Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОЛТЮБИНГОВЫХ ТРУБ

Грогуленко В.В. 1
1 ОАО НПФ «Геофизика»
В процессе проектирования были получены одиннадцать вариантов конструкций металлополимерной колтюбинговой трубы. В ходе расчетов были получены значения различных технических параметров колтюбинговых труб. Рассчитывались массы всех образцов в скважинах глубиной от 200 до 4000 метров, значения статической и динамической нагрузок в процессе спуско-подъемных операций, значения давления во внутреннем сечении труб. На основе полученных значений определены граничные условия эксплуатации каждого образца. Составленные единые таблицы образцов позволяют по условиям проводимой скважинной операции дать заключение о возможности применения любого образца в каждом рассматриваемом случае. Внедрение металло-полимерных труб в нефтяной и газовой промышленности видится перспективным, так как по результатам проведенных исследований данные трубы обладают неплохими характеристиками.
колтюбинг
полимерные материалы
параметры металлополимерных труб
1. Марков А.В., Власов С.В. Принципы выбора полимерных материалов для изготовления изделий // Полимерные материалы. – 2004. – № 6–8.
2. Бухаленко Е.И. Нефтепромысловое оборудование: Справочник. 2-е изд. – М.: Недра, 1990. – 559 с.
3. Вайншток С.М. и др. Опыт эксплуатации установок с длинномерной трубой на барабане // Нефть и капитал. – 1998. –№ 1. – С. 71.
4. Вайншток С.М., Молчанов А.Г., Некрасов В.И., Чернобровкин В.И. Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб. – М.: Академия горных наук, 1999. – 224 с.
5. Шайдаков В.В., Грогуленко В.В., Михайлов П.Г. Колтюбинговые трубы на основе полимерных материалов // Экспозиция. Нефть. Газ. – 2014. – № 1(33). – С. 62–64.

Интенсификация разработки шельфовых месторождений способствовала созданию инновационных технологий в добыче нефти и газа. В условиях отдаленности и ограниченности времени при добыче углеводородного сырья в условиях нефтяных платформ наиболее эффективными становятся многопрофильные технологии, способные выполнять широкий спектр операций без привлечения дополнительного оборудования, персонала и транспортировки. К данной категории оборудования относится и колтюбинг. Перечень операций, проводимых с использованием колтюбинговых труб становится все шире, повышается эффективность от внедрения гибких труб. Одно из направлений повышения эффективности колтюбинговых технологий – совершенствование колтюбиговой колонны, в том числе с металлополимерных труб, которые находят все большее применение в нефтяной и газовой промышленности [4].

Автором статьи ранее в процессе проектирования были получены 11 вариантов металлополимерной колтюбинговой трубы [1]. Изначальным условием проектирования было значение внутреннего диаметра трубы размером 33 мм. Варианты отличаются по конструкции и составным элементам, поэтому наружные диаметры колтюбинговых труб также получились различными (рис. 1).

grog1.tif

Рис. 1. Варианты металлополимерной колтюбинговой трубы

 

Рассмотрим условия эксплуатации колтюбинговой трубы, при которых возможно применение каждого из вариантов. Для этого определим граничные значения максимально возможной глубины спуска металлополимерной колтюбинговой трубы.

Каждый образец металлополимерной колтюбинговой трубы в зависимости от конструкции и составных компонентов имеет различные значения статической грузоподъемности. В зависимости от этого параметра каждый образец имеет свои ограничения по глубине спуска. Существует значение предельной глубины спуска каждого варианта. Рассмотрим зависимости изменения массы колтюбинговой трубы, заполненной жидкостью. Коэффициент пропорциональности показывает, во сколько раз рассчитанная статическая грузоподъемность образца превышает массу образца в зависимости от глубины спуска [2]. При значении коэффициента пропорциональности, равным единице, масса трубы на данной глубине равна максимальной статической нагрузке образца.

В результате проведения расчетов были получены значения статической грузоподъемности образцов.

Для учета динамики процесса введем динамический коэффициент [3]

gr01.wmf,

где kд – динамический коэффициент, w – ускорение системы, g – ускорение свободного падения.

После расчетов при подъеме колтюбинговой трубы принимаем kд ≈ 1,2.

Далее находим максимально возможную глубину спуска колтюбинговой трубы (табл. 1).

Определим граничные значения глубины спуска трубы в зависимости от внутреннего давления в трубе. Принимаем максимальные значения давления для вариантов труб (табл. 2).

grog2.wmf

Рис. 2. Статическая грузоподъемность образцов труб (вариант № 12 – стальная колтюбинговая труба)

grog3.wmf

Рис. 3. Массы образцов на глубине 1000 метров

 

Таблица 1

Допустимые глубины спуска образцов труб с учетом динамического коэффициента

Номер образца трубы

Допустимая глубина, м

Номер образца трубы

Допустимая глубина, м

№ 1

4000

№ 7

3500

№ 2

4000

№ 8

4000

№ 3

4000

№ 9

1300

№ 4

3800

№ 10

3700

№ 5

3000

№ 11

4000

№ 6

2600

Таблица 2

Максимальные значения давления образцов труб

Номер образца

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Прогнозное давление, МПа

18

18

18

10

4

4

10

4

4

10

18

Далее расчитываем давление внутри трубы в зависимости от глубины.

