Система непрерывной промывки скважины при бурении, СПО и спуске хвостовиков на бурильных трубах – СНП «Курс»

BOREHOLE CONTINUOUS SYSTEM CIRCULATION WHILE DRILLING OPERATIONS, DRILL STRING TRIPPING AND CASING LINERS RUNNING IN HOLE – CSС «KURS»

A. ROPYANOY, V. SKOBLO, S. STRAZHGOROGSKIY, «NT KURS» JSC

В статье рассмотрена возможность создания Системы непрерывной Промывки скважин (СНП) на базе трехходового шарового крана. Подробно описаны его принцип действия, состав и конструкция. Детально рассмотрена конфигурация СНП, технические характеристики и параметры ее основных узлов. Показана реальность создания СНП на отечественной научно-технической и производственной базе.

Possibilities of boreholes continuous system circulation (CSС) established on the basis of a three-way ball valve is discussed. Three-way ball valve operating principle, structure and design is detailed described. Detailing of the CSС configuration, specification and parameters of its main units.

Остановка промывки скважины перед наращиванием и последующий запуск циркуляции являются наиболее критическими моментами для состояния ствола скважины из-за импульсов давления, сопровождающих пуск и остановку буровых насосов. Это может вызвать ряд нежелательных явлений и осложнений, например:
– в вертикальных скважинах с гидростатическим контролем давления эти осложнения включают обвалы пород, потерю циркуляции, дифференциальные и механические прихваты бурильной колонны и пр.;
– при бурении баженовской свиты поддержание устойчивости стенок скважины становится проблемой — даже при небольшом отклонении от оптимальных величин плотности бурового раствора и скорости бурения импульс давления при запуске и остановке циркуляции повышает вероятность обвала стенок;
– при бурении с динамическим контролем давления (Managed Pressure Drilling – MPD) остановки циркуляции вызывают необходимость использования дорогостоящего оборудования для измерения и контроля давления на забое;
– при бурении с депрессией на пласт (Underbalanced Drilling – UBD), при восстановлении циркуляции после наращивания в скважине возникает давление, превышающее пластовое, что может обесценить результаты и затраты предшествующего бурения при депрессии;
– в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах при прекращении циркуляции перед наращиванием формируются шламовые подушки, отрицательно влияющие на качество ствола.
Чтобы исключить все эти негативные явления, необходимо обеспечить непрерывную промывку скважины, без перерывов на наращивание.
В настоящей статье рассмотрено одно из перспективных направлений для создания отечественной системы непрерывной промывки (СНП), потребность в которой на рынке бурения достаточно высока.
Практическое использование СНП в мировой практике началось сравнительно недавно – с начала 2000-х гг. Во многом это объясняется технической и технологической сложностью, высокой стоимостью как самих СНП, так и их эксплуатации.

Практическое использование СНП в мировой практике началось сравнительно недавно – с начала 2000–х гг. Во многом это объясняется технической и технологической сложностью, высокой стоимостью как самих СНП, так и их эксплуатации.

В полной мере это относится к СНП камерного типа, где формируется герметизированный «шлюз», в котором размещается замковое соединение перед наращиванием. Этот «шлюз», состоящий из 3-х камер, оборудован боковым портом, через который ведется промывка скважины во время наращивания. Такие системы (например, СНП компании Varco Internationale) являются сложными и дорогими.
Существуют альтернативные камерным – крановые СНП, где вместо камеры-шлюза используется переводник, входящий в состав бурильной колонны – переводник непрерывной промывки (ПНП), в котором имеются боковое отверстие и краны, перекрывающие и перераспределяющие поток промывочной жидкости
Крановые СНП, представленные на мировом рынке – система Non-Stop Driller компании MPO и система e-CD компании eni, значительно проще и дешевле камерных, однако имеют существенный недостаток, а именно низкую надежность запорных элементов – кранов бокового отверстия ПНП. Эта проблема может быть успешно решена при использовании шаровых кранов, например, по патенту США №8201804 от 19 июня 2012 г. [1], где ПНП создан на базе трехходового шарового крана – ТШК.
Именно этот кран целесообразно использовать для создания СНП – обладая высокой функциональностью, ТШК на данный момент имеет достаточно глубокую конструкторскую проработку и испытанные макетные образцы. Существенным также является и тот факт, что ЗАО «НТ КУРС», в дополнение к своим разработкам в этой области, владеет правом на исключительное использование патента [1] на территории РФ, что создает предпосылки к реализации импортозамещения технологии и оборудования мирового уровня.
Конструкция ТШК показана на фотографиях: рис. 1 – сборка и рис. 2 – составные части. Принцип действия ТШК иллюстрирует рис. 3. Кран может использоваться в двух положениях:

