КОЛТЮБИНГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (COILED TUBING)

Одним из важнейших направлений, на котором должен быть со­средоточен интеллектуальный и инвестиционный потенциал отрасли, является реализация современных методов и технологий интенси­фикации добычи, в том числе развитие в нефтегазодобыче колтюбинго-вых технологий. Агрегаты с длинномерной безмуфтовой трубой нахо­дят все более широкое применение в России, в том числе для бурения, в процессе разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторожде­ний. История возникновения данной технологии традиционна для на­шей страны. Первым опытом применения непрерывной гибкой трубы для подземного ремонта и добычи флюидов было использование по­гружного электроцентробежного насоса, разработанного Н. В. Богдано­вым. Установка была пущена в эксплуатацию, но... на этом история обрывается - у нас в тот момент не было надежных и дешевых гибких труб. Приоритет в области конструирования, изготовления и промыш­ленной эксплуатации гибких труб принадлежит фирмам США и Кана­ды. В настоящее время в мире работает более 700 установок, в нашей стране - не более 50-60. Технологии колтюбинга имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными технологиями, в частно­сти, значительно сокращают время и повышают качество ведения ра­бот. Сегодня в России гибкие трубы чаще всего используются для раз­рушения гидратно-парафинистых пробок, промывки забоя скважин и солянокислотной обработки.

Однако наиболее значительный эффект гибкие трубы дают при бурении. Именно это направление колтюбинга интенсивно развивается в настоящее время в мире.

Гибкие трубы позволяют проводить бурение на депрессии без глушения скважин и увеличивать их дебит в 3-8 раз. Особенно пер­спективным является применение горизонтального бурения с использо­ванием гибких труб дополнительных горизонтальных стволов из колон­ны старой скважины при доразработке истощенных месторождений на поздней стадии разработки, вовлечение в разработку трудноизвлекамых запасов, восстановление бездействующих и малодебитных скважин.

Бурение с использованием гибких труб позволяет уже сегодня во­влечь в разработку значительную часть, а в перспективе - практически все забалансовые запасы углеводородов и добывать дополнительно в России до 50 млн тонн нефти и до 30 млрд m^j газа ежегодно.

После проведения I Всероссийской конференции по кол-тюбинговым технологиям в марте 1998 года количество агрегатов с гибкими трубами в российском ТЭК более чем утроилось. Отрадно, что наряду с западными образцами расширяется использование отечест­венных аналогов, укомплектованных скважинным оборудованием и ин­струментом, произведенным в России и странах СНГ.

Так, более 75% колтюбинговых установок, внедренных нефтегазо­добывающими компаниями России в 2000 году, были произведены на предприятиях российско-белорусской группы предприятий ФИД. Агре-

3

гаты ФИД сегодня закрывают практически все потребности нефтяников и газовиков. Но конструкторская мысль идет дальше, и создаются новые агрегаты, обещающие завтра сократить себестоимость бурения дополни­тельных стволов в 1,5-2,0 раза.

Однако темпы внедрения колтюбинговых технологий, в том числе и с применением отечественной техники, могли быть значительно выше.

Сдерживающим фактором, кроме прочего, является и недостаточ­ная «осведомленность» нефтяников и газовиков о новых разработках в этой области и накопленном к сегодняшнему дню опыте применения гибкой безмуфтовой трубы в мире.

Для России развитие колтюбинговых технологий приобретает особую важность в связи со значительным увеличением фонда про­стаивающих и требующих ремонта скважин, ростом удельного веса залежей с трудноизвлекаемыми запасами, увеличением количества наклонно направленных и горизонтальных скважин, а также большим объемом работ по восстановлению внутрипромысловых коммуника­ций (очистка, депарафинизация, внутреннее антикоррозийное покры­тие коллекторов и др.).

Прогресс в использовании колтюбинговых технологий сущест­венный.

Если в 1998 году более 90% ремонтов на скважинах выполнялись американскими и канадскими агрегатами, то в 2000 году около 80% прироста колтюбинговой техники в российском ТЭК (16 агрегатов) обеспечила группа российских и белорусских фирм объединения ФИД.