Находим предельные значения глубины спуска для каждого образца трубы из условий, что скважина вертикальная и без жидкости.

Таблица 3

Допустимые глубины спуска образцов

Номер образца трубы

Допустимая глубина, м

Номер образца трубы

Допустимая глубина, м

№ 1

1800

№ 7

1000

№ 2

1800

№ 8

400

№ 3

1800

№ 9

400

№ 4

1000

№ 10

1000

№ 5

400

№ 11

1800

№ 6

400

В результате получена таблица допустимых глубин образцов по критериям массы и давления.

Таблица 4

допустимые глубины спуска образцов в «сухой» скважине

Номер образца трубы

Допустимая глубина по критериям, м

Масса

Давление

(в «сухой» скважине)

№ 1

4000

1800

№ 2

4000

1800

№ 3

4000

1800

№ 4

3800

1000

№ 5

3000

400

№ 6

2600

400

№ 7

3500

1000

№ 8

4000

400

№ 9

1300

400

№ 10

3700

1000

№ 11

4000

1800

Если скважина до определенной глубины заполнена жидкостью, то благодаря разности наружного и внутреннего давлений максимальная глубина спуска для образцов увеличится. К примеру, скважина глубиной 4000 метров заполнена технической водой до интервала 1500 метров. Тогда разность давлений в колтюбинговой трубе для образца № 1, например, выглядит следующим образом.

В скважине, заполненной жидкостью до определенного уровня, будут действовать выталкивающие силы и наружное давление, поэтому в таких скважинах глубина спуска трубы будет больше. Проделав все расчеты, были получены таблицы фактических значений масс и давлений образцов трубы в зависимости от глубины и уровня жидкости в скважине. По данным таблицам определяется целесообразность применения конкретного образца в конкретных условиях и технологиях. В зависимости от глубины и характерисктик скважины значения массы трубы и внутреннего давления имеют определенные значения. В условиях, где эти значения не превышают предельно допустимые, применение данного образца возможно, и ячейки окрашены в зеленый цвет.

Например, нам необходимо спустить геофизическое оборудование на забой в скважину глубиной 2000 метров. Скважина заполнена технической водой на 20 %. Масса геофизического оборудования – 100 кг. Предполагается подача жидкости по трубе давлением 10 МПа, поэтому колтюбинговая труба спускается заполненная жидкостью.

Для начала убеждаемся, что труба выдерживает давление 10 МПа. В нашем случае образец № 1 имеет максимальное прогнозное давление 18 МПа, что удовлетворяет требованиям. По таблице находим ячейки «Скважина 20 %». Спускаемся на глубину 2000 метров. Как видно, масса трубы на данной глубине будет равна 14121 кг, вместе с оборудованием – 14221 кг. Максимальная нагрузка для образца № 1 – 25091 кг, значит, и по этому критерию труба подходит. На этой глубине внутреннее давление в трубе составит согласно таблице 15,68 МПа, что не превышает предельные 18 МПа. Поэтому ячейка окрашена в зеленый цвет. В данной скважине выполнение данной операции с помощью образца № 1 возможно.

Аналогичным образом были получены соответствующие таблицы для оставшихся образцов.

В результате, по имеющимся параметрам конкретной скважины и условиям спуско-подъемных операций можно определить, какие из образцов металлополимерной колтюбинговой трубы подходят для данной операции. Окончательное решение принимается, учитывая стоимость труб.

В результате проведенных расчетов и построенных зависимостей была получена возможность определения области эксплуатации металлополимерных колтюбинговых труб. Становится очевидным, что в некоторых скважинных операциях колтюбинговые трубы на основе полимерных материалов в перспективе могут стать реальной альтернативой стальному колтюбингу. Кроме того, исследуемые образцы также могут применяться вместо геофизического кабеля, например, при каротажных работах, особенно в горизонтальных и наклонно-направленных участках скважин [5].

grog4.wmf

Рис. 4. Разность давлений в колтюбинговой трубе для образца № 1

grog5.tif

Рис. 5. Область применения образца № 1

grog6.wmf

Рис. 6. Относительная стоимость образцов металлополимерной колтюбинговой трубы

 

Рецензенты:

Лягов А.В., д.т.н., главный специалист отдела строительства скважин ООО «БашНИПИнефть», г. Уфа;

Исмаков Р.А., д.т.н., заведующий кафедрой бурения Уфимского государственного нефтяного технического университета, г. Уфа.

Работа поступила в редакцию 12.02.2015.





Библиографическая ссылка

Грогуленко В.В. КОНСТРУКТИВНЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОЛТЮБИНГОВЫХ ТРУБ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-2. – С. 245-250;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36796 (дата обращения: 18.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074