CC BY
40
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/
Том 8, №6 (2016) http ://naukovedenie.ru/vol8-6 .php
URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/29TVN616.pdf
Статья опубликована 15.11.2016
Ссылка для цитирования этой статьи:
Грогуленко В.В. Область применения металлополимерных колтюбинговых труб // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №6 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/29TVN616.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
УДК 621.643
Грогуленко Владимир Викторович1
АО НПФ «Геофизика», Россия, Уфа
Аспирант
E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author profile.asp?id=893553
Область применения металлополимерных колтюбинговых труб
Аннотация. В статье представлены результаты исследований металлополимерных колтюбинговых труб различных типов и конструкций. Ранее, путем аналитических исследований были получены 220 вариантов металлополимерных колтюбинговых труб. Автором представлены основные технические параметры металлополимерных колтюбинговых труб, а также определена их область применения. Обосновано применение металлополимерных колтюбинговых труб в таких скважинных операциях, как ликвидация отложений в скважинах, обработка призабойной зоны скважин, вызов притока нефти (газа), промысловые геофизические исследования, удаление жидкости с забоя газовых скважин. Определение области применения металлополимерных колтюбинговых труб проводилось на основании граничных условий эксплуатации труб, реальных скважинных характеристик каждой конкретной скважинной операции, а также значений химической и физической стойкостей материалов труб к применяемым в ходе скважинных работ агрессивным средам. По итогам исследования можно сделать вывод, что в ряде скважинных операций применение металлополимерных колтюбинговых труб будет более оправдано как с технической, так и с экономической точек зрения, чем применение классических стальных колтюбинговых труб. Учитывая также, что изготовление металлополимерных колтюбинговых труб можно полностью проводить на территории РФ, снижается элемент влияния внешнеполитических и экономических факторов на итоговую стоимость изготовления металлополимерных колтюбинговых труб.
Ключевые слова: металлополимерные колтюбинговые трубы; колтюбинг; добыча нефти и газа; скважина
Металлополимерные колтюбинговые трубы - это одно из перспективных направлений нефтяной и газовой промышленности. Объединение преимущества колтюбинговых труб и геофизического кабеля, достигнутое в металлополимерных колтюбинговых трубах (МПКТ),
1 450099, г. Уфа, ул. Б. Бикбая, д. 35 1
позволяет расширить диапазон применения колтюбинговых труб и снизить стоимость проведения работ за счет применения более дешевых материалов [1].
В рамках проводимых ранее исследований металлополимерных колтюбинговых труб был предложен ряд МПКТ различного конструктивного исполнения [2, 3, 4].
Рассмотрим более подробно трубу КТ1-33/18.
Обозначение КТ1-33/18: КТ - колтюбинговая труба; 1 - тип конструкции №1 в проводимых аналитических исследованиях; 33 - диаметр внутреннего сечения трубы, мм; 18 - максимальное внутреннее давление, Мпа.
г) Д) е)
Рисунок 1. Металлополимерная колтюбинговая труба серии КТ1 с внутренним диаметром 33 мм в сборе и ее послойное исполнение: а) внутренний слой полимера; б) внутренний слой ленты; в) внутренний слой проволоки; г) наружный слой проволоки; д) наружный слой ленты; е) наружный слой полимера (составлено автором)
Помимо полимера (полиэтилен LDPE), в составе трубы использовались армирующая стальная проволока (ГОСТ 3282-74) и бронированная стальная лента (ГОСТ 3560-73). Первым внутренним слоем в трубе КТ1-33/18 идет слой полимерного материала. Следующие слои навиваются под определенным углом к оси трубы. Наружным слоем трубы также является полимер. Изготовление трубы возможно по методу экструзии путем выдавливания расплава полимера экструдером и последующего повива прядей армирующих элементов.
У данной трубы в ходе аналитических исследований определены основные технические параметры.
Таблица 1
Основные технические параметры трубы КТ1-33/18 (составлено автором)
№ Параметр Единица измерения Значение
1 Удельная масса кг/м 4,519
2 Статическая грузоподъемность кг 30109
3 Динамическая грузоподъемность кг 25091
4 Допустимая нагрузка* кг 24735
5 Коэффициент пропорциональности** - 5,6
№ Параметр Единица измерения Значение
6 Коэффициент оптимизации*** 1/руб. 11,4
7 Максимальное внутреннее давление МПа 18
8 Прогнозная удельная стоимость руб.\м 575
* Допустимая нагрузка (Е) - это масса, которую может выдержать труба кроме своей массы. F = С — М • Ь, кг; где Е - допустимая нагрузка образца трубы; G - статическая грузоподъемность образца трубы; М - удельная масса образца трубы; Ь - глубина скважины. В таблице приведено значение для трубы длиной 1000 м.