Основной проблемой, решение которой, по мнению специалистов, существенно улучшит качество отечественных и производимых в Бело-русии агрегатов, является создание:

- высокопрочных колонн длинномерных безмуфтовых труб диа­ метром от 19 до 89 мм;

• тягового механизма, позволяющего создавать равномерную сжимаемую нагрузку по периметру трубы при тяговом усилии 50-60 т, а также агрегатов, сочетающих функции колтюбинговых установок и традиционных агрегатов;

• комплекса забойного инструмента для выполнения различных технологических операций.

В настоящее время число технологий с использованием гибких на-сосно-компрессорных труб на барабане приближается к сотне. Это отно­сится к тросовым операциям, каротажу и бурению, где среди новых облас­тей применения КГТ (колонны гибких труб) - бурение ответвлений и сква­жин с большим отклонением от вертикали (включая горизонтальную про­ходку, работы по очистке и промывке, а также заканчиванию скважин).

В основе колтюбинговых технологий лежит использование ме­таллической гибкой трубы - coiled tubing (далее - колтюбинговые тру­бы), которая наматывается на барабан и спускается и поднимается из скважины специальным агрегатом.

Колтюбинговые технологии отвечают сегодня мировым стандар­там. Использование этих технологий имеет такие преимущества:

4

- обеспечивает герметичность устья скважины на всех этапах внутрискважинных операций;

• выполняет все операции вызова притока и освоение скважины;

• дает возможность проведения работ в нефтяной и газовой сква­ жине без ее предварительного глушения;

• уменьшает период подготовительных и завершающих операций при ремонтных работах в скважине;

• обеспечивает сокращение времени на спуск и подъем внутри- скважинного оборудования;

• обеспечивает бурение, спуск инструментов и приборов, а также выполнение операций подземного ремонта в горизонтальной или силь­ но искривленной скважине;

• улучшает условия работы бригад подземного ремонта скважин:

• обеспечивает экологическую безопасность за счет предупреж­ дения потерь пластовых и технологических жидкостей в закрытой сис­ теме циркуляции.

Мобильность колтюбинговых установок позволяет эффективно использовать их на удаленных месторождениях, разрабатывать инди­видуальную схему ремонта и обслуживание для каждой скважины.

Следует отметить и недостатки, присущие рассматриваемой технологии: самопроизвольное неконтролируемое скручивание КГТ; невозможность принудительного поворота КГТ; ограниченная длина труб, намотанных на барабан: сложность ремонта КГТ в промысло­вых условиях. В то же время технология не является панацеей от всех бед и полностью не заменяет существующих традиционных технологий.

В мире имеется много компаний, которые разрабатывают и вы­пускают колтюбинговую технику. Продукция каждой из них имеет свои преимущества и недостатки. Среди наиболее известных компа­ний Halliburton, Schlumberger, В. J. Services Weatherford и ряд других.

При подготовке настоящего справочного пособия автор, кроме литературных источников, приведенных в «списке рекомендованной литературы», использовал периодические издания США, Канады, ФРГ, проспекты фирм и личный опыт общения с отечественными и зарубеж­ными специалистами.

1. КОЛТЮБИНГОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Мобильные колтюбинговые установки

Предназначены для проведения технологических операций с кол-тюбинговыми трубами диаметром от 19.05 до 73 мм в нефтяных и газо­вых скважинах. Эти установки выпускаются в соответствии с конкрет­ными условиями Заказчика в зависимости от климатических и террито­риальных условий эксплуатации, в соответствии с техническими пара­метрами запланированных работ. Они оборудуются также дополни­тельным оборудованием и приспособлениями. Фирма СЗАО «Фидмаш»

5

(Белоруссия), например, поставляет установки трех типов: легкая серия МК10 (р^ис- ^{1Л и ]}-²)' средняя серия МК20 (рис. 1.3-1.5) и тяжелые се­рии МКЗО (рис. 1.6) и МК40 (рис. 1.7).

6

Легкие установки серии МК10 предназначены для проведения типич­ных технологических операций в скважинах с малыми и средними глуби­нами. Установки серии МК20 предназначены для ремонтно-восста-новительных работ в скважинах со средними и большими глубинами, а также выпускаются в блочном исполнении для их применения на морских платформах. Установки тяжелого класса предназначены для выполнения операций по бурению боковых стволов и для бурения горизонтальных скважин. Они используются также для гидравлического разрыва пласта.

