Технические средства для обеспечения колтюбингового бурения на депрессии

Лекция Технические средства для обеспечения колтюбингового бурения на депрессии Особенности технологии строительства скважин в условиях депрессии на продуктивные пласты вызывают необходимость дополнительного технического оснащения, позволяющего производить следующие нестандартные операции: - герметизацию устья скважины при спущенных бурильных трубах (типа Колтюбинга) и при их отсутствии в скважине; - вскрытие продуктивного пласта с противодавлением на устье; - наращивание колонны бурильных труб и проведение спуско подъемных операций под давлением; - контроль и регулирование заданного (расчетного) избыточного давления в затрубном пространстве; - гашение струи и полной дегазации выходящей из скважины промывочной жидкости; - рассеивание в атмосферу при необходимости или сжигание попутного газа на стадии вскрытия в режиме работающего пласта; - непрерывную (дискретную) утилизацию жидкого пластового флюида и очистку рабочей жидкости от выбуренной породы; - контроль и регулирование параметров промывочной жидкости; - подачу, регулирование давления и расхода газа для снижения плотности рабочей жидкости за счет ввода азота (станции СДА) или продуктов сжигания дизтоплива (установки УНГ); - спуск колонны хвостовика (при необходимости) и НКТ, замену устьевой сборки противовыбросового оборудования на фонтанную арматуру и перевод скважины в эксплуатационный фонд без ее глушения. Одним из наиболее технологичных способов бурения, обеспечивающих вскрытие продуктивных пластов на депрессии, является применение колтюбинга. Колтюбинговый способ бурения (coiled tubing), основанный на использовании безмуфтовых гибких насосно-компрессорных труб (ГНКТ), находит широкое развитие при бурении новых скважин и новых стволов из старых скважин. Высокая техническая и экономическая эффективность достигается при бурении наклонных и горизонтальных боковых стволов из существующих скважин. Особенно эффективным колтюбинг может оказаться на месторождениях, находящихся в поздней стадии разработки, для реанимирования старого фонда скважин путем зарезки боковых стволов Для реализации этого способа бурения требуется специальное наземное оборудование (компрессоры, вращающийся превентор, герметичная система циркуляции жидкости, дополнительные емкости и техника для приготовления аэрированных жидкостей и т.д.) и технологические решения по обеспечению безопасности работ. Основное оборудование для работы с ГНКТ, которое используется в большинстве операций бурения, аналогично оборудованию, которое используется для обычных работ с входом ГНКТ в скважину (рисунок 2.2). В некоторых случаях отдельные компоненты могут быть доработаны или изменено их назначение, но в целом оборудование взаимозаменяем с измененным ранее, чтобы соответствовать специфическим операциям. Тенденция к увеличению диаметра ГНКТ при бурении часто приводит к тому, что оборудование приобретает размеры, которые трудно сравнить с размерами оборудования для обычных работ входом ГНКТ в скважину. Например, ГНКТ диаметром 2 дюйм не часто используется для операций с входом в скважину. Краткий обзор ключевых компонентов(колонна ГНКТ, инжектор, барабан, силовая установка, кран и наземная конструкция). Силовая установка Рисунок 2.2 – Основные подсистемы для работы с ГНКТ Для новых и наклонно-направленных скважин обычно требуются ГНКТ диаметром 50,8 мм или 73,0 мм. Тем не менее, для некоторых простых операций углубления ствола скважины с использованием КНБК с ограниченными гидравлическими требованиями может быть достаточно колонны диаметром 50,8 мм. В настоящее время большинство вертикальных углублений ствола скважины выполняется с помощью 50,8 мм колонны ГНКТ, а большинство новых вертикальных скважин выполняется с помощью колонны ГНКТ диаметром 73,0 мм. В большинстве случаев рекомендуется использовать колонну ГНКТ с толщиной стенки не менее 3,9 мм, изготовленную из металла с пределом текучести 450 или 550 МПа. На этапе проектирования большинства работ оптимальный размер, толщина стенки и предел текучести определяются с использованием программного обеспечения моделирования ГНКТ и исходных данных конкретной работы. В случае невозможности компьютерного моделирования, можно учитывать следующие данные: - максимальное давление насоса при спуске ГНКТ – 30 МПа; - максимальное давление при неподвижном положении ГНКТ – 45 МПа; - максимальная разность давлений, вызывающая смятие – 10 МПа; - максимальное давление на устье скважины – 24 МПа; - предел максимального натяжения ГНКТ – 80 % от заявленного изготовителем предела текучести; Инжекторная головка ГНКТ (рисунок 2.3) создает усилие и трение, необходимые для спуска и подъема колонны ГНКТ в скважине. Используется несколько гидравлических систем, которые позволяют оператору буровой