Именно этот кран целесообразно использовать для создания СНП – обладая высокой функциональностью, ТШК на данный момент имеет достаточно глубокую конструкторскую проработку и испытанные макетные образцы. Существенным также является и тот факт, что ЗАО «НТ КУРС», в дополнение к своим разработкам в этой области, владеет правом на исключительное использование патента [1] на территории РФ, что создает предпосылки к реализации импортозамещения технологии и оборудования мирового уровня.

Положение 1 на рис. 3-а соответствует бурению. В положение 2 на рис. 3-б кран переводится при наращивании. При этом поток бурового раствора поступает в кран по боковому каналу через отверстие в стенке ПНП. Верхний осевой канал перекрыт, что позволяет производить наращивание, не прекращая промывку скважины.
Функциональная схема СНП показана на рис. 4. Режим обычной промывки, т.е. когда ТШК во встроенном в бурильную колонну ПНП открыт для потока жидкости вдоль его оси (положение 1 на рис. 3), схематично представлен на рис. 4-а; режим промывки при наращивании, когда ТШК находится в положении 2, показан на рис. 4-б. Манифольд непрерывной промывки состоит из байпасной линии и блока задвижек для переключения потока – задвижка 1 и задвижка 2. В системе имеется линия сброса давления, включающая задвижки сброса 3 и 4 и контейнер (или линию) сброса. Байпасная линия оборудована боковым портом промывки (БПП), герметично стыкующим байпасную линию с боковым отверстием ПНП.
При наращивании бурильной колонны выполняются следующие операции:
– удаляется пробка из бокового отверстия ПНП (на рисунке не показана);
– боковой порт ПНП герметично соединяется с байпасной линией промывки;
– открывается задвижка 2, обеспечивая подачу раствора в байпасную линию промывки;
– ТШК переводится в положение 2, открывая доступ бурового раствора из байпасной линии промывки в бурильную колонну и закрывая его подачу из основной линии манифольда;
– задвижкой 1 останавливается подача бурового раствора в основную линию манифольда и в верхний силовой привод (ВСП), далее задвижкой 4 стравливается давление в линии манифольда;
– ВСП отсоединяется от бурильной колонны, поднимается за очередной наращиваемой свечей с ПНП, ТШК в котором установлен в положение 1;
– наращиваемая свеча соединяется с бурильной колонной и ВСП;
– задвижкой 1 восстанавливается подача бурового раствора в линию манифольда и в верхнюю свечу;
– ТШК переводится в положение 1, перекрывая доступ бурового раствора из байпасной линии промывки и открывая его подачу в бурильную колонну из основной линии манифольда;
– закрывается задвижка 2 на байпасной линии, прекращая подачу в нее бурового раствора;
– задвижкой 3 стравливается давление в байпасной линии промывки;
– боковой порт (вместе с байпасной линией) отсоединяется от ПНП;
– пробка бокового отверстия ПНП заворачивается на место (в боковое отверстие ПНП);
– возобновляется углубление скважины.
Аналогичным образом, но в другой последовательности, выполняются операции при подъеме бурильного инструмента с непрерывной промывкой.
Таким образом, при бурении, наращивании, СПО и спуске хвостовиков СНП создает преимущества колтюбинга при сохранении преимуществ составной бурильной колонны при роторном бурении или при бурении с гидравлическими забойными двигателями:
• Снижается вероятность прихвата бурильной колонны;
• Исключаются затраты времени на промывку скважины до остановки насосов перед наращиванием и после включения насосов;
• Снижается закупорка продуктивных горизонтов глинистым раствором и выбуренной породой;
• Увеличивается скорость бурения за счет использования маловязких растворов минимального удельного веса при управляемом противодавлении на устье (MPD);
• Повышается эффективность и снижается стоимость бурения на депрессии (UBD);
• Увеличивается протяженность горизонтальных стволов, повышается точность навигации и качество ствола;
• В скважинах с повышенной температурой исключаются перегрев бурового раствора и ухудшение его свойств;
• При бурении горизонтальных и пологих стволов исключается формирование шламовых подушек в «лежачей» части ствола. Это увеличивает скорость проходки, повышает точность навигации, улучшает качество ствола;
• При бурении в «сланцевых» отложениях (бажен и т.п.) минимизируются риски обвалов, связанные с «узким окном бурения».

