Поскольку основными факторами, влияющими на долговечность колонны труб, являются величина давления жидкости и число спусков-подъемов, то при проведении операций, во время которых необходимо периодически перемещать колонну в пределах обрабатываемого интервала, целесообразно перед спуском или подъемом труб снизить давление в них до минимально возможного. Уменьшение давления до 7 МПа, как уже отмечалось, приводит к существенному увеличению долговечности колонны.
Особое внимание следует уделять сохранению качества поверхности трубы. Как показывают опыты, поверхностные дефекты в виде рисок или раковин коррозии являются центрами образования усталостных трещин. Отсюда следует, что плашки транспортера нужно использовать с гладкой рабочей поверхностью, не имеющей насечки.
Для сохранения внутренней поверхности труб необходимо после проведения кислотных обработок выполнять нейтрализацию раствора с последующей промывкой водой, тщательно удалять с помощью продувки воздухом или вытеснения нейтральной жидкостью остатки технологической жидкости, имеющиеся в колонне труб после ее наматывания на барабан.
4.6. Характеристики гибких труб
В настоящее время фирмами США и Канады освоен выпуск колонн гибких труб со следующими характеристиками:
| Наружный диаметр, мм | 22,2 | 25,4 | 31,8 | 38,1 |
| Толщина стенки, мм | 2,2 | 1,7–2,8 | 1,9–4 | 2,4–4 |
| Масса 1 м, кг | 1,09 | 1,02–1,54 | 1,4–2,73 | 2,12–33,3 |
| Допустимое растягивающее усилие, кН | 65,5 | 58,8–92,8 | 83,4–162,5 | 127,7–199,3 |
| Испытательное давление, МПа | 73,2 | 48,6–74,9 | 43,9–91,4 | 46,8–76,2 |
| Наружный диаметр, мм | 44,5 | 50,8 | 60,3 |
| Толщина стенки, мм | 2,8–4 | 2,8–4 | 3,2–4 |
| Масса 1 м, кг | 2,84–3,95 | 3,2–4,6 | 4,5–5,5 |
| Допустимое растягивающее усилие, кН | 170,5–236,2 | 19,6–27,3 | 26,5–32,8 |
| Испытательное давление, МПа | 45,9–65,3 | 40,2–57,1 | 38,4–48,1 |
Специалисты отечественной фирмы АО "Филит" (Москва) отработали технологию производства гибких труб из стали 08Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72):
| Геометрические параметры: | |
| наружный диаметр, мм | 33 +0,5 |
| толщина стенки, мм | 2,5 +0,25 |
| длина в бухте, м | 1800 |
| Прочностные и деформационные характеристики: | |
| предел прочности, МПа, не менее | 656 |
| предел текучести, МПа, не менее | 500 |
| удлинение, %, не менее | 33,9 |
| разрушающая нагрузка образца с кольцевым швом без внутреннего давления, кН, не менее | 155 |
| рабочее внутреннее давление, МПа | 31,5 |
АО "Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности" ("УралНИТИ") совместно с ООО "ЛУКОЙЛ" разработали и освоили технологию изготовления сварных длинномерных труб в бунтах (ТУ 14-3-1470-86) со следующими характеристиками:
| Марка стали | 10 | 20 | Ст. 2 | 08Г20Ф | 08Г20Ф6 | 10ГМФ |
| Предел текучести, МПа | 210 | 250 | 220 | 400 | 420 | 400 |
| Предел прочности, МПа | 340 | 420 | 330 | 550 | 570 | 550 |
| Относительное удлинение, % | 31 | 21 | 24 | 22 | 22 | 22 |
Трубы, изготавливаемые из стали 20 и 10ГМФ, имеют следующие параметры:
| Диаметр трубы, мм: | ||||
| условный | 20 | 25 | 26 | 33 |
| наружный | 20 | 25 | 26,8 | 33,5 |
| Толщина стенки, мм | 2; 2,5; 2,8 | 2,5; 3 | 2,8; 3,2 | 2,8; 3,2 |
| Испытательное давление, МПа, для минимальной толщины стенки при марках стали: | ||||
| 20 | 56 | 56 | 60 | 45 |
| 10ГМФ | 90 | 90 | 95 | 83 |
| Диаметр трубы, мм: | ||||
| условный | 42 | 48 | 60 | 73 |
| наружный | 42,3 | 48 | 60 | 73 |
| Толщина стенки, мм | 3,2 | 3; 3,5 | 3,5; 4 | 3,5; 4 |
| Испытательное давление, МПа, для минимальной толщины стенки при марках стали: | ||||
| 20 | 40 | 32 | 30 | 24 |
| 10ГМФ | 64 | 53 | 48 | 38 |
Одной из основных задач, стоящих перед отечественными производителями труб, является увеличение их долговечности при малоциклическом нагружении с образованием пластических деформаций.