установки ГНКТ осуществлять контроль с высокой степенью точности любого перемещения ГНКТ – важная характеристика при операциях с ГНКТ, требующих особой осторожности, при которых нужно тщательно контролировать нагрузку на долото. Рисунок 2.3 – Типовой инжектор ГНКТ. Основным назначением барабана для намотки ГНКТ является безопасное хранение защита колонны ГНКТ. Это должно достигаться без нанесения излишнего повреждения колонне вследствие усталостных напряжений (при изгибе) или механических повреждений при намотке. Барабан обычно содержит вертлюг в сборе, который позволяет прокачивать буровой раствор через колонну ГНКТ превращении барабана. Для использования при бурении с установленной в колонне ГНКТ системы кабельного каротажа требуются головка и коллектор в сборе, чтобы обеспечить прохождение электрических проводников из внутреннего пространства колонны ГНКТ (уплотнение для работы под давлением) наружу из вращающегося барабана (электрический вертлюг и коллектор). Помимо гидравлических соединений, которые необходимы для систем привода, торможения и устройства ровной намотки (укладчик), используемые в операция бурения ГНКТ барабаны обычно снабжаются дополнительным контрольным оборудованием и соединениями (например, датчиками давления для использования с системами измерения в процессе бурения с передачей импульсов по буровому раствору бурового раствора, или устройствами контроля параметров ГНКТ, таких как диаметр и овальность). Назначение силовой установки состоит в обеспечении гидравлической мощности для эксплуатации буровой установки и основных и вспомогательных работающих под давлением систем (например, установки для работы с колонной под давлением и противовыбросового устройства (ПВУ)). Дополнительно к обеспечению гидравлической мощности в процессе работы, силовая установка включает систему аккумуляторов, которые дают возможность выполнения ограниченных операций работающего под давлением оборудования после остановки двигателя Для всех операций бурения с применением ГНКТ требуются грузоподъемные операции, перемещение и установка оборудования и инструментов (КНБК). Эти требования должны быть определены на данной стадии планирования. Местные условия и конфигурация оборудования определяют размер (высоту) и грузоподъемность крана. Кран часто используется для монтажа инжектора на верхнюю часть ПВУ, а затем для удержания инжектора н месте. Это фактически связано с предельной грузоподъемностью крана. Обычно, стрела крана должна иметь достаточный вылет для работы с КНБК длиной 13 м (прямое бурение / прорезание окон) или для работы с КНБК длиной 20 м (наклоннонаправленное бурение) над уровнем подвышечного основания. Инженер по бурению с применением ГНКТ должен определить необходимость устройства подвышечного основания, а затем его размер и тип для заданных параметров проекта. Подвышечное основание (рисунок 2.4) обеспечивает устойчивость устьевого оборудования и может предоставлять дополнительные функции, начиная от обычной платформы до комплексной рамы, обеспечивающей подъем и спуск скважинных ГНКТ. Ключевыми характеристиками подвышечного основания для бурения являются: • Поднимает рабочую зону над устьем скважины для более легкого доступа к скважине. • Позволяет фиксировать инжекторную головку без крана и обеспечивает приспособления для подъема и опускания инжектора при свинчивании труб. Позволяет устанавливать и демонтировать инжектор на устье при оснащении КНБК. • Обеспечивает безопасную рабочую платформу для персонала при работе с КНБК и подключении инжектора. • Обеспечивает приспособления для удерживания КНБК и труб при свинчивании с использованием «фальш-роторного» отверстия, захвата и клиньев. Рисунок 2.4 – Многоцелевое опорное подвышечное основание для работы с ГНКТ Типичные КНБК состоят из следующих компонентов (рисунок 2.5):  Соединитель с ГНКТ  Сдвоенный обратный клапан  Гидравлический разъединитель  Циркуляционный переводник  Невращающаяся муфта  Устройство ориентации  УБТ (в их состав могут входить различные инструменты для сбора данных или каротажа)  Выравнивающий переводник (для систем с передачей импульсов по буровому раствору) Соединители с ГНКТ могут быть следующих видов (рисунок 2.6): 1 Соединитель с захватом 2 Соединитель со стопорным винтом и выемкой под него 3 Накатной обжимаемый соединитель Рисунок 2.5 – Спускаемая на кабеле КНБК для наклонно направленных скважин Рисунок 2.6 – Соединители с ГНКТ В соединителях с захватами используются клиновые или челюстные устройства для фиксации ГНКТ внутри корпуса соединителя. Этот соединитель может снабжаться дополнительными стопорными винтами (для повышения надежности) в некоторых проектах бурения с применением ГНКТ. Соединитель с выемкой под стопорный винт, который фиксируется в ГНКТ с помощью стопорных винтов, обычно используется для бурения