Разработка технико-технологических решений по предупреждению осложнений, связанных с ограничением подвижности колонны гибких насосно-компрессорных труб в скважине тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат наук Мацко Антон Владимирович

• Мацко Антон Владимирович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Мацко Антон Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСЛОЖНЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГНКТ

1.1. Основные ограничения применимости колтюбинговых технологий

1.2. Обзор осложнений, связанных с техническими отказами оборудования

1.2.1. Отказы элементов поверхностного оборудования КУ

1.2.2. Отказы внутрискважинного инструмента

1.3. Технологические осложнения, связанные с использованием ГНКТ и основные ограничения

1.3.1. Прихваты ГНКТ, механизмы образования

1.3.2. Распределение отказов по технологическим операциям

1.4. Роль сил трения в возникновении осложнений в герметизаторе

Выводы по главе 1. Определение цели и постановка задачи работы

ГЛАВА 2. УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ГНКТ В СКВАЖИНЕ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ АДДИТИВНОГО ПОДХОДА

2.1. Определение сил трения при движении ГНКТ через устьевой герметизатор в колтюбинговой установке

2.2. Анализ критических осевых усилий, способствующих продольной потере устойчивости ГНКТ

2.2.1. Анализ критических осевых усилий в вертикальном стволе

2.2.2. Анализ критических осевых усилий в наклонном стволе

2.2.3. Изгиб ГНКТ на устье между инжектором и герметизатором

2.3. Образование газогидратных массивов на устье, как источник дополнительных

сил сопротивления

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ГЕРМЕТИЗАТОРА И ОПТИМИЗАЦИЯ ЕГО КОНСТРУКЦИИ

3.1. Условия работы и виды разрушения уплотнительных элементов герметизатора устья скважины, недостатки существующих рецептур материала на основе полиуретана для УЭ

3.2. Разработка материала уплотнительного элемента с низкими фрикционными свойствами

3.2.1. Выбор материала для исследований

3.2.2. Выбор наполнителей для разработки рецептур с низкими фрикционными свойствами

3.3. Методики исследований и лабораторное оборудование

3.3.1 Лабораторное оборудование и методика исследования

3.3.2. Планирование эксперимента и обработка результатов исследований

3.4. Результаты исследований влияния компонентов твердой смазки на истираемость и коэффициент трения полиуретанов

3.5. Разработка новых конструкций герметизатора и уплотнительного элемента

3.5.1. Разработка новой формы уплотнительного элемента

3.5.2. Разработка новой конструкции герметизатора

3.6. Результаты опытно-промышленных испытаний (ОПИ) разработанного

уплотнительного элемента в условиях скважин ЯНГКМ

Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Паспорт качества опытного образца уплотнительного

элемента герметизатора устья скважины

Приложение Б. Документы о внедрении результатов диссертационного исследования

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технико-технологических решений по предупреждению осложнений, связанных с ограничением подвижности колонны гибких насосно-компрессорных труб в скважине»

Актуальность темы

В мировой практике использования колтюбинговых технологий уже долгое время прослеживается постоянная тенденция увеличения численности колтюбинговых установок. Рост объема работ с применением гибких насосно-компрессорных труб связан в первую очередь с их неоспоримыми преимуществами: экологичность, экономичность, безопасность, возможность производства работ без глушения скважины. Так же, постоянный рост колтюбинговых установок в мире вызван увеличением объема внутрискважинных работ, подразумевающих использование ГНКТ.

Кроме положительных аспектов колтюбинговые технологии обладают целым рядом ограничений и высоким риском аварийности. Аварийность, в большей степени, связана с прихватами ГНКТ в скважинах, конструкции которых постоянно усложняются. В результате усложнения конструкций, все чаще на стадии проектирования работ с ГНКТ досягаемость целевых глубин является единственным ограничивающим фактором. В некоторых скважинах проведение технологических операций с ГНКТ становится невозможным. С учетом того, что объемы работ с применением колтюбинга увеличиваются, а основными объектами становятся глубокозалегающие пласты и шельфовые проекты, в которых используют преимущественно высокотехнологичное оборудование, актуальна задача разработки методов и средств, направленных на уменьшение коэффициента трения и снижение напряженного режима работы ГНКТ.

