Ужесточение экологических норм привело к тому, что серьeзные загрязнения происходят только в случаях нарушения технологических процессов или аварий. К примеру, наиболее негативное воздействие на окружающую среду при бурении происходит при химическом загрязнении, возникающем во время утечки жидкостей из устьев скважин, миграции химических реагентов и нефти из буровых амбаров, а также разливов горюче-смазочных материалов в местах хранения топлива, стоянок транспорта и дизельных агрегатов.
Одной из основных задач при строительстве и эксплуатации скважин являются обеспечение герметичности колонн и, таким образом, предупреждение заколонных перетоков углеводородов. В данном процессе можно выделить два не зависящих друг от друга фактора, определяющих качество крепления колонны:
Герметичность резьбового соединения, зависящая от правильности сборки резьбового соединения в «полевых условиях».
Качественная изоляция затрубного пространства цементным камнем или резиновым элементом (пакером), которая зависит от технологии заканчивания скважины.
Необходимость обеспечения качественной изоляции затрубного пространства обусловлена опасностью накопления пластовых газов, не имеющих цвета и запаха. Накапливаясь в формирующихся пустотах, газы могут образовывать взрывоопасные смеси, детонация которых может привести к неуправляемой ситуации с вытекающим экологическим ущербом.
Таким образом, для обеспечения безопасной эксплуатации скважины необходимо использовать оборудование, способное обеспечивать высокую герметичность под воздействием комплексных нагрузок, которым подвергается обсадная колонна в скважине: осевых, изгибающих усилий, действия высоких температур и давлений.
С точки зрения надежности, наиболее уязвимым и ответственным узлом в колонне является резьбовое соединение, которое подвергается тем же нагрузкам, что и тело трубы. С развитием технологий строительства наклонно-направленных скважин и увеличением длины горизонтальных интервалов, а также широким распространением применения технологий повышения нефтеотдачи, нагрузки на колонну возрастают, и к резьбовым соединениям предъявляются новые требования:
Наличие упорного торца для увеличения эффективности соединения на сжатие.
Оптимизированный профиль для предупреждения страгивания (выхода из зацепления) резьбы в наклонно-направленном участке и обеспечения передачи высокого момента.
Наличие уплотнения металл-металл для обеспечения газогерметичности.
Сохранение газогерметичности при высоких крутящих моментах.
Стремление нефтегазовых компаний к сокращению операционных расходов и повышению экономической эффективности перспективных проектов приводят к совершенствованию технологий бурения, сокращению непроизводительного времени и повышению дебита скважины. К примерам таких технологий можно отнести: бурение на обсадной колонне (БОК), бурение на хвостовике (БХВ), а также гидроразрыв пласта в продолжительных горизонтальных интервалах. Реализация данных технологий требует применения соединений с эффективностью на сжатие 80 % – 100 % по телу трубы для сохранения работоспособности при динамических нагрузках (БОК, БХВ) и спуске в наклонно-направленные участки.
Для более подробного представления об основных критериях подбора резьбовых соединений необходимо рассмотреть нагрузки, действующие на эксплуатационную колонну во время строительства и эксплуатации скважины:
– При спуске в зоны АВПД наблюдаются высокие сминающие давления совместно со сжимающими и растягивающими нагрузками.
– В наклонно-направленном участке появляются высокие сжимающие нагрузки в комбинации с напряжениями изгиба, при этом эффективность соединения на сжатие – 60 % становится недостаточной, чтобы обеспечить работоспособность соединения. Требуется применение соединений с эффективностью 100 % на сжатие по телу трубы.
– Во время ГРП эксплуатационная колонна испытывает высокие внутренние давления.
– При паронагнетании колонна расширяется, при этом необходимо, чтобы соединение, во-первых, не потеряло газогерметичность, а во-вторых, не теряло работоспособность при 100 %-ном сжатии после снятия тепловой нагрузки.
Важно отметить, что указанные нагрузки воздействуют на соединение комплексно, часть из которых показана на рис. 1, где отмечено расположение значений эквивалентных напряжений относительно предельных значений напряжений для соединения TMK UP Centum.Кроме устойчивости к нагрузкам, обозначенным на рис. 1, для получения качественного распределения цементного камня в заколонном пространстве горизонтальных участков колонну следует вращать во время цементирования. При этом одним из ограничивающих технических параметров по оборудованию является операционный момент резьбового соединения, который обеспечивается рядом конструктивных особенностей.
