колтюбинг

1.1 Развитие колтюбингового бурения в мире

Мировая тенденция истощения природных запасов углеводородов стремится к применению более новой и совершенной техники и технологии бурения скважин, так как "традиционное" бурение уже не позволяет достичь необходимых результатов и в достаточной мере удовлетворить потребности в качестве вскрытия продуктивных пластов. Во многих случаях лучшим и более выгодным решением является не новая технология, а новое применение уже известных технологий. Идея использования одной сплошной колонны гибких труб, собираемой из отдельных свинчивающихся бурильных труб или НКТ для выполнения бурения и операций ремонта скважин по сути не является новаторской. За рубежом данная технология используется уже достаточно давно.

Пионерами использования непрерывной колонны гибких труб для нефтяной промышленности были США. В конце 40-х годов было запатентовано несколько конструкций установок для спуска в скважины под давлением непрерывных колонн труб небольшого диаметра или кабелей.

Затем были запатентованы различные концепции бурения с использованием непрерывных армированных проволокой шлангов и гибких колонн НКТ. Они были запатентованы ещё в начале 50-х годов,нр нет никаких данных, свидетельствующих о их практическом изготовлении или испытании данного оборудования в то время.

Современные конструкции головок для подачи в скважины гибких колонн НКТ базируются на использовании разработанного в начале 60-х годов устройства, дающего возможность развертывать антенны радиосвязи на поверхности моря с подводных лодок, находящихся в погруженном состоянии. Специалисты фирмы "Bowen Tools" создали вертикальное не­поворотное цепное устройство на тракторном ходу, названное A/N Bra-18A, позволяющее развертывать заключенную в полиэтиленовый корпус диаметром 16 мм медную антенну с глубины до 180 м. В средней части цепных устройств (два комплекта) были смонтированы промежуточные блоки из ар­мированной фенольной смолы, фиксирующие и направляющие полиэтиленовый кожух с антенной, которая предназначалась для облегчения развертывания и обратной намотки колонны гибких труб.

В 1962 году специалисты фирм "California Oil" и "Bowen Tools" создали первый прототип облегченной установки для спуска в нефтяные и газовые скважины на Северном побережье Мексиканского залива непрерывных гибких колонн специально для размыва песчаных пробок, а общая длина намотанной на катушку колонны составила 4500 метров. В 1963 и 1964 годах специалистами компании "Ca­li­fornia Oil" были проведены испытания данной установки на нескольких скважинах на суше. В перечень выполненных при этом работ входили промывка песчаных пробок и ловильные работы по извлечению скважинного штуцера. Затем эта компания продала установку фирме "Reel Pipe", действовавшей на побережье в штате Луизиана. С помощью этой установки в течение нескольких лет в скважинах с помощью гибкой колонны НКТ диаметром 33,4 мм. выполняли ремонтные работы. В том же году специалисты фирм "Brown Oil Tools" и "Esso" бала разработана альтернативная установка для инжекции гибкой колонны НКТ с целью обслуживания скважин. В этой установке была предусмотрена намотка непрерывной колонны вокруг желобчатого шкива, удерживаемого на месте роликами с дугообразным цепным приводом. Последние дополнены коваными седлообразными блоками, подобными применяемым фирмой "Bowen Tools" в цепной передаче для центрирования спускаемой колонны относительно шкива. Инжекционный ме­ханизм включал в себя портативную раздвигаемую с помощью гидропривода мачту, на которой над скважиной подвешивалось цепное приводное устройство. С этой установкой использовалась гибкая колонна НКТ диаметром 19 мм, с ее помощью провели обслуживание нескольких скважин на суше и море, в том числе очистку ствола.

В 1967 году первоначальный вариант инжекционной головки фирмы "Bowen Tools" был модифицирован ее специалистами для спуска в скважины гибкой колонны диаметром 12,7 мм общей длиной 1500 м. Установка "5М" была арендована фирмой "NOWSCO" для обратной продувки азотом скважин, предназначенных для сброса в пласты минерализованных вод. Эффективность описываемой технологии побудила руководство фирмы заказать у разработчиков 12 таких установок. В конце 1968 года специалисты фирмы "Bowen Tools" разработали новую инжекционную головку "8М", предназначенную для спуска в скважины гибких колонн НКТ диаметром 19,2 мм и длиной до 2400 м.

