Система непрерывной промывки скважины при бурении, СПО и спуске хвостовиков на бурильных трубах – СНП "Курс"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система непрерывной промывки скважины при бурении, СПО и спуске хвостовиков на бурильных трубах - СНП «Курс»

Аннотация

скважина шаровой кран промывка

В статье рассмотрена возможность создания Системы непрерывной промывки скважин (СНП) на базе трехходового шарового крана. Подробно описаны его принцип действия, состав и конструкция. Детально рассмотрена конфигурация СНП, технические характеристики и параметры ее основных узлов. Показана реальность создания СНП на отечественной научно-технической и производственной базе.

Annotation

Possibilities of boreholes continuous system circulation (CSС) established on the basis of a three-way ball valve is discussed. Three-way ball valve operating principle, structure and design is detailed described. Detailing of the CSС configuration, specification and parameters of its main units.

Остановка промывки скважины перед наращиванием и последующий запуск циркуляции являются наиболее критическими моментами для состояния ствола скважины из-за импульсов давления, сопровождающих пуск и остановку буровых насосов. Это может вызвать ряд нежелательных явлений и осложнений, например:

- в вертикальных скважинах с гидростатическим контролем давления эти осложнения включают обвалы пород, потерю циркуляции, дифференциальные и механические прихваты бурильной колонны и пр.;

- при бурении баженовской свиты поддержание устойчивости стенок скважины становится проблемой -- даже при небольшом отклонении от оптимальных величин плотности бурового раствора и скорости бурения импульс давления при запуске и остановке циркуляции повышает вероятность обвала стенок;

- при бурении с динамическим контролем давления (Managed Pressure Drilling - MPD) остановки циркуляции вызывают необходимость использования дорогостоящего оборудования для измерения и контроля давления на забое;

- при бурении с депрессией на пласт (Underbalanced Drilling - UBD), при восстановлении циркуляции после наращивания в скважине возникает давление, превышающее пластовое, что может обесценить результаты и затраты предшествующего бурения при депрессии;

- в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах при прекращении циркуляции перед наращиванием формируются шламовые подушки, отрицательно влияющие на качество ствола.

Чтобы исключить все эти негативные явления, необходимо обеспечить непрерывную промывку скважины, без перерывов на наращивание.

В настоящей статье рассмотрено одно из перспективных направлений для создания отечественной системы непрерывной промывки (СНП), потребность в которой на рынке бурения достаточно высока.

Практическое использование СНП в мировой практике началось сравнительно недавно - с начала 2000-х гг. Во многом это объясняется технической и технологической сложностью, высокой стоимостью как самих СНП, так и их эксплуатации.

Практическое использование СНП в мировой практике началось сравнительно недавно - с начала 2000-х гг. Во многом это объясняется технической и технологической сложностью, высокой стоимостью как самих СНП, так и их эксплуатации.

В полной мере это относится к СНП камерного типа, где формируется герметизированный «шлюз», в котором размещается замковое соединение перед наращиванием. Этот «шлюз», состоящий из 3-х камер, оборудован боковым портом, через который ведется промывка скважины во время наращивания. Такие системы (например, СНП компании Varco Internationale) являются сложными и дорогими.

Существуют альтернативные камерным - крановые СНП, где вместо камеры-шлюза используется переводник, входящий в состав бурильной колонны - переводник непрерывной промывки (ПНП), в котором имеются боковое отверстие и краны, перекрывающие и перераспределяющие поток промывочной жидкости

Крановые СНП, представленные на мировом рынке - система Non-Stop Driller компании MPO и система e-CD компании eni, значительно проще и дешевле камерных, однако имеют существенный недостаток, а именно низкую надежность запорных элементов - кранов бокового отверстия ПНП. Эта проблема может быть успешно решена при использовании шаровых кранов, например, по патенту США №8201804 от 19 июня 2012 г. [1], где ПНП создан на базе трехходового шарового крана - ТШК.