с применением ГНКТ. Используются специальные приспособления для обжима, которые формируют канавки в ГНКТ, выровненной в соединителе с помощью отверстий под стопорные винты. Накатной соединитель рекомендуется, поскольку обладает великолепной способностью выдерживать вращающие, тянущие и ударные нагрузки при бурении. Накатной соединитель закрепляется во внутреннем диаметре ГНКТ и фиксируется на месте путем обжатия ГНКТ вокруг профиля соединителя с помощью специального обжимного инструмента. Однако накатной соединитель оказывает существенное сопротивление движению жидкостей, наконечников или шаров, которые перекачиваются через ГНКТ. Системы створчатых двойных клапанов применяются для предотвращения нежелательного проникновения скважинных флюидов обратно в колонну ГНКТ. Рекомендуется использовать сдвоенные клапаны тандемы для обеспечения некоторого резервирования. Полноразмерное отверстие (или почти полное) позволяет использовать более сложные инструменты ГНКТ, жидкости и методы эксплуатации, позволяя шарам, наконечникам и пакерам проходить по колонне ГНКТ без ограничений. Гидравлический разъединитель с шаровым приводом располагается ниже обратных клапанов. Разъединитель обеспечивает возможность отсоединения КНБК в случае ее прихвата в скважине. Рекомендуется монтировать гидравлический разъединитель с помощью срезаемых высокопрочных штифтов (приблизительно 45 МПа), а для разъединения необходимо использовать специальную насосную установку. Разъединитель с гидравлической активацией не может использоваться в случае использования спускаемых на кабеле инструментов. Вместо этого используется разъединитель электрического типа и/или разъединитель, который срезается приложением прямого тянущего усилия. Опускание шара на седло активирует циркуляционный переводник. В открытом положении буровой раствор выходит радиально из боковых отверстий выше инструментов для измерения в процессе бурения и забойного двигателя. Это устройство «одноразового действия» (после открытия циркуляционных отверстий уже невозможно закрыть их другими шарами). Циркуляционный переводник позволяет увеличить скорость циркуляции за счет уменьшения потери давления и сопротивления движения потоку через КНБК. При подъеме из обсаженной скважины этот переводник обычно открывается для улучшения удаления шлама. Это также позволяет продолжать циркуляцию раствора при подъеме, не опасаясь повреждения долота или эксплуатационной колонны, поскольку долото не вращается. В процессе бурения на депрессии имеются три основных компонента для измерений в процессе бурения (MWD) с использованием однофазного бурового раствора: генератор импульсов давления в сборе, датчик наклонно-направленного бурения и датчик гамма-излучения. Для большинства операций с двухфазными буровыми растворами используются системы ГНКТ с питанием по электрическому кабелю, и генератор пульсаций давления не входит в КНБК. После сборки компонентов они вставляются внутрь немагнитной УБТ, которая входит в состав системы MWD. УБТ в свою очередь располагается ниже гидравлического устройства ориентации и выше двигателя и выравнивающего переводника. Система MWD обеспечивает данные об установке угла отклонителя в реальном времени, а также информацию наклонно-направленного бурения для ориентации изгиба двигателя в нужном направлении для управления траекторией скважины. Датчик гамма-излучения используется для контроля направления и глубины по геологическим параметрам. Датчик удельного сопротивления добавляется при работе в скважинах, когда необходимо удаление от водонефтяных контактов. Генератор импульсов давления обеспечивает электропитание для датчиков наклонно-направленного бурения и гамма-излучения, а также гидравлический привод для выдвижения тарельчатого клапана при передаче телеметрических данных с помощью положительных импульсов давления. Возможно, наибольшим преимуществом, которое ГНКТ обеспечивает при бурении на депрессии, является возможность постоянного поддержания пониженного давления при бурении, спуске и подъеме, при заканчивании. В любом случае во время операций, при которых инжектор должен быть демонтирован (установка / снятие КНБК, заканчивание), скважина должна находиться при пониженном давлении. Обеспечение давления при вводе КНБК достигается с помощью метода, разработанного при каротаже в скважинах под давлением с применением ГНКТ. Эта операция зависит от следующих факторов: • Длина и диаметр КНБК • Конфигурация ПВУ • Количество необходимых шлюзов давления Поскольку бурение на депрессии большинства скважин с ГНКТ включает наклонно-направленное бурение, эти процедуры предусматривают ввод в скважину КНБК длиной примерно 18 м. Также, поскольку в большинстве случаев выполняется бурение скважин малого диаметра, принимается, что долото имеет диаметр 120,6 мм с КНБК номинального диаметра 