При проектировании технологических операций с ГНКТ производится моделирование рабочих условий в специализированном сертифицированном ПО, таком как: Cerberus, Medco TAS. Программное обеспечение позволяет спрогнозировать дохождение ГНКТ до фрикционного запирания, тяговые усилия на инжекторе при подъеме, передачу осевой нагрузки на забой, гидравлические потери давления и т.д. Фрикционное запирание характеризует геликоидальную

потерю устойчивости и усиление боковых сил, что приводит к остановке продвижения ГНКТ, после чего усилие инжектора приходится на увеличение деформации трубы вследствие геликоидальной потери устойчивости. Используемая в программных комплексах аналитическая модель несовершенна, что подтверждается значимым расхождением при верификации с фактическими данными, полученными с месторождений. В среднем расхождение составляет 19,5 кН и наблюдается в вертикальном стволе скважины. В промысловых условиях практически всегда наблюдается сопротивление при спуске ГНКТ в скважину и датчик веса показывает отрицательные значения в начале спуска в вертикальном участке при отсутствии избыточного давления на устье. Данный факт подтверждает наличие не учитываемых дополнительных сил сопротивления, в том числе в устьевом герметизаторе.

Спуско-подъемы ГНКТ внутри существующих уплотнительных элементов (УЭ) за счет значительных сил трения приводят к их износу и образованию достаточно большого радиального зазора (до 5-10 мм) между ГНКТ и УЭ. Поэтому, в процессе выполнения технологических операций при депрессии, возникает неконтролируемая утечка газа разной интенсивности, то есть происходит разгерметизация скважины даже при близком к предельному поджатии УЭ поршнем. Выходящий из скважины флюид загрязняет окружающую среду и создает опасность воспламенения. Кроме того, утечка газа зачастую приводит к намыву под УЭ обломков газогидратов и грязи из скважины, и при наличии определенных термобарических условий (с учетом снижения температуры газа при его дросселировании через кольцевой зазор - эффект Джоуля-Томсона), возникновению новых газогидратов. Эти газогидраты уплотняются и образуют под герметизатором пробку, приводящую к прихвату ГНКТ.

Повышенное трение при линейном движении ГНКТ через герметизатор (особенно при его износе и сильном поджатии) приводит как к зависанию труб и снижению осевой нагрузки на породоразрушающий и фрезерующий инструмент в процессе внутрискважинных работ, так и к опасности неконтролируемых

затяжек (посадок), нарушения целостности УЭ при подъеме (спуске) труб, что также существенно осложняет производственный процесс.

Доведение нагрузки на забой является весьма актуальной проблемой в колтюбинговых технологиях, минимизация и количественная оценка сил сопротивления становится важной задачей на пути решения этой проблемы. Следовательно, необходима разработка технологических приемов предупреждения описанных осложнений.

Соответственно, на первом этапе возникает необходимость разработки рецептуры износостойкого материала с низким коэффициентом трения для УЭ в заданных условиях эксплуатации конструкции самого герметизатора и его УЭ, обеспечивающих уменьшение сил трения с ГНКТ, повышенную долговечность и герметичность кольцевого пространства за ГНКТ.

Представленные диссертационные исследования посвящены решению актуальных задач предупреждения осложнений при ремонте скважин с использованием колтюбинга за счет разработки технологических и технических решений по предупреждению осложнений и за счет снижения вероятности образования затяжек и прихватов ГНКТ в герметизирующем устройстве устья скважины. Актуальность темы диссертационной работы представляет существенную ценность для газовой промышленности.

Степень разработанности

К началу работы над диссертацией известны наиболее значимые научные положения, в которых детально разъясняются физические основы и дается оценка силам сопротивления в скважине, но в них отсутствует информация о методиках расчета дополнительных сил сопротивления, в том числе возникающих в устьевом герметизаторе.

Цель работы - учет и минимизация дополнительных сил сопротивления в системе «скважина-колтюбинговая установка» при выполнении внутрискважинных работ с использованием колтюбинга.

Поставленная цель работы достигается решением следующих основных задач:

1. Провести анализ и обобщение осложнений, возникающих при выполнении технологических операций с применением ГНКТ на основе отечественного и зарубежного опыта, с дальнейшим выделением комплекса основных технологических проблем, связанных с возникновением дополнительных сил сопротивления в устьевом герметизаторе.