Именно этот кран целесообразно использовать для создания СНП - обладая высокой функциональностью, ТШК на данный момент имеет достаточно глубокую конструкторскую проработку и испытанные макетные образцы. Существенным также является и тот факт, что ЗАО «НТ КУРС», в дополнение к своим разработкам в этой области, владеет правом на исключительное использование патента [1] на территории РФ, что создает предпосылки к реализации импортозамещения технологии и оборудования мирового уровня.

Конструкция ТШК показана на фотографиях: рис. 1 - сборка и рис. 2 - составные части. Принцип действия ТШК иллюстрирует рис. 3. Кран может использоваться в двух положениях:

Именно этот кран целесообразно использовать для создания СНП - обладая высокой функциональностью, ТШК на данный момент имеет достаточно глубокую конструкторскую проработку и испытанные макетные образцы. Существенным также является и тот факт, что ЗАО «НТ КУРС», в дополнение к своим разработкам в этой области, владеет правом на исключительное использование патента [1] на территории РФ, что создает предпосылки к реализации импортозамещения технологии и оборудования мирового уровня.

Положение 1 на рис. 3-а соответствует бурению. В положение 2 на рис. 3-б кран переводится при наращивании. При этом поток бурового раствора поступает в кран по боковому каналу через отверстие в стенке ПНП. Верхний осевой канал перекрыт, что позволяет производить наращивание, не прекращая промывку скважины.

Функциональная схема СНП показана на рис. 4. Режим обычной промывки, т.е. когда ТШК во встроенном в бурильную колонну ПНП открыт для потока жидкости вдоль его оси (положение 1 на рис. 3), схематично представлен на рис. 4-а; режим промывки при наращивании, когда ТШК находится в положении 2, показан на рис. 4-б. Манифольд непрерывной промывки состоит из байпасной линии и блока задвижек для переключения потока - задвижка 1 и задвижка 2. В системе имеется линия сброса давления, включающая задвижки сброса 3 и 4 и контейнер (или линию) сброса. Байпасная линия оборудована боковым портом промывки (БПП), герметично стыкующим байпасную линию с боковым отверстием ПНП.

При наращивании бурильной колонны выполняются следующие операции:

- удаляется пробка из бокового отверстия ПНП (на рисунке не показана);

- боковой порт ПНП герметично соединяется с байпасной линией промывки;

- открывается задвижка 2, обеспечивая подачу раствора в байпасную линию промывки;

- ТШК переводится в положение 2, открывая доступ бурового раствора из байпасной линии промывки в бурильную колонну и закрывая его подачу из основной линии манифольда;

- задвижкой 1 останавливается подача бурового раствора в основную линию манифольда и в верхний силовой привод (ВСП), далее задвижкой 4 стравливается давление в линии манифольда;

- ВСП отсоединяется от бурильной колонны, поднимается за очередной наращиваемой свечей с ПНП, ТШК в котором установлен в положение 1;

- наращиваемая свеча соединяется с бурильной колонной и ВСП;

- задвижкой 1 восстанавливается подача бурового раствора в линию манифольда и в верхнюю свечу;

- ТШК переводится в положение 1, перекрывая доступ бурового раствора из байпасной линии промывки и открывая его подачу в бурильную колонну из основной линии манифольда;

- закрывается задвижка 2 на байпасной линии, прекращая подачу в нее бурового раствора;

- задвижкой 3 стравливается давление в байпасной линии промывки;

- боковой порт (вместе с байпасной линией) отсоединяется от ПНП;

- пробка бокового отверстия ПНП заворачивается на место (в боковое отверстие ПНП);

- возобновляется углубление скважины.

Аналогичным образом, но в другой последовательности, выполняются операции при подъеме бурильного инструмента с непрерывной промывкой.

