зачищают стык;

д) зону сварочного шва подвергают отпуску и последующему охлаждению;

е)   проверяют качество шва;

ж) трубу пропускают через калибровочный стан и подвергают окончательной термообработке – среднему отпуску с последующим охлаждением на воздухе и в ванне.

В результате выполнения указанных операций происходит образование перлитовой и ферритовой структуры металла.

Готовую трубу наматывают на транспортную катушку или барабан установки, в которой ее предполагают использовать.

Колтюбинговые технологии базируются на использовании длинномерных (до 3000-5000 м) безмуфтовых гибких (обычно стальных) труб, наматываемых на барабан и многократно спускаемых в скважину, позволяют удешевить ремонтно-восстановительные работы, а также решать некоторые задачи, которые невозможно решить при применении колонны составных труб.
       Первые попытки создания колтюбинговой техники, в основе которой лежит использование гибкой трубы, были предприняты в начале 60-х годов прошлого столетия. Первоначально работы велись в направлении создания установок капитального ремонта в действующих скважинах небольшой глубины без их глушения.
        Сегодня из 50 – 60 известных операций, проводимых с использованием длинномерной гибкой трубы наиболее широко распространены следующие:

- бурение скважин;
- ликвидация отложений парафина, гидратных и песчаных пробок в насосно-компрессорных трубах;

- обработка призабойной зоны пласта, подача технологических растворов, специальных жидкостей и газов;

- спуск подземного оборудования в  наклонных и горизонтальных скважинах;

- проведение геофизических исследований скважины;

- установка цементных мостов;

- выполнение работ по изоляции пластов и др.

Наиболее значительный эффект гибкие трубы дают при бурении. Именно это направление интенсивно развивается в настоящее время. Гибкие трубы позволяют проводить бурение на депрессии без глушения скважин и увеличить их дебит в 3-5 раз. Особенно перспективным является применение горизонтального бурения гибкими трубами дополнительных горизонтальных стволов из колонны старой скважины при доразработке истощенных месторождений на поздней стадии, вовлечении в разработку трудноизвлекаемых запасов, восстановление бездействующих и малодебитных скважин. Бурение гибкими трубами позволяет уже сегодня вовлечь в разработку значительную часть, а в перспективе – практически все забалансовые запасы углеводородов и добывать дополнительно, например, в России до 50 млн. тонн нефти и до 30 млрд. куб. м. газа ежегодно.
       Для того, чтобы бурить скважину и особенно вскрывать продуктивные пласты наклонными и горизонтальными стволами на депрессии без их глушения (это наиболее эффективные и перспективные в настоящее время технологии в мировой буровой практике, на которые нацелены сегодня широко известные зарубежные фирмы), недостаточно создания мобильной колтюбинговой установки. Должна быть продумана вся архитектура комплекса, включая специальное наземное и противовыбросовое оборудование, внутрискважинный инструмент и контрольно-измерительные приборы, определена возможность его создания в кратчайшие сроки, выявлена необходимость и целесообразность разработки, изготовления и приобретения комплектующего оборудования, инструмента, КИП и оценена итоговая стоимость всего комплекса.
 

1.2.    Описание технологического процесса.

На сегодняшний день сервисными и добывающими компаниями, эксплуатирующими колтюбинговое оборудование, освоено большинство технологических операций, ранее выполняемых традиционными методами.

        К основным операциям относятся следующие:

Перемещение колонны гибких труб. Можно выделить несколько основных режимов при перемещении труб, например, их движение с максимальной и минимальной скоростью, которые отличаются в 10 – 15 раз и соответственно определяют величины необходимых мощностей. По затрачиваемой мощности следует выделить движение колонны вниз и вверх. В первом случае необходимое давление рабочей жидкости, определяемое настройкой тормозного клапана, минимально. Кроме того, в процессе спуска труб транспортер должен обеспечить усилие, требуемое для разматывания трубы с барабана и перемещения ее через укладчик и канал транспортирования. При этом необходимая мощность минимальна и ее в общем балансе можно принимать равной нулю. Максимальное усилие при перемещении труб будет иметь место при ходе вверх и определяться весом колонны труб и силами трения.

Отметим, что термин "максимальное усилие" не означает максимального усилия, на которое рассчитан транспортер и ко­торое он должен обеспечивать при возникновении аварийной ситуации. К последней следует отнести случай прихвата колонн гибких труб. При возникновении подобной ситуации перемещение последней осуществляется на минимальной ско­рости.

Наматывание (разматывание) трубы на барабан. При наматывании трубы на барабан привод должен обеспечивать его вращение с крутящим моментом, необходимым для деформирования трубы в процессе ее проводки по всей длине канала. Величина этого момента зависит от диаметра, толщины стенки и прочностных свойств гибкой трубы, но на нее не влияет скорость подъема КГТ.

Частота вращения барабана определяется скоростью перемещения трубы транспортером. При проведении расчетов следует учитывать ее максимальную величину.

При спуске трубы в скважину и сматывании ее с барабана привод не затрачивает энергию на эти процессы. Барабан раскручивается за счет натяжения трубы, создаваемого транспортером.

Нагнетание технологической жидкости в колонну гибких труб. При спуске и подъеме колонны, а также выполнении технологических операций по удалению пробок или бурении в колонну подается технологическая жидкость. Независимо от длины колонны, спущенной в скважину, гидродинамические потери в колонне постоянны и определяются ее длиной. Влиянием кривизны труб, намотанных на барабан, при проведении большинства расчетов можно пренебречь. При проведении технологических операций насос, подающий жидкость, должен преодолевать еще и перепад давления на забойном двигателе либо на гидромониторной насадке.