2. Раскрыть сущность методики оценки сил сопротивления ГНКТ в скважине с ее дальнейшим совершенствованием путем учета дополнительных сил сопротивления в устьевом герметизаторе. Количественную оценку сил трения ГНКТ в герметизаторе произвести с помощью опытно-промышленных испытаний.

3. Провести анализ критических осевых усилий, способствующих продольной потере устойчивости ГНКТ в герметизаторе, и определить условия возникновения непредсказуемых отказов ГНКТ в герметизаторе.

4. Провести исследование физико-механических свойств и подбор добавок в рецептуры износостойкого материала (полиуретана) с низкими фрикционными характеристиками для УЭ, а также разработать новые конструкции герметизатора и УЭ, обеспечивающих долговременную герметичность устья скважины при спущенных в неё ГНКТ.

Методы исследования

На основе промысловых наблюдений, сведений, приведенных в технической литературе, собственных теоретических и экспериментальных исследований, проведен анализ причин и последствий высоких сил трения в устьевом герметизаторе колтюбинга с позиций предупреждения осложнений. При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные методы и приборы, а также известные и специально разработанные методики.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Получены аналитические зависимости давления в гидроцилиндрах герметизатора и силы трения между ГНКТ и УЭ, позволяющие производить

расчет сил сопротивления ГНКТ в герметизаторе для оценки дополнительных сил сопротивления.

2. Установлено, что рецептура материала на основе полиуретана СКУ-ПТ-74 с добавлением порошка фторопласта в концентрации 5 % имеет повышенную износостойкость и низкие фрикционные свойства при эксплуатации устьевых герметизаторов колтюбинговых установок, это существенно снижает дополнительные силы сопротивления в скважине.

Положения, выносимые на защиту

1. Новый подход к предупреждению прихватов ГНКТ по причине образования газогидратных пробок под устьевым герметизатором ГНКТ при вызове притока, в том числе в условиях незначительной утечки газа через герметизатор.

2. Совершенствование методики оценки сил сопротивления ГНКТ в скважине за счет учета дополнительных сил сопротивления.

3. Рецептура износостойкого материала с низкими фрикционными свойствами на основе полиуретана для изготовления УЭ и оптимизированные конструкции устьевого герметизатора с уплотнительным элементом для обеспечения долговременной герметичности устья.

Теоретическая и практическая значимость диссертации заключается в том, что:

1. Разработана новая методика определения величины сил сопротивления в герметизаторе, которая используется при моделировании технологических операций с ГНКТ в ООО «Газпром подземремонт Уренгой». Ее применение позволило производить более надежное прогнозирование нагрузок на ГНКТ в программном обеспечении MEDCO TAS.

2. Разработаны образцы УЭ, имеющие низкие фрикционные свойства, что подтверждается промысловыми испытаниями и увеличенной в 2,5 раза долговечностью. Опытные образцы устьевого герметизатора и его уплотнительного элемента выполнены из нового износостойкого материала с низкими коэффициентами трения и истираемости.

3. Разработан комплекс профилактических мероприятий по предупреждению прихватов в герметизаторе. Данный комплекс внедрен в производственную деятельность и включен в регламент ООО «Газпром подземремонт Уренгой», что позволило снизить риски прихватов ГНКТ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

В соответствии с формулой специальности 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин (технические науки) диссертационная работа является прикладным исследованием в области совершенствования техники и технологии проведения работ с использованием колтюбинга, которое способствует предупреждению осложнений при ремонте скважин. В соответствии с паспортом специальности (п. 5 области исследований) в диссертации рассмотрено моделирование процессов при «ремонтно-восстановительных работах, предупреждении и ликвидации осложнений».

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы обеспечивалась применением широко апробированных и оригинальных методик, а также проведением экспериментальных исследований на лабораторном экспериментальном оборудовании. Перед построением графических зависимостей все экспериментальные данные обрабатывались с использованием подходов математической статистики.