С конца 60-х и до середины 70-х годов специалистами фирм "Bowen Tools" и "Brown Oil Tools" было создано несколько модификаций установок для спуска в скважины гибких колонн НКТ. За этот период времени диаметр используемых гибких колонн НКТ увеличился до 25,4 мм. В начале 70-х годов масштабы применения таких установок с гидравлическим приводом в нефте- и газопромысловых операциях резко возросли. Фактическое число скважин для очистки скважин от песчаных пробок и продувки азотом составило более 200. Но следует отметить, что эффективность данных работ в скважинах с помощью описываемых установок была не столь уж и невысока, из-за их недостаточной надежности.

В конце 70-х годов появились новые фирмы "Hydra Rig", "Uni-Flex"и "Otis Engineering", которые занимались разработкой установок для обслуживания скважин с использованием гибких колонн. Специалисты трёх этих компаний спроектировали инжекционные головки, сходные с устройствами фирмы "Bowen Tools". Конструкция головки фирмы "Uni-Flex" (1975 года) характеризуется более совершенной цепной системой с седлообразными бло­ками, а также более эффективной силовой установкой. Эти  проектные особенности были использованы и другими компаниями, работающих в данном направлении. Однако к 1978 году работы над дальнейшим совершенствованием установок по спуску в скважины гибких колонн НКТ фирмы "Uni-Flex" и "Brown Oil Tools" были остановлены.

В конце 70-х и начале 80-х годов были модифицированы разработанное фирмами "Hydra Rig", "Bowen Tools" и "Otis Engineering" оборудование для спуска гибких колонн НКТ и программы его обслуживания. Данные модификации привели к повышению эффективности, а так же и надежности наземного оборудования и значительному сокращению случаев выхода его из строя.

В 1985 году была разработана новая установка для инжектирования в скважину гибкой колонны НКТ, которая позволяла производить спуск труб до 2590 м с диаметром труб 19,2 мм. Инжекционная головка включает в себя приводное желобчатое колесо большого диаметра, сходное с использовавшимся в первоначальной конструкции установки фирмы "Brown Oil Tools". Однако в новой конструкции вместо цепной роликовой приводной системы применены роликовые колеса. Последующее улучшение этого типа установки привело к возможности использования гибких колонн НКТ увеличенного диаметра и их спуска на большие глубины. Хотя модификации наземного оборудования повысили надежность установок по спуску в скважины гибких колонн, наиболее существенные результаты были достигнуты после разработки новых методов производства непрерывных труб и введения контроля за их качеством.

1.2 Развитие колтюбингового бурения в России

В России технологию бурения и подземного ремонта скважин с помощью колонны гибких труб начали применять и развивать сравнительно недавно, данные технологии были реализованы в Грозненском, Краснодарском, Ставропольском, Оренбургском, Уфимском и других регионах. Н.В. Богдановым в 50-х годах прошлого столетия было предложено использовать колонны гибких труб для спуска в скважину электропогружного центробежного насоса. При этом кабель, питающий погружной электродвигатель, располагался внутри колонны гибких труб. Данное решение позволяло не только ускорить процесс выполнения спускоподъемных операций при смене насоса, но и обеспечить сохранность кабеля при эксплуатации, но практическая реализация этого предложения в широких промышленных масштабах в то время была нереальна. Были разработаны и доведены до практического внедрения конструкции буровых установок с непрерывной колонной гибких труб – шлангокабеля. По существу они представляли собой эластометаллические рукава большого диаметра с электрогидравлическим каналом связи. Работы по их созданию проводили французские и советские специалисты. Совместные испытания осуществлялись в 60-х…70-х годах на опытной буровой установке в Урало-Поволжском регионе, но из-за ряда причин их промышленное внедрение так и не состоялось. Промышленное применение гибких труб в бурении началось в 90-е годы, а уже к настоящему времени в мире находятся в эксплуатации около 1000 колтюбинговых комплексов, в том числе в России – несколько десятков, причем в основном импортных (Hydra Rid, Stewart & Stevenson, HRI, Dreco, Fracmaster, Sсhlumberger, и др.). Темпы развития установок данного вида чрезвычайно высоки. Колтюбинговые установки успешно используются в капитальном и текущих ремонтах скважин, а так же в последнее время нашли широкое применение и для бурения как новых, так и вторых наклонно-горизонтальных стволов, крупнейшими российскими компаниями: ОАО «Сургутнефтегаз», АНК «Лукойл», АНК «Татнефть», АНК «Башнефть» и др.