** Коэффициент пропорциональности (Кп) - это отношение статической
Q
грузоподъемности МПКТ к массе трубы конкретной. Кп = —; где G - статическая
грузоподъемность образца трубы; т -масса трубы конкретной длины. В таблице приведено значение для трубы длиной 1000 м.
*** Коэффициент оптимизации (Копт) - это отношение значения Кп трубы к прогнозной конечной стоимости трубы. Копт = ^П, 1/РУб.; где Кп - коэффициент пропорциональности трубы; С - прогнозная конечная стоимость трубы, руб. В таблице приведено значение для трубы длиной 1000 м. [5]
На основании технических параметров МПКТ были определены граничные условия эксплуатации трубы. Например, на трубе КТ1-33/18 осуществляется спуск оборудования в вертикальный интервал скважины. В зависимости от глубины скважины, от типа проводимой скважинной операции (планируется ли подача жидкости под давлением по внутренней полости трубы), а также от уровня жидкости в самой скважине, меняется максимально-возможная глубина спуска трубы КТ1-33/18 и масса оборудования, подвешиваемого на трубу.
Таблица 1
Параметры трубы КТ1-33/18 (составлено автором)
КТ1-33/18 Р тах = 18 МПа О = 25091 кг
0% 20% 40% 60% 80%
Ь, м М, кг Р, МПа М, кг Р, МПа М, кг Р, МПа М, кг Р, МПа М, кг Р, МПа
200 1075 2,0 1009 1,6 920 1,2 832 0,8 744 0,4
400 2150 3,9 2017 3,1 1841 2,4 1665 1,6 1488 0,8
600 3225 5,9 3026 4,7 2761 3,5 2497 2,4 2232 1,2
800 4300 7,8 4035 6,3 3682 4,7 3329 3,1 2976 1,6
1000 5375 9,8 5043 7,8 4602 5,9 4161 3,9 3720 2,0
1200 6450 11,8 6052 9,4 5523 7,1 4994 4,7 4464 2,4
1400 7525 13,7 7061 11,0 6443 8,2 5826 5,5 5208 2,7
1600 8599 15,7 8069 12,5 7364 9,4 6658 6,3 5952 3,1
1800 9674 17,6 9078 14,1 8284 10,6 7490 7,1 6697 3,5
2000 10749 19,6 10087 15,7 9205 11,8 8323 7,8 7441 3,9
2200 11824 21,6 11095 17,2 10125 12,9 9155 8,6 8185 4,3
2400 12899 23,5 12104 18,8 11046 14,1 9987 9,4 8929 4,7
2600 13974 25,5 13113 20,4 11966 15,3 10819 10,2 9673 5,1
2800 15049 27,4 14121 22,0 12886 16,5 11652 11,0 10417 5,5
3000 16124 29,4 15130 23,5 13807 17,6 12484 11,8 11161 5,9
3200 17199 31,4 16139 25,1 14727 18,8 13316 12,5 11905 6,3
3400 18274 33,3 17147 26,7 15648 20,0 14148 13,3 12649 6,7
3600 19349 35,3 18156 28,2 16568 21,2 14981 14,1 13393 7,1
3800 20424 37,2 19165 29,8 17489 15813 14,9 14137 7,4
4000 21499 39,2 20173 31,4 18409 16645 15,7 14881 7,8
Приведем пример. Допустим, необходимо провести каротаж в скважине глубиной 2400 метров. К трубе будет подвешено геофизическое оборудование массой 200 кг. Уровень жидкости в скважине - 40% от всей глубины скважины. Предусматривается возможность подачи технической воды на забой скважины под давлением 10 МПа. Далее определяем возможность применения в данной операции трубы КТ1-33/18 по таблице. Находим пересечение ячейки с глубиной 2600 и ячеек 40%. Масса трубы на глубине 2600 метров будет равна 11966 кг. С грузом - 12166 кг. Давление жидкости внутри трубы - 15,3 МПа. Эти значения меньше предельных для данной трубы с учетом массы груза, поэтому ячейки окрашены в светлый цвет. Делаем вывод, что труба КТ1-33/18 по основным техническим параметрам способна проводить данную скважинную операцию.
Так как металлополимерная колтюбинговая труба состоит из различных компонентов, то физические и химические свойства каждого компонента также окажут влияние на итоговую область эксплуатации МПКТ.