Результаты исследований по диссертационной работе докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных конференциях: 3-й международной научно-практической конференции "Современные научные исследования: инновации и опыт" - г. Екатеринбург, 2014 г.; 2-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета "Университетская наука - региону" - г. Ставрополь, 2014 г.; 4-й Всероссийской научно-технической конференции "Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа - г. Ставрополь (СКФУ), 2014 г.; 3-й ежегодной научно-практической конференции "Университетская наука - региону" - г. Ставрополь (СКФУ), 2015 г.; 6-й научно-практической

конференции молодых специалистов ООО «Газпром подземремонт Уренгой» г. Новый Уренгой, 2016 г.; всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли» - г. Ставрополь (СКФУ), 2017 г.; 7-й научно-практической конференции молодых специалистов ООО «Газпром подземремонт Уренгой» - г. Санкт-Петербург, 2017 г.; 8-й научно-практической конференции молодых специалистов ООО «Газпром подземремонт Уренгой» - г. Москва, 2019 г.; 3-й арктической совместной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» и ООО «Газпром добыча Ямбург», посвященной 50-ти летию со дня открытия Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения и 35-летию со дня образования ООО «Газпром добыча Ямбург» - г. Новый Уренгой, 2019 г.; 9-й научно-практической конференции молодых специалистов ООО «Газпром подземремонт Уренгой» - г. Санкт-Петербург, 2021 г.; 9-й молодежной международной научно-практической конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» - г. Москва, 2021 г.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 6 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, Министерства образования и науки РФ, а также в 1 издании, входящем в международную базу данных и систему цитирования Scopus. Получено 2 патента РФ на изобретения [100, 102].

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 102 наименования, содержит 148 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 9 таблиц и 2 приложения.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСЛОЖНЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ГНКТ

1.1. Основные ограничения применимости колтюбинговых технологий

Согласно данным ассоциации специалистов по колтюбинговым технологиям и внутрискважинным работам (1СоТА) [1], общее число эксплуатируемых колтюбинговых установок в мире демонстрирует неуклонный рост, практически повсеместно. На Рисунке 1.1 показана статистика по колтюбинговым установкам в мире, где наглядно видно, что США являются лидерами этой отрасли. Согласно этой статистике, число работающих колтюбинговых установок в России и странах СНГ в течение последних 10 лет выросло примерно в 4 раза, что свидетельствует о быстрорастущем спросе на колтюбинговые технологии в отечественных нефтегазодобывающих компаниях.

200 208 256 245 254 270

2013 2014 2015 2016 2017 2018

Рисунок 1.1 - Статистика колтюбинговых установок в мире

за период 1999-2019 г.

Постоянный рост колтюбинговых установок в мире вызван увеличением технологических процессов, подразумевающих использование гибких непрерывных насосно-компрессорных труб (ГНКТ). В большей степени к этим работам относится освоение скважин после проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП).

При значимом количестве положительных аспектов колтюбинговые технологии имеют существенные ограничения и высокую аварийную опасность.

С увеличением диаметра и толщины стенки ГНКТ максимальная вместимость барабана ограничивается в связи с существующими правилами и нормами транспортировки габаритных грузов (габаритные размеры и вес загруженного барабана, а также допустимая нагрузка на шасси мобильной установки или на кран морской буровой установки являются ограничительными параметрами). В международной практике существуют сложности согласования и выполнения колтюбинговых работ с полупогружных платформ. Такие трудности относятся преимущественно к труднодоступным участкам и пространству вокруг подъемных систем и, что более важно, к относительному движению (в основном качка), которое существует между «фиксированным» устьем скважины/герметизатором и подвижной установкой. [2]

Среди ограничений применения колтюбинга можно отметить нестабильность нагрузки на долото, при бурении и фрезеровании. [3] При работе в скважине на механические условия работы колонны ГНКТ оказывает влияние множество факторов, включающее вес колонны, выталкивающую силу бурового раствора, силу трения о стенки скважины, плотность бурового раствора, режим течения бурового раствора и т.д. Колонна ГНКТ по длине от забоя до устья может находиться в устойчивом прямолинейном состоянии, а также в состояниях спирального и синусоидального изгибов.

Поскольку вращать колонну ГНКТ в скважине не представляется возможным, спуск осуществляется в режиме спайдирования. Это означает, что коэффициент трения между ГНКТ и стенками скважины достаточно высокий. ГНКТ может потерять устойчивость, начать изгибаться и может даже зависнуть

(запереться) в скважине в то время, когда она подвергается сжимающим нагрузкам.