При строительстве скважины их закачивание является одним из основных и технически сложных процессов. Анализ состояния проблемы показал, что бурение при отрицательном перепаде давления в системе «скважина-пласт» (ОПД) является единственной технологией первичного вскрытия, позволяющей сохранить естественные фильтрационно-ёмкостные свойства продуктивного пласта при одновременном повышении скорости бурения. При вскрытии пластов на депрессии наиболее важной задачей является регулирование давления на продуктивный пласт. Впервые она была решена Тагировым К.М., предложившим использование герметизированной системы циркуляции, позволяющей вызвать контролируемый приток пластового флюида на забой скважины и вымыть его на поверхность с целью установления природы флюида и определения пластового давления. При продолжении этих работ В.И. Нифантовым был разработан способ вскрытия продуктивного пласта в условиях переменной депрессии, регулируемой ступенчатым или непрерывным изменением избыточного давления газированной промывочной жидкости. Одной из самых ответственных операций при бурении в условиях равновесия и депрессии в системе «скважина-пласт» является спуск и подъем инструмента. Разработанные ещё в 20–30-х годах зарубежными фирмами «Hyadrel» и «Otys», а также Азербайджанским институтом нефтяного машиностроения комплексы оборудования для спуско-подъёма колонны труб под давлением из-за несовершенства, низкой производительности и неэкономичности нашли применение в основном только при проведении аварийных работ. Таким образом, несмотря на то, что бурение на ОПД является единственной технологией первичного вскрытия, позволяющей сохранить естественные фильтрационно-ёмкостные свойства продуктивного пласта при одновременном повышении скорости бурения, остается целый ряд научных и технических задач, сдерживающих массовое внедрение данной технологии. Совмещая две перспективные технологии, по техническому заданию и под руководством ООО «Инжиниринговая компания БашНИПИнефть» АНК «Башнефть» в 2002 году был создан первый российский колтюбинговый комплекс на базе установки М 4001 (Группа компаний ФИД).

1.3 Колтюбинг в современном мире

В мировой практике нефтегазодобычи все более широко распространяются технологии, связанные с использованием длинномерной трубы. Это объясняется их высокой технологичностью и экономической эффективностью. 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 [1].

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:

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

- ликвидация - обработка призабойной зоны, подача технологических растворов, специальных жидкостей (в том числе щелочных и кислотных растворов) и газов;

- спуск оборудования для проведения геофизических исследований, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах;

- 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. Очевидно, что мы заметно отстаем во внедрении современного эффективного оборудования и методов применяемых работ. Сегодня очень важно иметь не только технику, но и технологии[2]. Большинство предприятий, эксплуатирующих колтюбинговые агрегаты, используют только 3-5 технологий.