В ходе исследования был выявлен перечень скважинных работ, для которых сделано предположение о возможности применения в них металлополимерной колтюбинговой трубы КТ1-33/18. Далее тщательно оценивалась сама скважинная работа. Выявлялись характеристики скважинной операции, которые могут ограничить применение МПКТ (необходимость подачи жидкости под давлением с определенным значением; нагрузка на трубу в скважине, воздействие кислот, ингибиторов, щелочей, механических и химических факторов, сопровождающих проведение операции; давление и температура в скважине в процессе проведение операции; дополнительные индивидуальные факторы). Далее выявленные параметры сравнивались с найденными ранее граничными условиями эксплуатации для трубы, а также определялись стойкости компонентов трубы к воздействию факторов и составляющих конкретной скважинной операции. При несовпадении значений делался вывод о невозможности применения МПКТ в данной скважинной операции. Если же граничные параметры эксплуатации МПКТ находились в коридоре допустимых - делался вывод, что данная труба пригодна для проведения данной операции с конкретными ограничениями по различным характеристикам. В итоге, была получена область применения металлополимерной колтюбинговой трубы КТ1-33/18.
1. Ликвидация отложений
Ликидация сол еотл ожен и й Ттах ингибитора = 60°С Ршах=18МПа
Ликвидация АС ПО Ттах ингибитора = 60°С Ршах=18МПа
Ликвидация песка, окалины, пропанта Ттах = 90°С Ртах=18МПа
В Удаление гидратов Ттах = 90°С Ртах=18МПа
2. Обработка призабойной зоны
■ Закачка соляной кислоты ЩЖ (5%. 10%. 30%, 35%) Ц Ттах=60:С
В Ртах=18МПа
Закачка плавиковой кислоты (40 %) КдЯ Ттах=60°С
Ртах=18МПа
Закачка бифторид РЧ фторида аммония
рЯ Тшах=60"С
Ршах=18МПа
□ Закачка уксусной
кислоты Тшах=60°С | Ршах=18МПа
Закачка
^ЛВ бензолсульфокислоты щщщ Тшах=60"С
Ршах=18МПа
3. Вызов притока нефти
(газа) в скважинах
■ Закачка легкой
И жидкости
■1 Ртах=18МПа
1 Ттах=90=С
Закачка азота
Ртах = 18 МПа
Ттах = 60°С
4. Промысловые геофизические исследования
5. Удаление жидкости с забоя газовой скважины
Спуск геофизического оборудования Сшах=250 кН
Тшах=60°С Ртах=18МПа
Закачка ПАВ в скважину Ттах=60°С Воздействие природного газа Тшах=90°С
Стойкость к сероводороду:
Стойкость к нефти:
Технический газообразный: Т=20°С - Стоек; Т=40°С - Стоек; Т=60°С - Отн. Стоек Насыщенный водный раствор: Т=20°С - Стоек; Т=40°С - Стоек; Т=60°С - Стоек
Нефть сырая: Т=20°С - Стоек; Т=40°С - Стоек; Т=60°С - Стоек
Рисунок 2. Прогнозная область эксплуатации металлополимерной колтюбинговой трубы
КТ1-33/18 (составлено автором)
На основании полученных данных были сформулированы рекомендации по эксплуатации металлополимерной колтюбинговой трубы КТ1-33/18.
Рекомендации по эксплуатации металлополимерных колтюбинговых труб.
Выявленные свойства и характеристики МПКТ позволяют проводить посредством МПКТ следующие операции в скважине:
• ликвидацию солеотложений в скважине путем закачки по МПКТ в скважину ингибитора солеотложений. Ограничения по температуре ингибитора: 60°С;
• ликвидацию АСПО в скважине путем закачки по МПКТ в скважину ингибитора АСПО. Ограничения по температуре ингибитора: 60°С;
• вымывание песчаных пробок, окалины, пропанта посредством подачи жидкости под давлением по МПКТ в скважину. Ограничения по температуре подаваемой жидкости: 90°С;
• ликвидацию образовавшихся гидратов посредством закачки по МПКТ в скважину горячего соляного раствора. Ограничения по температуре подаваемого раствора: 90°С;
• закачку соляной кислоты (5%, 10%, 30%, 35%) в скважину для карбонатных пластов по МПКТ. Ограничения по температуре подаваемого раствора: 60°С;
• закачку плавиковой кислоты (40%) в скважину для карбонатных пластов по МПКТ. Ограничения по температуре подаваемой кислоты: 60°С;
• закачку бифторид фторида аммония в скважину по МПКТ. Ограничения по температуре подаваемой жидкости: 60°С;
• закачку уксусной кислоты в скважину по МПКТ. Ограничения по температуре подаваемой кислоты: 60°С;
• закачку бензосульфокислоты в скважину по МПКТ. Ограничения по температуре подаваемой кислоты: 60°С;
• вызов притока нефти (газа) в скважине путем закачки по МПКТ «легкой жидкости» в скважину. Ограничения по температуре подаваемой жидкости: 90°С;
• вызов притока нефти в скважине путем закачки по МПКТ азота в скважину. Ограничения по температуре подаваемого азота: 90°С;
• проведение промысловых геофизических исследований в скважине путем спуска геофизического оборудования в скважину на МПКТ. Возможна одновременная подача жидкости в скважину по МПКТ, а также передача сигнала с забоя скважины на устье в режиме реального времени по оптоволоконному кабелю. Ограничения по температуре в скважине: 90°С;
• удаление жидкости с забоя газовой скважины путем закачки поверхностно-активных веществ (ПАВ) на забой по МПКТ. Ограничения по температуре в скважине: 90°С. Ограничения по температуре ПАВ: 60°С.