В качестве практического примера осложнений с ГНКТ можно рассмотреть опыт на Ванкорском месторождении, где борьба с осложнениями при достижении конечной глубины - наиболее серьезная проблема. Это объясняется множеством различных причин, начиная с искривления ствола скважины, асфальтено-смолисто-парафиновыми отложениями, особенностями устройства внутрискважинного оборудования, обломками породы после бурения или шлама, оставшегося после КРС, и заканчивая неисправностью оборудования или ошибкой оператора колтюбинга.

Но прежде всего ограничения в достижении необходимой глубины обусловлены силами, возникающими при фрикционном контакте ГНКТ со стволом скважины. Как было уже описано во многих работах, когда сила осевого сжатия, действующая на ГНКТ, превышает некоторое критическое значение, происходит искривление трубы и она принимает синусоидальную форму. При дальнейшем увеличении силы осевого сжатия ГНКТ деформируется в спираль. Будучи ограниченной стволом скважины, смятая в спираль ГТ будет прижиматься к стенке ствола скважины, что приведет к возникновению дополнительных контактных сил. Сила, необходимая для спуска ГНКТ в скважину, значительно увеличивается после того, как произошло спиралевидное искривление. Сила трения увеличивается при контакте ГНКТ со стенками ствола скважины или обсадной колонны и превосходит внешнее толкающее усилие, блокируя тем самым размещение инструмента в искривленных секциях ствола. Такая ситуация называется запиранием.

Фонтанирующая скважина может способствовать достижению конечной глубины, подвергая ее вибрации, однако чрезмерное влияние потока может изменить внешнее толкающее усилие, препятствуя тем самым спуску ГНКТ. Авторы подтверждают, что поток в ГНКТ не влияет на достижение необходимой глубины, в то время как поток в затрубном пространстве между ГНКТ и стволом скважины оказывает подобное влияние.

Для преодоления сил трения и профилактики запирания рекомендуется использование внутрискважинного вибрационного инструмента, который встроен к КНК и помогает замедлить наступление спиралевидного запирания. Однако у этого инструмента есть ограничения в применимости.

ГТ разматывается с барабана и, огибая вертлюг, проходит сквозь инжектор в скважину. При этом она подвергается пластической деформации, что приводит к возникновению остаточного изгиба. Большая глубина спуска может быть достигнута при уменьшении начальной силы трения, возникающей из-за соприкосновения ГТ со стенками ствола скважины. [4]

В последние несколько десятилетий довольно интенсивно проводились работы, посвященные устойчивости бурильной колонны в скважине [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. Исследован механизм, вызывающий зависание КТ в наклонно-направленных скважинах [15]. Изучено поведение КТ при потере устойчивости под воздействием сил трения [16]. Поведению колонны труб в скважине при потере устойчивости, взаимодействию между бурильной колонной и стенками скважины посвящены работы [17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26].

Предложена модель для расчета изгибающих нагрузок, действующих на бурильную колонну, основанная на применении принципа «виртуальной работы» [27, 28]. В 1980-е гг. в КНР проводилось исследование поведения колонны труб в скважине при потере устойчивости. Проанализировано влияние искривления скважины, трубных соединений, гравитации и сил трения на изгиб колонны труб. Исследовано поведение колонны труб при потере устойчивости в горизонтальных скважинах. Анализ поведения колонны труб при потере устойчивости в горизонтальных, наклонно-направленных и вертикальных скважинах подробно освещен в следующих работах [29, 30]. Наиболее востребованное технологическое направление использования ГНКТ - очистка скважин от механических частиц, в особенности песка и проппанта. Работы по очистке скважин имеют следующие ограничения:

- Создание необходимого расхода промывочной жидкости через ГНКТ (3,57,0 л/сек) для нормального подъема частиц с забоя скважины сопровождается

ростом давления на устье (в линии нагнетания высокого давления и насосном агрегате). Большой рост давления происходит вследствие гидравлических потерь на трение при движении жидкости по ГНКТ. Расчетные потери на трение для ГНКТ диаметром 38,1 мм, длиной 4000м, расходом промывочной жидкости 3,5 л/сек с удельным весом 1,0 г/см3 составляют 26 МПа. При аналогичных входных данных на ГНКТ диаметром 44,45 мм потери на трение составят 11 МПа. С целью снижения потерь на трение в промывочную жидкость вводят понизители гидравлического трения. Средняя концентрация понизителей трения составляет 0,1-0,2 % на 1,0 м3 промывочной жидкости. Использование подобной химии снижает потери на трение до 30-40%, что влечет за собой снижение давления закачки жидкости при постоянном расходе. [31]. Допустимый диапазон диаметров приводит к ограничению производительности закачки в скважину 160-400 л/мин с применением смазывающих добавок (для ограничения усталостного износа рекомендуется, чтобы максимальное рабочее давление закачки в скважину не превышало 350 кг/см2;)