88,9 мм. Простой способ ввода в скважину короткой КНБК с системой MWD с передачей импульсов по буровому раствору заключается в использовании лубрикатора каната, имеющего соответствующую длину (рисунок 2.7). Для этого требуется комплект плашек для удержания труб на весу и уплотняющих плашек, набор глухих и срезающих плашек, установленных в блоке ПВУ, а также использование установочной штанги (специального переводника, который включается в состав КНБК и позволяет закрыть упомянутые плашки для удержания труб на весу и уплотняющие плашки на нужном диаметре). Последовательность действий при спуске КНБК: -С помощью талевого каната поднимается КНБК вверх внутри лубрикатора; -При закрытых глухих / срезающих плашках устанавливается лубрикатор на блок ПВУ (рисунок 2.7) и уравнивается давления. -Открываются глухие / срезающие плашки, и опускается КНБК с помощью талевого каната, чтобы плашки могли закрыться на установочном переводнике. -В нужном положении закрываются плашки для удержания труб на весу / уплотняющие плашки на КНБК. -Сбрасывается давление и демонтируется лубрикатор; -Присоединяется ГНКТ к КНБК, опускается инжектор, соединяется инжектор с ПВУ и уравнивается давление; -Открываются плашки для удержания труб на весу /уплотняющие плашки и спускают колонну с КНБК. Поднятие КНБК из скважины выполняется в обратном порядке Рисунок 2.7 – Устьевое оборудование для спуска на кабеле Спуско-подъемные операции (СПО) и очистка скважины Скорость спуска и подъема дает существенное преимущество ГНКТ по сравнению с традиционным бурением. Наземное оборудование (не условия в скважине) обычно ограничивает скорость спуска и подъема. Основным наземным ограничением скорости спуска и подъема ГНКТ является гидравлическое давление, которое приводит в действие цепи инжектора, и соответствующий износ оборудования инжектора. Скорости спуска и подъема в НКТ и обсадной колонне выше окна должны составлять 21-35 м/мин для ГНКТ диаметром 5,08 см и меньше. Скорость 20 м/мин должна поддерживаться при подъеме из скважины на низкой передаче при весе поднимаемой колонны более 30 тыс. фунт. Скорость 35 м/мин должна поддерживаться при подъеме из скважины на высокой передаче при весе поднимаемой колонны менее 30 тыс. фунт. Скорости следует сознательно уменьшать в не обсаженной скважине для улучшения очистки скважины при подъеме и для снижения вероятности зарезки бокового ствола, если при спуске долото наткнется на уступ в стволе скважины. Некоторые рекомендации при спуске и подъеме: • Скважина все время должна поддерживаться заполненной жидкостью. Спуск и подъем в НКТ и обсадной колонне должны производиться при небольших расходах бурового раствора, чтобы избежать усталостных напряжений ГНКТ, но достаточных для поддержания обратного потока. • При спуске в скважину с КНБК в первый раз скорость должна быть уменьшена во время пересечения всех конкретных интервалов и/или сужений. Любые проблемы должны замечаться, а отчеты передаваться супервайзеру по бурению ГНКТ. • Функциональные испытания оборудования MWD должны быть выполнены в непосредственной близости от поверхности при спуске в скважину, чтобы убедиться в работоспособности оборудования. Если изгиб двигателя больше 1,5°, то это испытание в неглубокой скважине проводить не следует из-за возможности повреждения долота. • При спуске в необсаженной скважине следует поддерживать полную циркуляцию, но снизить скорость спуска до величины менее 50 фут/мин и очень осторожно двигаться вниз, особенно на участке набора. Если инструмент оказывается под нагрузкой, или если наблюдается работа двигателя, следует немедленно приподнять компоновку, проверить и/или отрегулировать установку угла отклонителя, а затем продолжить медленный спуск в скважину. • При операциях бурения с применением ГНКТ контроль глубины и привязка является обязательным. Следует выполнить рейс каротажа при первом спуске КНБК в скважину. • Могут потребоваться частые рейсы для очистки скважины, чтобы разрыхлить шлам и позволить буровому раствору вынести его на поверхность. (Примечание: частые рейсы для очистки скважины снижают усталостную прочность ГНКТ). Рекомендации по чистке скважины следующие: • Короткие рейсы для очистки, обычно на длину КНБК, можно выполнять, если наблюдаются повторяющиеся колебания нагрузки на долото. Эти короткие рейсы не следует использовать для общей чистки скважины, для чего предназначен спуск-подъем на полную глубину. • При достижении проектной глубины рекомендуется выполнить полную очистку с привязкой (по результатам каротажа) к глубине окна. Перед подъемом из скважины и спуском хвостовика, пока КНБК находится над окном, рекомендуется сбросить шар, чтобы открыть циркуляционный переводник и удалить шлам, накопившийся в растворе шлам, накопившийся во внутренних сечениях большего диаметра обсадной трубы или НКТ.