Все составные компоненты металлополимерных колтюбинговых труб изготавливается на территории РФ. Производство самой трубы также организовывается внутри страны. В связи с этим, итоговая стоимость металлополимерной колтюбинговой трубы напрямую не зависит от колебания курса национальной валюты. Стоит отметить, что подавляющее
большинство применяемых в РФ колтюбинговых труб поставляется в нашу страну из США и Канады. И с ростом курса доллара США по отношению к российскому рублю, для отечественных компаний становится все дороже в рублевом эквиваленте закупать импортное оборудование. Именно при подобном раскладе становятся экономически эффективными российские аналоги западного оборудования. Конечно, МПКТ не может полностью вытеснить колтюбинговые трубы с отечественного рынка. Однако, есть ряд скважинных работ, в которых применение МПКТ будет также эффективным и с технологической, и с экономической точек зрения. Кроме того, МПКТ можно применять вместо геофизического кабеля в ряде скважинных операций. Достоинствами МПКТ перед геофизическим кабелем являются более жесткая конструкция МПКТ, позволяющая трубе проникать в наклонно-направленные и горизонтальные интервалы скважины, а также наличие внутреннего проходного сечения для возможности подачи жидкости на забой скважины. Достоинствами МПКТ перед стальной колтюбинговой трубой является более гибкая конструкция МПКТ. Известно, что у стальной колтюбинговой трубы существует ограниченный ресурс возможных изгибов вследствие растрескивания стенки трубы. У МПКТ данный ресурс выше исходя из физических свойств применяемых компонентов. Кроме того, МПКТ не подвергается коррозии и агрессивному воздействию сероводорода, а также дешевле в изготовлении.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.В. Шайдаков, В.В. Грогуленко, П.Г. Михайлов. Колтюбинговые трубы на основе полимерных материалов // Экспозиция Нефть Газ. - 2014 - №1 (33) - С. 62-64.
2. В.В. Шайдаков, П.Г. Михайлов, В.В. Грогуленко. Анализ проблем при ремонтных работах с использованием гибкой трубы в колтюбинговых установках // Нефть. Газ. Новации. - 2012 - №6 - С. 92-96.
3. Грогуленко В.В. Конструктивные и эксплуатационные параметры металлополимерных колтюбинговых труб // Фундаментальные исследования. -2015 - №2-2 - С. 245-250.
4. В.В. Шайдаков, В.В, Грогуленко, П.Г. Михайлов. Конструирование металлополимерных колтюбинговых труб для нефтяной и газовой промышленности // Экспозиция Нефть Газ. - 2015 - №4 (43) - С. 68-70.
5. Грогуленко В.В. Металлополимерные колтюбинговые трубы для нефтяной и газовой промышленности. Монография // Изд-во: Palmarium Academic Publishing (Германия) - 2015 - 136 С.
Grogulenko Vladimir Viktorovich
JSC Geophysics, Russia, Ufa E-mail: [email protected]
Application area of metal-polymer coiled tubing pipes
Abstract. The article presents the results of research metal-polymer coiled tubing pipes of various types and designs. Earlier, by the analyzes have been obtained 220 variants of metal-polymer coiled tubing pipes. Author presents the main technical parameters of etal-polymer coiled tubing pipes and picked their areas of application. The application of metal-polymer coiled tubing pipes: downhole operations such as the elimination of deposits in wells, processing bottom-hole zones of the call flow of oil (gas), field geophysical survey, removing the liquid from the bottom of gas wells. Defining the scope of metal-polymer coiled tubing pipes was carried out on the basis of the boundary conditions of operation of the pipe, the actual characteristics of each individual borehole downhole operations, as well as the values of the chemical and physical stability to the pipe materials used in the borehole works corrosive environments. At the end of the research it can be concluded that in a number of downhole coiled tubing operations, the use of metal-polymer pipes will be more justified from both a technical and an economic point of view than the use of traditional steel coiled tubing pipes. Considering also that the manufacture of metal-polymer coiled tubing pipes can be fully carried out in the territory of the Russian Federation reduced the element of foreign policy and the influence of economic factors on the total cost of production of metal-polymer coiled tubing pipes.
Keywords: metal-polymer coiled tubing pipes; coiled tubing; production of oil and gas; well