- возможность достижения гидромониторного эффекта для размыва пробки;

- условия работы с ГНКТ характеризуются высоким значением радиального зазора между гибкой трубой и НКТ, что существенно затрудняет достижение скорости восходящего потока для обеспечения удовлетворительной очистки забоя и выноса шлама на дневную поверхность. Недостаток прямой промывки -сравнительно малые скорости восходящего потока жидкости с песком и низкая выносная способность по песку. С увеличением производительности при закачивании промывочной жидкости резко повышаются потери давления в ГНКТ, а давление на КНК может уменьшиться до гидростатического, что приведет к снижению эффективности размыва пробки.

Таким образом, колтюбинговые технологии имеют ограниченную применимость.

Наиболее существенными ограничениями можно считать низкую жесткость и склонность к потере устойчивости, что приводит к возникновению дополнительных боковых сил по стволу и ограничивает дохождение до плановых

глубин. Также существенным ограничением являются высокие гидравлические потери и низкие скорости в затрубном пространстве. Но даже в допустимом диапазоне применимости существует высокий риск аварийности и возникновения осложнений.

Все эти ограничения, а также постоянно усложняющиеся конструкции скважин создают существенные риски.

В настоящее время отсутствует общепринятая классификация осложнений и аварий с колтюбинговыми установками. В результате анализа производственного опыта, на базе регламентов различных сервисных компаний, а также иностранного опыта эксплуатации ГНКТ были выделены основные осложнения и сформирована обобщающая классификация:

1. Осложнения, связанные с техническими отказами оборудования:

1.1. Отказы элементов поверхностного оборудования колтюбинговых установок;

1.2. Отказы ГНКТ;

2. Технологические осложнения, связанные с использованием ГНКТ в скважине

2.1 Прихваты ГНКТ;

2.2 Осложнения и ограничения, связанные с силами сопротивления в стволе скважины.

Понимание причин и механизмов возникновения осложнений во многом может уменьшить аварийность при выполнении работ с колтюбингом, об этом пойдет речь в следующих параграфах.

1.2. Обзор осложнений, связанных с техническими отказами оборудования

Колтюбинговые технологии — это комплекс гидравлически связанного между собой оборудования. Сложность конструктивного устройства установки порождает высокие риски, связанные с отказами основных узлов поверхностного и внутрискважинного оборудования. К поверхностному оборудованию, отказ которого связан с высоким фактором риска, относится: рабочий механизм инжектора, направляющая дуга, привод барабана ГНКТ, гидравлический блок инжектора, грузоподъемное оборудование, рабочие линии и утечки в противовыбросовом оборудовании. К внутрискважинному инструменту относится ГНКТ с элементами компоновки низа колонны гибких труб.

Типовая схема колтюбинговой установки с описанием основных узлов приведена на Рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Колтюбинговая установка в рабочем положении на скважине

1 - автомобиль-буксировщик; 2 - кабина оператора; 3 - барабан с ГНКТ; 4 -укладчик ГНКТ; 5 - колонна ГНКТ; 6 - направляющая дуга; 7 - инжектор (транспортер); 8 - герметизатор устья; 9 - превентор; 10 - опора инжектора (транспортера); 11 - оборудование устья скважины; 12 - устье скважины; 13 -

насосная установка; 14 - рама агрегата

1.2.1. Отказы элементов поверхностного оборудования КУ

При эксплуатации ГНКТ возможны отказы поверхностного оборудования, что приводит к снижению производительного времени и иногда к потере контроля скважины. Необходимо понимать факторы риска, возникающие при отказах поверхностного оборудования, для своевременного проведения профилактических мероприятий. На основе производственного опыта были выявлены основные факторы риска. Для выявления основных факторов риска использовался производственный опыт Российских сервисных компаний.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мацко Антон Владимирович, 2022 год

- 56 с.