При строительстве современных скважин с наличием газового фактора требуется применение газогерметичных соединений с эффективностью на сжатие не ниже 80 % и достаточно высоким операционным моментом. Одним из таких соединений является разработанное в компании ПАО «ТМК» соединение TMK UP Centum, эффективность на сжатие которого составляет 100 % и операционный момент позволяет проводить вращение колонны при цементировании.
Основной особенностью соединения является эквивалентность его несущей способности прочностным характеристикам тела трубы по отношению к основным видам эксплуатационных нагрузок.
Конструктивно соединение выполнено по классической схеме – муфтовое соединение с трапециевидной резьбой (рис. 2). Отсутствие необходимости герметичного исполнения резьбы позволяет снять ряд ограничений на форму профиля и улучшить потребительские свойства соединения. При проектировании профиля резьбы соединения TMK UP Centum были применены следующие конструктивные решения:
– увеличенный шаг резьбы (по сравнению с профилем соединения BTC);
– параллельные оси резьбы вершины и впадины профиля;
– более крутая конусность резьбы;
– оптимизированная форма закладной грани;
– зазоры по резьбе и канавка для выхода смазки.
Примененный подход позволил получить повышенные эксплуатационные качества, такие как быстрота и стабильность сборки соединения даже в случае сильного перекоса осей трубы и муфты, исключение заклинивания резьбы при заводе трубы в муфту.
При строительстве современных скважин с наличием газового фактора требуется применение газогерметичных соединений с эффективностью на сжатие не ниже 80 % и достаточно высоким операционным моментом. Одним из таких соединений является разработанное в компании ПАО «ТМК» соединение TMK UP Centum, эффективность на сжатие которого составляет 100 % и операционный момент позволяет проводить вращение колонны при цементировании.
Газогерметичность соединения TMK UP Centum обеспечивается отдельным узлом уплотнения. Оптимизация формы профиля позволила обеспечить его «живучесть» при многократных сборках (пятикратная сборка для OD≥245 мм и десятикратная для OD≤245мм) и эксплуатации в самых сложных условиях (уровень CAL IV по API RP 5C5:2017), что исключает риск загрязнения окружающей среды добываемым флюидом.
Помимо применения высокоэффективных резьбовых соединений, позволяющих значительно снизить риски возникновения аварийных ситуаций при строительстве скважин, существуют и другие технические решения по снижению экологической нагрузки на окружающую среду, – путeм сокращения вредных производственных отходов. Для резьбовых соединений семейства TMK UP таким решением стало сухое смазочное покрытие Green Well, исключающее применение консервационных и резьбоуплотнительных смазок.
GREENWELL – твeрдое композиционное покрытие с полимерной матрицей, обладающее эквивалентными с традиционными жидкими смазочными покрытиями антифрикционными, противозадирными и антикоррозионными свойствами. Его применение позволяет сократить количество отходов и повысить чистоту на буровой за счет отсутствия необходимости в снятии консервационной (которая зачастую неконтролируемо разбрызгивается при смыве или отпаривании) и нанесении резьбоуплотнительной смазок (которая, даже при равномерном нанесении, будет выдавливаться при свинчивании).
GREENWELL – твeрдое композиционное покрытие с полимерной матрицей, обладающее эквивалентными с традиционными жидкими смазочными покрытиями антифрикционными, противозадирными и антикоррозионными свойствами. Его применение позволяет сократить количество отходов и повысить чистоту на буровой за счет отсутствия необходимости в снятии консервационной и нанесении резьбоуплотнительной смазок.
Сегодня технология сухого смазочного покрытия особенно востребована в регионах с наиболее уязвимыми экосистемами: в условиях Крайнего Севера и на шельфовых проектах. Сегодня технология сухого смазочного покрытия особенно востребована в регионах с наиболее уязвимыми экосистемами: в условиях Крайнего Севера и на шельфовых проектах
К примеру, все шельфовые проекты, реализуемые на территории РФ, придерживаются технологии «нулевого сброса», подразумевающей запрет на сброс отходов бурения, в частности отработанных смазочных материалов. Таким образом, наличие сухого смазочного покрытия, исключающее применение жидкой смазки, уже стало обязательным условием для поставки обсадных труб на перспективные шельфовые проекты. 