7

Таблица 1.1

Характеристика кол побитовых установок

Показатели	МК10Т	МК10Т*	МК20Т	МКЗОТ	МК40Т
Шасси	КАМАЗ 53228 (6x6)	МЗКТ 65276 (10x10)	МЗКТ 652712(8x8)	МЗКТ 741 73
Полуприцеп	_	_	_	МЗКТ 99892	МЗКТ 74173
Двигатель	740,13-260	ЯМЗ- 7511	ЯМЗ 7511	-
Мощность двигателя, кВт (л. с.)	191 (260)	300(400)	300(400)
Максимальное тягловое усилие инжектора, кг	10000	24000	24000	36000	44000
Скорость подачи колтюбипговой трубы, м/с	0,01 0,50	0,01 0,80	0,01-0,80	0,01-0,80	0,005-0,90
Максимальное давление на устье
скважины, МПа	35	70	70	70	70
Грузоподъемность, т, не более	4	6	6	6	6
Диаметр колтюбинговой трубы, мм	19,05-38,1	19,05-44,45	19,05-44,45	44,45-60,3	50,8-88,9
Емкость узла наматывания для трубы
диаметром 38,1 мм	1600	5000	3800	6000-2900"
Габаритные размеры, мм, не более
- длина	10900	15100	13000	22100	18700
- ширина	2500	2500	2500	2550	3070
- высота	3900	4500	45000	4500	4500
Полная масса, кг, не более	24000	59000	46000	75000	680002)

Примечании: ' для диаметра труб 44,45-60,3 мм:

^?) ■- масса приведена без учета тягача. Тягач (опция) КЗКТ 7428-011 или МЗКТ-74131

Новые возможности открывают колтюбинговые технологии, замещающие в процессе строительства и ремонта скважин колонны составных металлических труб на непрерывные. Базирующиеся на использовании длинномерных (до 3000-5000 м) безмуфтовых гибких (обычно стальных) труб, наматываемых на барабан и многократно используемых для спуска в скважину, такие технологии позволяют в 2-5 раз сократить время и удешевить ремонтно-восстановительные работы.

Группой предприятий ФИД разработан и производится ряд колтюбинговых агрегатов для спуска гибких труб для работы в скважинах длиной до 5000 м. Такие агрегаты могут быть адаптиро­ваны по требованию заказчика для работы в арктических или тро­пических условиях, а также в агрессивных средах. Эта техника ус­пешно работает на газовых и нефтяных промыслах российского Се­вера, на Кубани, в Поволжье и Сибири, в ОАО «Газпром», ОАО «Татнефть», ОАО «ЛУКОЙЛ». ОАО «Сургутнефтегаз», ООО «Уренгойгеоресурс» и других.

Опыт эксплуатации колтюбинговых агрегатов показал, что их использование сокращает время и стоимость ремонтных работ, по­вышает производительность труда в 2-4 раза по сравнению с приме­нением традиционных подъемных агрегатов А-60/80. Одновременно снижаются расходы на обеспечение безопасности и охраны окру­жающей среды.

Первый колтюбинговый агрегат производства предприятий ФИД типа РАНТ 10-01 оказался победителем на сравнительных испытаниях производителей колтюбинговой техники в мае 1999 г. в Уренгойском НГКМ и был введен в опытно-промышленную эксплуатацию. На дан­ный агрегат была установлена безмуфтовая длинномерная труба (БДТ) диаметром 33,5 мм и длиной 2700 м.

За первые 14 месяцев эксплуатации РАНТ 10-01 произвел не­сколько скважино-операций в Республике Беларусь и выполнил ре­монт 63 газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин Уренгойско­го НГКМ.

Сегодня ФИД освоено производство 6 (с новой индексацией) М-10.01 (усилие инжектора до 12 т, труба 0 19,05/38.1 мм, длиной до 5000/1800 метров, шасси МАЗ 6x6). Предназначен для работы в затрубном пространстве и неглубоких скважинах. Отличается мень­шими габаритами по сравнению с другими агрегатами.