При бурении, наращивании, СПО и спуске хвостовиков СНП создает преимущества колтюбинга при сохранении преимуществ составной бурильной колонны при роторном бурении или при бурении с гидравлическими забойными двигателями.

Рассмотренная на рис. 4 схема достаточно полно иллюстрирует функционирование системы и взаимодействие составляющих ее элементов. Конфигурация и состав СНП, показанные на рис. 5, позволяют представить сложность и ресурсоемкость задачи по созданию СНП.
Рассмотрим основные узлы СНП более подробно:
– ПНП с ТШК предварительно устанавливаются на верхней муфте каждой свечи из числа заранее подготовленных к наращиванию при бурении интервала с СНП.
– Боковой порт промывки БПП – это узел для герметичной стыковки байпасной линии промывки с боковым отверстием ПНП. Конструкция БПП должна выдерживать высокие нагрузки и одновременно обеспечивать многократную, легкую и быструю стыковку с боковым отверстием ПНП. Одно из возможных технических решений по теме БПП представлено в [2].

В пульте управления задвижками (ПУЗ) формируются электрические сигналы для дистанционного управления электродвигателями задвижек БЗ и отражается информация с БЗ о состоянии задвижек и величине давления в линиях промывки скважины.

– Байпасная линия промывки (БЛП) собирается из манифольдных труб высокого давления (ТВД), уголков, буровых рукавов высокого давления. БЛП предназначена для промывки скважины через боковое отверстие ПНП.
– Блок задвижек (БЗ) – место расположения всех управляющих задвижек СНП (представленных на рис. 4.). Он смонтирован внутри стального каркаса, конструкция и прочность которого позволяют эксплуатировать и транспортировать БЗ в виде отдельного неразъемного отапливаемого герметичного модуля.
Функциональная схема БЗ показана на рис. 6. Все задвижки БЗ, помимо ручного управления, оборудованы исполнительными механизмами в виде электродвигателей, которыми управляют через блоки контроля с пульта управления задвижками.
В пульте управления задвижками (ПУЗ) формируются электрические сигналы для дистанционного управления электродвигателями задвижек БЗ и отражается информация с БЗ о состоянии задвижек и величине давления в линиях промывки скважины. ПУЗ располагается на буровой, недалеко от места бурильщика.

Выводы
1. Функциональные характеристики и состояние конструкторской разработки трехходового шарового крана, патентная и правовая урегулированность вопроса его использования на территории РФ характеризуют его как наиболее перспективную основу для создания СНП.
2. Отсутствие серьезных научно-технических проблем, связанных с разработкой отдельных узлов СНП, свидетельствует о реальной перспективе ее создания в сжатые сроки.
3. Все составные части СНП могут быть спроектированы и собраны из доступной номенклатуры отечественного нефтяного машиностроения, т.е. на отечественной научно-технической и производственной базе со 100%-ой локализацией производства на территории России.

Литература

1. Semen J Strazhgorodskiy, Apparatus For Uninterrupted Flushing A Well Bore. Патент. США US 8201804B2 от 19.06.2012.
2. Ропяной А.Ю., Скобло В.З. Боковой порт непрерывной промывки // Патентная заявка РФ №2015120720, 02.06.2015.

References

1. Semen J Strazhgorodskiy, Apparatus For Uninterrupted Flushing A Well Bore. Patent. USA US 8201804B2 dated 19.06.2012.
2. Ropyanoy A.Y., Skoblo V.Z Side port continuous flushing. // Patent RF №2015120720, on 02.06.2015.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Ропяной А.Ю.

    Ропяной А.Ю.

    генеральный директор

    ЗАО «НТ КУРС»

    Скобло В.З.

    Скобло В.З.

    заместитель генерального директора

    ЗАО «НТ КУРС»

    Стражгородский С.И.

    ЗАО «НТ КУРС»

    Просмотров статьи: 3124

    Rambler's Top100

    admin@burneft.ru