CC BY
261
62 ТРУБЫ
УДК 621.643
Колтюбинговые трубы
на основе полимерных материалов
В.В. Шайдаков
д.т.н., профессор, директор1 v1v2sh50@vandex.ru
В.В. Грогуленко
аспирант1
grogulenko8Q@mail.ru
П.Г. михайлов
аспирант1
pash pash88@mail.ru
1ООО «Инжиниринговая компания «Инкомп нефть», Уфа, Россия 2ОАО НПФ «Геофизика», Уфа, Россия
В статье предложены варианты конструкций колтюбинговых труб на основе полимерных материалов. Описаны результаты проведенного анализа технико-экономических характеристик предлагаемых образцов. Сделаны выводы о возможности применения полимерных колтюбинговых труб.
материалы и методы
Проектирование образцов металлополимерной колтюбинговой трубы проводилось на основе конструкций металлополимерных трубопроводов. Первоначальное конструирование проводилось в программе «Компас». Все расчеты велись в программе «Microsoft Office Excel».
Ключевые слова
колтюбинг, полимерные материалы, наклонно-направленные и горизонтальные участки скважин, нефтегазовая промышленность
Достоинства применения колтюбинга при бурении скважин, ремонтных работах, а также при каротаже проявляются постоянно. Существует ряд технологических операций, при которых применение гибкой трубы эффективнее других технологий [1]. Одним из методов совершенствования является изготовление трубы на основе полимерных материалов, таких как упрочненные полиэтилен и полипропилен [2]. К тому же внедрение металлополимерных гибких труб может быть выгодно в операциях, где труба менее нагружена, например, при геофизических
исследованиях в наклонно-направленных и горизонтальных участках скважины, промывках [3].
В качестве альтернативы существующей конструкции металлической трубы были предложены варианты гибкой трубы на основе полимерных материалов (таб. 1).
Первоначально была рассчитана теоретическая масса образцов, как сумма масс всех составляющих компонентов. Будем считать, что внутреняя полость трубы заполнена водой. Длина условного трубопровода для всех расчетов равна 1000 метров.
№ Варианты трубы Внутренний Наружный Составляющие компоненты диаметр, мм диаметр, мм
Два слоя металлической ленты,
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
53
51
51
53
47
47
50
57
38
51
65
два слоя повива проволоки, полимерный материал
Два слоя металлической ленты, один слой повива проволоки, полимерный материал
Один слой металлической ленты, два слоя повива проволоки, полимерный материал
Два слоя металлической ленты, полимерный материал
Один слой металлической ленты, полимерный материал
Один слой повива проволоки, полимерный материал
Два слоя повива проволоки, полимерный материал
Канаты, полимерный материал
Полимерный материал
Один слой металлической ленты, один слой повива проволоки, полимерный материал
Два слоя металлической ленты, два слоя повива проволоки, канаты, полимерный материал
2
3
4
5
6
7
8
Q
10
Таб. 1 — Варианты полимерной трубы
м=2т ,
т=р^Н,
где р - плотность материала, Б - площадь сечения, Н - длина трубы.
Сводим полученные данные в одну таблицу (таб. 2).
Для наглядности был построен сравнительный график масс всех образцов трубопроводов (рис. 1), где также изображено значение массы металлической колтюбинго-вой трубы той же длины, представленной на графике под номером 12.
Результаты расчетов показывают, что все
образцы гибкой трубы на основе полимерных материалов за исключением образца №9 имеют большую массу, чем существующая металлическая труба, что не удивительно, так как полимерные трубопроводы обладают большими габаритными размерами.
Далее были рассчитаны показатели статической грузоподъемности всех вариантов труб.
При сравнении показателей статической грузоподъемности (рис. 2) установлено, что большинство образцов полимерной трубы по данному критерию превосходят металлическую колтюбинговую трубу. Однако и массы полимерных колтюбинговых труб
больше массы металлической трубы. В связи с этим для удобства анализа характеристик полученных образцов труб был введен коэффициент пропорциональности, равный отношению максимальной статической грузоподъемности отдельного образца к массе трубопровода в скважине.
Данное отношение показывает, во сколько раз рассчитанная максимальная нагрузка трубопровода превышает массу трубопровода (таб. 3).
№ масса, кг Канат
Лента внутренняя Лента наружная Проволока Проволока
внутренняя наружная
Таб. 2 — Массы образцов гибкой трубы
Полимер
Общая масса
1 1-_ 979,6 1126,6 771,4 808,2 833,7 5375
2 - 979,6 1077,6 771,4 - 783,0 4467
3 - 1028,6 - 734,7 808,2 814,3 4241
4 - 979,6 1077,6 - - 1032,1 3944
5 - 979,6 - - - 715,9 2550
6 - - - 734,7 - 745,7 2335
7 - - - 734,7 808,2 864,3 3262
8 960 - - - - 1610,8 3426
9 - - - - - 2338,6 3194
10 - 979,6 - 808,2 - 909,8 3553
11 960 979,6 1420,5 771,4 1028,6 1827,0 7842
№ Грузоподъемность, кг масса, кг
30109 23409 21496 17998
9043
7222 13689
18431 4924
10 1569
11 51197
5375 4467
4241
3944 2550 2335 3262 3426
3194 3553 7842
Коэффициент пропорциональности
5,60
5,24
5,07
4,56
3,55
3,09
4,20
5,38
1,54
4,41
6,53
Таб. 3 —Параметры образцов металлополимерной колтюбинговой трубы
Рис. 1 — Массы образцов гибкой трубы
Рис. 2 — Сравнительные значения статической грузоподъемности образцов трубы
Рис. 3 — Коэффициент пропорциональности образцов трубы, при условной длине трубы 1000 м
Для большей наглядности технических характеристик колтюбинговых труб был построен график допускаемой статической нагрузки (рис. 4). Допускаемая статическая нагрузка — разность между максимальной статической грузоподъемностью трубы и ее полной массой с водой. Фактически данный график показывает, какую нагрузку выдержит труба без учета ее собственной массы и массы жидкости во внутренней полости трубы.