73. Гейтс, Б.К. Химия каталитических процессов / Б.К. Гейтс. - М., 1981.

- 552 с.

74. Горбатенко, В. И. Методы синтеза и физико-химические свойства алкил-, арил- и гетерилизоцианатов / В. И. Горбатенко, Е. 3. Журавлев, Л. И. Самарай.- К., 1987. - 448 с.

75. Греков, А.П. Полиуретановые латексы / А.П. Греков, А. Г. Яковенко // Физико-химия и модификация полимеров. - Киев, 1987. - С. 100-115.

76. Домброу, Б.А. Полиуретаны / Б.А. Домброу; пер. с англ. - М., 1961. -

152 с.

77. Дорожкин, В.П. Образование, структура и свойства сетчатых полиуретанов/ В.П. Дорожкин, П.А. Кирпичников // Успехи химии. - 1989. - Т. ЬУШ. - Вып. 3. - С. 521.

78. Ефимов, В. А. Синтез и свойства К-гидроксиэтилзамещенных амидов и гидразидов дикарбооновых кислот, мочевин и мемикарбазидов / В. А. Ефимов, Ф.В. Багров, Н.И. Кольцов // Доклады АН СССР. - 1977. - Т. 355. - № 6. - С. 768773.

79. Керча, Ю.Ю. Физическая химия полиуретанов / Ю.Ю. Керча. - Киев, 1979. - 280 с.

80. Кимельблат, В. И. Изучение свойств полиуретановых композиций на основе простых и сложных полиэфиров: дис. ... канд. техн. наук: 02.00.06 / Владимир Изралиевич Кимельблат. - Казань: Казанский химико-технологический институт, 1979. - 183 с.

81. Реф, Ж. Композиции для получения полиуретана / Ж. Реф. - М.: Химия, 1980. - 198с.

82. Бьюиста, Дж. М. Композиционные материалы на основе полиуретанов, пер. с англ., под ред. Ф. А. Шутова / Дж. М. Бьюиста. - М.: Химия, 1982. - 240 с.

83. Коршак, В. В. О некоторых закономерностях реакций совместной полимеризации диизоцианатов с гликолями / В. В. Коршак, И. А. Грибова // Доклады АН СССР. - 1952. - № 3. Сер. Химия. - С. 397-400.

84. Лазарева, Н. В. Вредные вещества в промышленности: Справочник: В 3-х т. / Н. В. Лазарева. - Л., 1977. - Т. 1-3. - 592 с.

85. Лазурин, Е.А. Достижения в области получения уретановых латексов / Е.А. Лазурин и др. - М.: ЦНИИ ИТЭИ нефтехим, 1987. - С.66.

86. Лейдлер, К. Кинетика органических реакций / К. Лейдлер - М.: Мир, 1966. - 340 с.

87. Липатов, Ю. С. Структура и свойства полиуретанов / Ю. С. Липатов и др. - К., 1970. - 280 с.

88. Липатова, Т.Э. Каталитическая полимеризация олигомеров и формирование полимерных сеток / Т.Э. Липатов. - К., 1974. - 433 с.

89. Липатова, Т. Э. Кинетика образования сетчатого полиуретана / Т. Э. Липатова, В.К. Иващенко // Высокомолекулярные соединения. - 1969. - № 10. -С. 2217-2223.

90. Любартович, О. А. Реакционное формирование полиуретанов / О. А. Любартович, Ю.Л. Морозов, О.Б. Третьяков. - М., 1990. - 288 с.

91. ГОСТ 426-77 Метод определения сопротивления истиранию при скольжении: межгосударственный стандарт ГОСТ 267-73: Введен 01.01.1978 / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 8 с.

92. ГОСТ 267-73 Резина. Методы определения плотности: межгосударственный стандарт ГОСТ 267-73: Введен 01.01.1975 / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 7 с.

93. Мацко, А.В. Расширение функциональных возможностей лабораторной установки для испытания узлов трения нефтегазового оборудования /А.В. Мацко, Сербин В.М // Актуальные проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техносферной безопасности: Материалы У-й

ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука - региону» (3-21 апреля). - Ставрополь, 2017. - С. 247-251.

94. Локтев, И.И. О моделировании некоторых технологических свойств дисперсионных материалов / И.И. Локтев // Изв. Томского политехнич.ун-та. -2005. - Т. 308. - № 6. - С. 85-89.