М-10 (усилие инжектора до 12 т. труба 0 33,5/38.1 мм, длиной до 2800/2400 метров). Предназначен для средних глубин. Отличается уд­линенным шасси МАЗ 6x6. Пользуется наибольшим спросом.

9

М-10А (усилие инжектора 12 т, труба 0 33,5/38,1 мм, длиной до 2800/2400 метров). Отличается от М-10 тем, что используется импорт­ная гидравлика фирмы Mannesmann Rexroth (Германия), а также уста­новщик оборудования не белорусского, а итальянского производства (фирма Heiva).

М-20 (усилие инжектора 24 т, труба 0 38,1/44,5 мм, длиной до 3800/3000 метров). Предназначен для скважин средней глубины. С трубой 0 50,8 мм длиной 2000 м может быть использован для разбу-ривания пробок и бурения неглубоких скважин. Отличается шасси повышенной проходимости МЗКТ с колесной формулой 8x8.

М-20.011 (усилие инжектора 24 т, труба 0 38,1/44,5 мм, дли­ной до 1800/3800 метров). Предназначен для глубоких скважин. По желанию заказчика, может комплектоваться барабаном с трубой 0 38 мм длиной до 5600 м, 0 44,5 мм и длиной до 4500 м или 0 50,8 мм и длиной до 3200 м, однако ширина полуприцепа в этом случае нестандартная - 3,1 м. С трубой 0 50,8 мм может быть ис­пользован для разбуривания пробок, бурения неглубоких скважин. В отличие от остальных агрегатов смонтирован на полуприцепе с седельным тягачом.

М-40 (усилие инжектора 40 т, труба 0 60/73 мм, длиной до 3500/2200 метров). Предназначен для заканчивания операции буре­ния скважин, забуривания вторых стволов, наклонного и горизон­тального бурения, бурения при отрицательном перепаде давления в системе скважина - пласт. Его также можно использовать для про­ведения технологических и ремонтно-восстановительных работ на нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах без их глушения. Оборудование смонтировано на полуприцепе с седельным тягачом повышенной проходимости, в комплект комплекса входит устьевое сборное основание под инжектор, а также противовыбросовое обо­рудование.

В базовый комплект поставки агрегата входят:

• четырехсекционный блок превенторов с глухой, отрезной, удер­ живающей и трубной плашками;

• промывочная крестовина;

• комплект промыслового инструмента (два обратных клапана, промывочные насадки, приспособление для заправки трубы в инжек­ тор и др.).

Дополнительно с агрегатом могут поставляться:

• установка для перемотки безмуфтовой длинномерной трубы;

• технологический барабан;

• приспособление для стыковой сварки безмуфтовой длинномер­ ной трубы;

10

-дополнительные бухты гибкой трубы и другое оборудование.

Колтюбинговые агрегаты могут работать на скважинах всех типов: условно-вертикальных, наклонно направленных, горизонтальных и вы­полнять более 40 операций, среди которых наиболее распространены следующие:

.- ликвидация отложений парафина, гидратных и песчаных про­бок в НКТ;

• обработка призабойной зоны, подача технологических раство­ ров, специальных жидкостей (в том числе щелочных и кислотных рас­ творов) и газов;

• спуск в скважину оборудования для проведения геофизических исследований;

• установка цементных мостов;

- выполнение работ по изоляции пластов и др. Использование колтюбинговых установок совместно с азотно-

бустерным комплексом позволяет проводить освоение скважин пенны­ми системами, снизить уровень жидкости до необходимой глубины, продувать скважины азотом.

Особенно перспективным представляется применение колтюбин-говой техники при бурении, особенно при доразработке истощенных месторождений на поздней стадии разработки.

Основными поставщиками колтюбингового оборудования в РФ до 2006 г. были американские фирмы Hydra Rig Incorporated (Varco In­ternational Incorporated), Stewart and Atevenson Services Incorporated Dreco и др.

Наиболее типичным является оборудование фирмы «Dreco». Оно представляет собой два агрегата, один из которых осуществляет опера­ции с трубой, другой обеспечивает подачу технологической жидкости (по А. Г. Молчанову и др.).