Мировой опыт применения колонн гибких труб насчитывает более 45 лет. Если вначале колтюбинг применялся для осуществления наиболее простых операций очистки колонны труб и забоев от песчаных пробок, то сегодня с его помощью можно производить практически весь набор операций подземного ремонта скважин. Данный комплекс оборудования и инструмента позволяет выполнять следующие технологические операции: ликвидацию гидратно-парафиновых и песчаных пробок; очистку скважины от посторонних предметов; ловильные работы; отрезку прихваченных НКТ; освоение скважин; обработку призабойной зоны; промывки забоя скважины; водоизоляционные работы; проведение кислотных обработок; дополнительную перфорацию; растепление гидратно-ледяных пробок; бурение на депрессии; разбуривание цементных мостов и другие виды работ. На сегодняшний день проводимые ремонтные операции с использованием колтюбинговых установок и канатной техники возросли в несколько раз, а количество ремонтов с применением колтюбинга по отношению к общему количеству ремонтов возросло от 20 – 25% до 50%. Сегодня колтюбинг занимает важную нишу на рынке нефтегазовых технологий и открывает поистине уникальные возможности сохранения окружающей среды и снижения себестоимости бурения. Колтюбинг может быть использован для бурения новых скважин, для повторного вскрытия пласта, но наибольшую техническую и экономическую эффективность он имеет при бурении вторых наклонных или горизонтальных стволов из существующих скважин. Гибкие трубы позволяют проводить бурение на депрессии и увеличить дебит скважины в 3-8 и более раз. Популярность применения колтюбинга объясняется высокой эффективностью и безопасностью проведения операций. Использование колтюбинга совместно с другими перспективными технологиями позволяет дополнительно извлекать до 40 % углеводородного сырья. Сегодня становится, очевидно, что развитие колтюбинговых технологий идет не только по пути создания установок с трубами больших диаметров (89 и 114 мм), позволяющих увеличить мощность бурения и объем подаваемого бурового раствора [3]. Большее внимание уделяется интенсификации и повышению результативности использования труб среднего диаметра. Перспективным направлением также являются разработка и применение композитных непрерывных труб, которые хотя и дороже стальных, однако имеют срок службы в 3-4 раза больше. Композитная труба включает в себя металлическую оплетку, позволяющую передать электрические сигналы от забойного оборудования и систем телеметрии, т.е. отказаться от геофизического кабеля. Трубы из композитного материала в настоящий момент находятся на стадии испытаний. Особенность гибких труб: их можно безопасно применять на герметизированном устье скважины, т.е. без ее глушения. Это позволяет исключить большинство факторов негативного воздействия на пласт и скважину, плавно и поинтервально обрабатывать действующие скважины фактически любой конструкции и профиля, а также автоматизировать технологический процесс. Далее, ствол скважины можно проводить по пластам малой толщины с полным сохранением их коллекторных свойств. Колтюбинг имеет и природоохранный эффект за счет сокращения вредных выбросов и повреждения поверхности, уменьшения производственных площадей, сокращения времени работ на месторождении. Развитие колтюбинговых установок идет по пути широкого внедрения средств автоматизации. В центре управления современного колтюбингового комплекса находятся операторы колтюбинговой установки, циркуляционной системы, инженер по горизонтальному бурению. Их рабочие места объединены в одну компьютеризированную систему, что позволяет этой команде оперативно управлять процессом бурения. Такая система в принципе позволит управлять несколькими колтюбинговыми комплексами из одного центра, находящегося за тысячи километров. Из вышеперечисленного ряда лишь колтюбинговая составляющая обладает технической новизной для казахстанских производителей нефтегазового оборудования. Поскольку в комплекс КГТ не входят мачты или вышки, являющиеся необходимой составляющей традиционного нефтепромыслового оборудования, его удобно применять на морских платформах и различных эстакадах с ограниченными размерами рабочих площадок. Естественно, что с помощью рассматриваемого комплекса еще в определенной части не достигнуты параметры и режимы работ, которые обеспечивает традиционное оборудование. Однако преимущества КГТ и новые технические решения, способствующие их совершенствованию, позволяют постоянно расширять область применения данного оборудования и повышать эффективность ведения работ. Например, использование колонны гибких труб внесло радикальные положительные изменения в практику бурения нефтяных и газовых скважин, особенно при их заканчивании, а также в технологию выполнения каротажных исследований, работ по вскрытию пласта в сильно искривленных и горизонтальных скважинах[4]. Перспективы дальнейшего применения КГТ обусловлены, в частности, следующими факторами: а) к настоящему времени создано оборудование, позволяющее работать с колоннами гибких труб практически всех необходимых диаметров и длин при высоких скоростях спуска и подъема; б) обеспечена долговечность КГТ в условиях нейтральных и коррозионно-активных жидкостей. Высокая эффективность работ, выполняемых с использованием КГТ, безусловно повлияет на стратегию и тактику разработки месторождений в будущем. Прежде всего это касается эксплуатации месторождений, расположенных в отдаленных и труднодоступных районах, а также тех, пластовая жидкость которых имеет аномальные свойства. Кроме того, при дальнейшем совершенствовании оборудования, обеспечивающего работу КГТ, можно достичь высокой эффективности проведения всего комплекса работ, связанных с бурением, освоением, эксплуатацией и ремонтом горизонтальных скважин.

время область применения описываемых технологий постоянно расширяется. Сейчас у специалистов, работающих над созданием и совершенствованием оборудования, существует мнение, что нет таких операций или процессов при бурении и ПРС, где нельзя было бы применить КГТ. Предполагают, что в ближайшее время с помощью таких установок будут выполнять более половины всех подземных ремонтов скважин. В нашей стране до сих пор не сформировалась и не устоялась терминология этой новой области нефтепромысловой техники и технологии. Основным применяемым термином у нас для обозначения этого направления является русифицированная транскрипция "coiled tubing" – колтюбинг, что означает трубу, наматываемую на катушку.