Результаты построения свидетельствуют о том, что большинство полимерных гибких труб по данному показателю превосходят значения металлической колтюбинговой трубы, причем некоторые из образцов превосходят существенно. Исходя из этого, можно сделать вывод о перспективности колтюбинговой трубы на основе полимерных материалов. Однако вместе с этим стоит также задаться вопросом и о целесообразности изготовления этих образцов и их экономической эффективности. Именно финансовый эффект от внедрения полимерной трубы будет иметь решающее значение при выборе колтюбинговой трубы.
Следующим шагом в оценке перспективности предлагаемых образцов колтюбинговых труб на основе полимерных материалов был
анализ предварительной стоимости вариантов труб (рис. 5). В связи с тем, что для начала производства данных образцов необходимо провести еще ряд исследований, моделирований и испытаний, на данный момент невозможно оценить реальную стоимость полимерных труб относительно стальной колтюбинговой трубы. Однако исходя из стоимости составных элементов трубопроводов, можно составить картину относительной стоимости образцов, взяв за точку отсчета образец, изготовленной только из полимера.
Итоги
Полученные результаты вычислений и аналитических исследований свидетельствуют о перспективности металлополимерных колтюбинговых труб. Дальнейшее изучение свойств труб и усовершенствование конструкций должно привести к тому, что через определенное время некоторые образцы колтюбинговых труб на основе полимерных материалов будут внедряться в отдельных областях промышленности.
Выводы
Очевидно, что для полноценного анализа
перспективности применения полимерных колтюбинговых труб необходимо провести моделирование конструкций труб с помощью программ специального назначения, испытания образцов при рабочих нагрузках и дополнительные исследования технических характеристик образцов. Анализ результатов, полученных на данный момент, показывает, что колтюбинговые полимерные трубы достаточно перспективны для дальнейших исследований и могут в некоторых областях нефтегазовой промышленности составить конкуренцию стальным колтю-бинговым трубам.
Список используемой литературы
1. 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.
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.
Рис. 4 — Допускаемая статическая нагрузка трубы, при условной длине трубы 1000 м Рис. 5 — Относительная стоимость образцов труб
ENGLISH PIPES
Coiled tubing pipes based on polymer materials UDC 621.643
Authors: Vladimir V. Shavdakov — ph.d., professor, director1; v1v2sh50@vandex.ru Vladimir V. Grogulenko — postgraduate2; grogulenko89@mail.ru Pavel G. Mikhailov — postgraduate2; pash pash88@mail.ru
•Engineering company "Inkomp-neft", Ufa, Russian Federation 2NPF "Geophysics", Ufa, Russian Federation
Abstract
The article suggests variants of constructions of coiled tubing pipes based on polymer materials. Describes the results of the analysis of technical and economic characteristics of the proposed designs. Drawn conclusions on possibility of use of polymer coiled tubing pipes.
Materials and methods
Design samples metallopolymer coiled tubing
pipe was based on the designs of metal-pipe. Initial construction was carried out in the «Compass». All calculations were made in the program «Microsoft Office Excel».
Conclusions
Obviously, for a complete analysis of the prospects of application of polymeric coiled tubing is necessary to simulate the structural pipes using special-purpose programs, test samples with additional
workloads and the technical characteristics of the samples. Analysis of the results obtained at this point shows that coiled tubing plastic pipes sufficiently promising for further research and may in some areas of the oil and gas industry to compete with steel coiled tubing pipes.
Keywords
coiled tubing, polymeric materials, deviated and horizontal sections of wells, oil and gas industry
References
1. Vaynshtok S.M., Molchanov A.G., Nekrasov V.I., Chernobrovkin V.I. Podzemnyy remont i burenie skvazhin s primeneniem gibkikh trub [Underground repair and drilling with coiled tubing]. Moscow: Izdatel'stvo
Akademiigornykh nauk, 1999, 224 p.
2. Bukhalenko E.I. Neftepromyslovoe oborudovanie. Spravochnik. 2-e izd.
[Oil field equipment. Manual. 2-nd issue]. Moscow: Nedra, 1990, 559 p.
3. Vaynshtok S.M. and other authors.
Opyt ekspluatatsii ustanovok s dlinnomernoy truboy na barabane [Experience in operating facilities with a lengthy tube on the drum]. Neft' i capital, 1998, issue 1, p. 71.