5. Буровые работы с использованием колонны
гибких труб
5.1. Особенности проведения
буровых работ
Колонны гибких труб при бурении применяют для:
а) бурения новых неглубоких скважин до 1800 м с диаметром ствола до 216 мм;
б) забуривания второго или нескольких стволов, которые могут быть вертикальными. Однако наибольший эффект достигается при бурении наклонно-направленных и горизонтальных отводов от основного ствола. Колонна гибких труб обеспечивает набор кривизны до 10°/10 м. Проходимость с помощью КГТ горизонтальных участков в 1993 – 1995 гг. превышала 300 м при диаметре колонны 50,8 мм, а к настоящему времени она увеличена до 500 – 600 м при диаметрах 60,3 и 73 мм и в перспективе будет доведена до 1000 м;
в) повторного вскрытия пластов при углублении скважины;
г) бурения части ствола скважины с обеспечением режима депрессии на забое.
Все указанные операции можно выполнять без глушения скважины, через ствол которой ведутся работы, даже в режиме депрессии на забое. Достигается это при минимальном ухудшении коллекторских свойств продуктивного пласта. Причем вскрытие последнего и бурение в нем скважины совместимы с процессом добычи. Это позволяет исключать проведение каких-либо работ по вызову притока и освоение скважины. Отсутствие необходимости в выполнении этих операций повышает эффективность работ не только в инженерном, но и в экономическом плане.
В процессе бурения пластов с высокой проницаемостью и низким пластовым давлением уменьшается количество случаев поглощения промывочной жидкости, потерь циркуляции и проявления других особенностей, поскольку процесс бурения с использованием КГТ ведется при минимально возможном давлении.
Промышленное применение гибких труб в бурении началось в 90-е годы. Если в 1991 г. в США было пробурено всего 3 скважины, то к 1994 – уже 150, а к настоящему времени их общее число приблизилось к 200. В Канаде за этот же период было пробурено 39 скважин.
Буровое оборудование, использующее КГТ, достаточно компактно, буровая вышка в большинстве случаев отсутствует. По существу, агрегаты, входящие в комплекс оборудования для бурения, представляют собой масштабно увеличенные агрегаты, применяемые для подземного ремонта. Кроме того, в комплекс входят передвижные установки, обеспечивающие подготовку и очистку бурового раствора. В качестве промывочной можно использовать жидкость на углеводородной основе, в простейшем случае отфильтрованную и отсепарированную нефть. В связи с этим снижаются расходы на приготовление и очистку бурового раствора. Кроме того, отпадают проблемы, связанные с утилизацией отработанного раствора. Для размещения комплекса достаточно иметь площадь в 800 м2, вместо 1500 м2 для малогабаритных буровых установок традиционной конструкции.
Помимо этого, при применении КГТ экономится время за счет ускорения процесса спуска и подъема колонны для смены долота.
Аварийные ситуации при наращивании труб во время проходки скважины не возникают, поскольку эти операции отсутствуют. Снижению опасности проведения всех буровых работ способствует непрерывный контроль за процессом бурения как на поверхности, так и непосредственно на забое с помощью специального оборудования.
Так же как и при проведении подземного ремонта скважин, применение КГТ сокращает случаи травматизма и обеспечивает выполнение жестких требований по охране окружающей среды.
Для специализированных буровых работ используют гибкие трубы с наружным диаметром не менее 60,3 мм. Хотя достаточно широко применяют и трубы с наружным диаметром 38,1, 44,5, 50,8 мм. Оптимальными диаметрами труб являются 89 и 114 мм.
Вращение породоразрушающего инструмента обеспечивается забойным двигателем, который установлен на гибкой трубе и имеет свои особенности, обусловленные малой жесткостью КГТ при работе на кручение, изгиб и сжатие. Кроме того, при использовании колонны гибких труб отсутствует возможность применения утяжеленных бурильных труб. Это накладывает ограничения и на выбор оборудования, и на режимы бурения из-за:
а) малой нагрузки на породоразрушающий инструмент;
б) незначительного крутящего момента, который должен развивать двигатель;
в) высоких оборотов двигателя, так как в противном случае мощность, подводимая к породоразрушающему инструменту, будет низкой.
Сказанное выше указывает на недостатки при использовании КГТ в бурении. К ним относятся более низкая скорость проводки, необходимость уменьшения диаметров скважин, незначительные сроки службы и долот, и забойных двигателей малого диаметра. Однако эти отрицательные моменты при проведении дополнительных работ можно либо полностью, либо в достаточной степени устранить.
Важно иметь в виду, что экономический эффект от использования КГТ в бурении весьма высок. Например, стоимость бурения одной горизонтальной скважины на Аляске при бурении обычными установками составляет 2200 тыс. дол., а при использовании в аналогичных условиях установки с КГТ – 500 тыс. дол.