95. ГОСТ 32656-2014 Композиты полимерные. Методы испытаний. Испытания на растяжение: межгосударственный стандарт ГОСТ 32656-2014: Введен 28.03.2014 / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - М.: Стандартинформ, 2014. - 34с.

96. Matsko, A. Effect of fillers on the coefficient of friction of a polyurethane sealing element for a coiled tubing sealing device [Electronic resource] / A. Matsko, V. Kopchenkov // Topical Problems of Mechanical Engineering: International Conference of Young Scientists and Students: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering № 489 (Moscow, 20-23 November 2018). - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/489/1/012028/meta (data access 07.12.2019).

97. Мацко, А.В. Ограничение осложнений при работе с колтюбингом за счет снижения трения труб в герметизирующем устройстве на устье скважины / А.В. Мацко, В.Ю. Близнюков, В.Г. Копченков и др. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2017. - №12. - С.4-7.

98. Молчанов, А.Г. Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб / А.Г. Молчанов и др.// Академия горных наук. - М., 1999. - С. 75.

99. Патент RU 81519 МПК Е21В 33/03. Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб / Князев Ю.И., Пешков А.М., Печенев С.Н.; заявитель и патентообладатель ООО Научно-конструкторский центр «Сибнефтегазпроект». -2008139765/22; заявл.08.10.2008; опубл.20.03.2009. - Бюл. №190.

100. Патент RU 165194 C1: МПК Е21В 33/02. Уплотнительный элемент герметизатора / Мацко А.В., Копченков В.Г.; заявитель и патентообладатель

Северо-Кавказский федеральный университет. - № 2016108669/03; заявл.10.03.2016; опубл.10.10.2016. - Бюл. №28.

101. Патент 825855 СССР, М. Кл. Е21В 33/06. Уплотнитель подвижной колонны / Гайворонский Б. П., Пындак В. И., Швецов В. В.; заявитель и патентообладатель Предприятие ПЯ-3681. - № 2740290/22-03; заявл. 23.03.79; опубл. 30.04.81. - Бюл. №16.

102. Патент Яи 164107 С1: МПК Е 21 В 33/02. Герметизатор / Мацко А.В., Копченков В.Г., Шишкин В.В.; заявитель и патентообладатель СевероКавказский федеральный университет. - № 2016106809/03; заявл. 25.02.2016; опубл. 20.08.2016. - Бюл. №23.

Приложение А

Паспорт качества опытного образца уплотнительного элемента герметизатора устья скважины

ООО «Производство Эластопласт» 614034 г. Пермь, ул Фадеева. За

ЭЛАСТОПЛАСТ

Производство V У

ПАСПОРТ КАЧЕСТВА № 35

Наименование изделия: уплотнительный элемент с наполнением -1 шт.

№ п/п Наименование показателя Требования ТУ 22.29 29011-24064306-2017 ЭП СКУ ПТ-74, чертеж ПЛРТ 000 0015 Результаты анализа партии N8 2/18 и измерений

1. Внешний вид изделия Монолитный резиноподобный материал без посторонних включений Соответствуют

2. Геометрические размеры, мм 0100x38 Н103 Соответствуют

3. Условная прочность при растяжении, МПа 19,6 Соответствуют

4. Критическая деформация. % 650 Соответствуют

5. Условный модуль, МПа 5,93 Соответствуют

6. Модуль Юнга 26,44 Соответствуют

7. Твердость по Шору А, условные единицы, 91 Соответствуют

8. Остаточные деформации, % 10-12 Соответствуют

9. Диапазон рабочей температуры, "С -60+100 Соответствуют

10. Стойкость в средах Герметизация в агрессивных средах (углеводородная среда, кислоты, щелочи) Соответствуют

11. Рабочее давление, МПа 70 Соответствуют

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПРИЕМКЕ

Изделия формовые из литьевого полиуретана марки ЭП СКУ ПТ-74 соответствуют требованиям ТУ 22.29.29-011-24064306-2017«Изделия из литьевых полиуретановых эластомеров марки ЭП СКУ» и признаны годными для применения

Технолог ^

> »ими

Цо-зпмтьап<

»NA

'So ■

. Борисова Т.Ю 01.02.2018 г.

Приложение Б

Документы о внедрении результатов диссертационного исследования