Агрегат, обеспечивающий работу с КГТ (рис. 1.8), смонтирован на специализированном шасси с формулой «10 х 10». Оно включает два передних и три задних моста, которые все являются ведущими. В кон­струкции используют серийно изготавливаемые мосты, установленные на раму, специально спроектированную для данного агрегата. Для пе­ремещения последнего и привода его механизмов во время работы слу­жит дизельный двигатель, расположенный за кабиной водителя. Кру­тящий момент от двигателя передается карданным валом к раздаточной коробке, находящейся в средней части рамы, а от нее - к группе перед­них и задних мостов. Над двигателем смонтирована кабина управления агрегатом, которая может перемещаться вертикально по специальным направляющим на высоту около 1 м.

и

Рис. 1.8. Агрегат для работы с колонной гибких труб фирмы «Dreco»: / - кабина водителя; 2 - силовой агрегат; 3 - кабина оператора; 4 - ба­рабан с КГТ; 5 - катушки с гибкими шлангами; б - направляющая дуга; 7 -транспортер; 8 - монтажное устройство; 9 - задняя тележка шасси; 10 - разда­точная коробка шасси; 11 — передняя тележка шасси

В средней части рамы агрегата находится барабан с колонной гибких труб, на нем смонтирован укладчик трубы. В кормовой части агрегата установлен гидроприводной манипулятор, предусмотрено ме­сто для перевозки транспортера, превентора и инструментов. Рядом с ними располагается катушка с гибкими трубопроводами, служащими для соединения транспортера с агрегатом.

Последний в рабочем положении на скважине опирается на четы­ре гидравлических домкрата. Для обслуживания оборудования агрегат имеет лестницы и трапы, позволяющие безопасно перемещаться и рабо­тать на нем.

Агрегат, обеспечивающий нагрев и закачивание технологической жидкости, показан на рисунке 1.9. Его оборудование смонтировано на специализированном автошасси с формулой «6 х 4», конструкция каби­ны управления которого аналогична применяемой в агрегате для рабо­ты с колонной гибких труб. И так же за кабиной водителя расположен двигатель. Кабина для обслуживающего персонала здесь отсутствует, а управление узлами агрегата осуществляется со специального пульта, расположенного в средней части установки. На агрегате имеется печь для нагрева технологической жидкости, насос для закачивания ее в ко­лонну гибких труб, емкость для хранения, топливные баки и контроль­но-измерительная аппаратура.

Нагретая жидкость подается от насоса к агрегату с КГТ по металли­ческому трубопроводу, снабженному быстроразборными соединениями.

Основным недостатком рассматриваемого комплекса является ог­раниченная проходимость, обусловленная прежде всего малым диамет­ром колес шасси.

12

Рис. 1.9. Агрегат для подготовки и закачки технологической жидкости фирмы «Dreco»:

1 — кабина водителя; 2 - силовой агрегат; 3 - нагреватель; 4 - плунжер­ный насос для нагнетания технологической жидкости; 5 - емкость для техно­логической жидкости

Для полноты обзора конструкций агрегатов следует отмстить, что существуют различные варианты размещения комплекса оборудования на транспортном средстве и его прицепе, один из которых представлен на рисунке 1.10. Они интересны тем, что кабина оператора располагает­ся в кормовой части за барабаном. При этом оператор имеет хороший обзор устьевого оборудования, однако наблюдение за процессом на­мотки трубы на барабан затруднено.

Рис. 1.10. Размещение комплекса оборудования на автомобильном шасси и прицепе:

/ - кабина водителя; 2 - барабан с колонной гибких труб; 3 - укладчик КГТ; 4 - кабина оператора; 5 - рама агрегата: 6 - направляющая дуга; 7 - транспортер; 8 - механизм установки транспортера в рабочее положение; 9- насос для нагнетания технологической жидкости

Как правило, для описываемых агрегатов используют автомо­бильные шасси «КамАЗ» и «УралАЗ», обладающие грузоподъемностью не менее 12 т и имеющие достаточно длинную раму. Для монтажа неф­тепромыслового оборудования применяются автошасси «КрАЗ».

Наиболее характерными конструкциями с использованием раз­личных решений являются следующие агрегаты: КПРС, изготавливае­мый заводом «Рудгормаш» (рис. 1.11), и «Скорпион», выпускаемый за­водом «Брянский Арсенал» (рис. 1.12).