Таким образом, при бурении, наращивании, СПО и спуске хвостовиков СНП создает преимущества колтюбинга при сохранении преимуществ составной бурильной колонны при роторном бурении или при бурении с гидравлическими забойными двигателями:

* Снижается вероятность прихвата бурильной колонны;

* Исключаются затраты времени на промывку скважины до остановки насосов перед наращиванием и после включения насосов;

* Снижается закупорка продуктивных горизонтов глинистым раствором и выбуренной породой;

* Увеличивается скорость бурения за счет использования маловязких растворов минимального удельного веса при управляемом противодавлении на устье (MPD);

* Повышается эффективность и снижается стоимость бурения на депрессии (UBD);

* Увеличивается протяженность горизонтальных стволов, повышается точность навигации и качество ствола;

* В скважинах с повышенной температурой исключаются перегрев бурового раствора и ухудшение его свойств;

* При бурении горизонтальных и пологих стволов исключается формирование шламовых подушек в «лежачей» части ствола. Это увеличивает скорость проходки, повышает точность навигации, улучшает качество ствола;

* При бурении в «сланцевых» отложениях (бажен и т.п.) минимизируются риски обвалов, связанные с «узким окном бурения».

При бурении, наращивании, СПО и спуске хвостовиков СНП создает преимущества колтюбинга при сохранении преимуществ составной бурильной колонны при роторном бурении или при бурении с гидравлическими забойными двигателями.

Рассмотренная на рис. 4 схема достаточно полно иллюстрирует функционирование системы и взаимодействие составляющих ее элементов. Конфигурация и состав СНП, показанные на рис. 5, позволяют представить сложность и ресурсоемкость задачи по созданию СНП.

Рассмотрим основные узлы СНП более подробно:

- ПНП с ТШК предварительно устанавливаются на верхней муфте каждой свечи из числа заранее подготовленных к наращиванию при бурении интервала с СНП.

- Боковой порт промывки БПП - это узел для герметичной стыковки байпасной линии промывки с боковым отверстием ПНП. Конструкция БПП должна выдерживать высокие нагрузки и одновременно обеспечивать многократную, легкую и быструю стыковку с боковым отверстием ПНП. Одно из возможных технических решений по теме БПП представлено в [2].

В пульте управления задвижками (ПУЗ) формируются электрические сигналы для дистанционного управления электродвигателями задвижек БЗ и отражается информация с БЗ о состоянии задвижек и величине давления в линиях промывки скважины.

- Байпасная линия промывки (БЛП) собирается из манифольдных труб высокого давления (ТВД), уголков, буровых рукавов высокого давления. БЛП предназначена для промывки скважины через боковое отверстие ПНП.

- Блок задвижек (БЗ) - место расположения всех управляющих задвижек СНП (представленных на рис. 4.). Он смонтирован внутри стального каркаса, конструкция и прочность которого позволяют эксплуатировать и транспортировать БЗ в виде отдельного неразъемного отапливаемого герметичного модуля.

Функциональная схема БЗ показана на рис. 6. Все задвижки БЗ, помимо ручного управления, оборудованы исполнительными механизмами в виде электродвигателей, которыми управляют через блоки контроля с пульта управления задвижками.

В пульте управления задвижками (ПУЗ) формируются электрические сигналы для дистанционного управления электродвигателями задвижек БЗ и отражается информация с БЗ о состоянии задвижек и величине давления в линиях промывки скважины. ПУЗ располагается на буровой, недалеко от места бурильщика.

Выводы

1. Функциональные характеристики и состояние конструкторской разработки трехходового шарового крана, патентная и правовая урегулированность вопроса его использования на территории РФ характеризуют его как наиболее перспективную основу для создания СНП.

2. Отсутствие серьезных научно-технических проблем, связанных с разработкой отдельных узлов СНП, свидетельствует о реальной перспективе ее создания в сжатые сроки.

3. Все составные части СНП могут быть спроектированы и собраны из доступной номенклатуры отечественного нефтяного машиностроения, т.е. на отечественной научно-технической и производственной базе со 100%-ой локализацией производства на территории России.

Литература

1. Semen J Strazhgorodskiy, Apparatus For Uninterrupted Flushing A Well Bore. Патент. США US 8201804B2 от 19.06.2012.

2. Ропяной А.Ю., Скобло В.З. Боковой порт непрерывной промывки // Патентная заявка РФ №2015120720, 02.06.2015.

Размещено на Allbest.ru