13

Рис. 1.11. Агрегат КПРС, изготавливаемый заводом «Рудгормаш», в транспортном положении:

1 - кабина оператора; 2 - укладчик гибкой трубы; 3 - барабан с КГТ: 4 -механизм установки транспортера в рабочее положение; 5 - направляющая дуга; 6 ~ транспортер; 7 — автомобильное шасси; 8 - рама агрегата

Рис. 1.12. Агрегат «Скорпион» в транспортном положении: 1 - герметизатор устья; 2 - транспортер; 3 - монтажное устройство; 4 - ба­рабан; 5 - укладчик KIT: 6 - направляющая дуга; 7 - колонна -гибких труб; 8 - ка­бина оператора в транспортном положении; 9 - автомобильное шасси; 10 - разда­точный редуктор насосов гидропривода; 11 - винтовые насосы для подачи тех­нологической жидкости; 12 - рама агрегата

14

Агрегат КПРС имеет традиционную компоновку. Кабина опера­тора расположена за кабиной водителя, барабан с колонной гибких труб - в средней части шасси, а в кормовой его части - транспортер и уст­ройство для монтажа-демонтажа. В этой конструкции манипулятор для проведения монтажных работ выполнен в виде рычажного механизма, несущего транспортер.

Кабина управления агрегатом жестко закреплена на раме шасси. Ниже нее располагаются коробка отбора .мощности от ходового двига­теля и гидропривод.

В рабочем положении агрегата на скважине рессоры задней тележки автошасси разгружаются посредством двух гидравлических домкратов.

Компоновка агрегата «Скорпион» отличается от традиционной. В этой конструкции ось барабана для колонны гибких труб расположена вдоль оси автомобильного шасси, кабина оператора в транспортном по­ложении размещена за кабиной водителя, но в рабочем положении она поворачивается на кронштейне относительно вертикальной оси. При этом справа от оператора находится устье скважины, а перед лобовым стеклом кабины - барабан с колонной гибких труб. Для монтажа транс­портера на устье скважины используют мачту, в верхней части которой расположена направляющая для гибкой трубы. Транспортер с гермети­затором устья в транспортном положении располагается на мачте.

В кормовой части агрегата имеется емкость для хранения техно­логической жидкости с теплообменником для подачи пара, а вдоль ле­вого борта (по ходу автомобиля) размещены два винтовых насоса для нагнетания жидкости. Два последних узла позволяют говорить о дан­ном агрегате как о комплексе, обеспечивающем не только перемещение колонны гибких труб, но и закачивание технологической жидкости.

В обоих рассмотренных агрегатах ходовой двигатель используют в качестве приводного при работе на скважине.

Для более полного представления на рисунке 1.13 показаны возмож­ные компоновки агрегатов, смонтированных на автомобильных шасси.

Монтаж оборудования агрегата на прицепе (типа трейлера) позво­ляет значительно сократить долю стоимости транспортной базы в об­щем балансе стоимости агрегата, значительно упростить компоновку последнего, обеспечить реализацию необходимых параметров при меньших весовых и габаритных ограничениях. Такие фирмы, как «Dowell» (рис. 1.14), «Newsco Well Service Ltd.», применяют подобные решения. В этом случае привод агрегата осуществляют от палубного двигателя.

15

Рис. 1.13. Компоновки агрегатов на автомобильных шасси.

Местоположение кабины оператора: а - за кабиной водителя; б — на кор­ме агрегата; в - между барабаном для КГТ и транспортером; 1 - кабина води­теля; 2 - кабина оператора; 3 - барабан с КГТ; 4 - укладчик трубы; 5 - транс­портер; б - механизм установки транспортера в рабочее положение

16

Рис. 1.14. Компоновка агрегата на полуприцепе в рабочем положении на скважине:

1 - автомобиль-буксировщик; 2 - кабина оператора; 3 - барабан с КГТ; 4 - укладчик КГТ; 5 - колонна гибких труб; 6 - направляющая дуга; 7 - транс­портер; 8 - герметизатор устья; 9 - превентор; 10 - опора транспортера; 11 -оборудование устья скважины; 12 - устье скважины; 13 - насосная установка; 14- рама агрегата