125179 (Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способами), страница 3

Наличие больших, непрерывно увеличивающихся ресурсов алюминия и производственных мощностей для изготовления легкосплавных труб в условиях постепенного роста доли разрабатываемых месторождений нефти и газа с агрессивными средами, а также большое значение, которое имеет уменьшение веса оборудования, в частности НКТ, делают использование легкосплавных НКТ весьма перспективным.

В последнее время делаются попытки использовать полимерные материалы и стекловолокно для изготовления НКТ. Целесообразность этого обусловливается их стойкостью по отношению к большей части агрессивных сред, особенно при высоких концентрациях в них H₂S и СО₂. Кроме того, НКТ из полимеров, как и легкосплавные, имеют малые массы. Однако конструирование и изготовление таких НКТ связаны с решением задачи обеспечения равнопрочности тела трубы и ее стыка, которая оказалась достаточно сложной и пока не решенной.

Примеры условных обозначений насосно-компрессорных труб приведены ниже:

трубы из стали группы прочности Е с условным диаметром 60 мм, толщиной стенки 5 мм:

— 60х5-Е ГОСТ 633-80 — для гладких труб;

— В-60х5 ГОСТ 633-80 — для труб с высаженными наружу концами;

— НКМ-60х5 ГОСТ 633-80 — для высокогерметичных труб;

— НКБ-60х5 ГОСТ 633-80 — для высокогерметичных безмуфтовых труб.

По массе труб допускается отклонение от +6,5 до -3,5% для исполнения труб А (более точное исполнение) и от +8 до -6% для исполнения труб Б (менее точное исполнение).

Внутренний диаметр НКТ проверяется шаблоном длиной 1250 мм с наружным диаметром на 2..2,9 мм меньше номинального внутреннего диаметра трубы (меньшее отклонение для труб небольшого диаметра). На толщину стенки установлен минусовый допуск в 12,5% от толщины.

Трубы изготовляются из сталей следующих групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р:

Группа прочности стали Предел текучести не менее, МПа

Д ………………………………………………………… 379(373)

К ……………………………………………………….... 491

Е ………………………………………………………… 552

Л ………………………………………………………… 654

М ………………………………………………………... 758

Р ………………………………………………………... 930

Кроме того, НКТ могут изготавливаться из алюминиевого сплава марки Д16Т. Этот сплав имеет предел текучести около 300 МПа, предел выносливости 110 МПа. Относительная плотность сплава 2,72. Трубы, изготовленные из алюминиевого сплава, имеют значительно меньшую массу, чем стальные, а прочность их снижается меньше (в 1,25 раз по отношению к группе прочности стали Д, в 1,67 раз — к К и в 1,83 раза — к Е). Таким образом, колонны труб из алюминиевого сплава можно спускать глубже, или они будут иметь большой запас прочности при глубине спуска, одинаковой с глубиной спуска стальных труб.

Трубы из сплава Д16Т обладают и большей коррозионной стойкостью в сероводородсодержащих средах. Особенно повышаются их коррозионная стойкость и износостойкость при толстослойном анодировании.

Внутреннее покрытие НКТ.

В процессе эксплуатации скважин на внутренней поверхности НКТ откладываются парафин, смолы, соли, продукты коррозии. Парафин постепенно почти полностью закупоривает НКТ, что исключает возможность эксплуатации скважины. Для уменьшения интенсивности отложения парафина, солей, смол и защиты труб от коррозии применяются различные покрытия НКТ. Наиболее часто для этого используются стекло, эмали, эпоксидные смолы и лаки. Покрытия наносятся или сразу после изготовления труб до их поставки потребителям на заводах-изготовителях, или самими потребителями, т. е. на нефтегазодобывающих предприятиях.

В последнее время широко применяются НКТ, внутренняя поверхность которых покрыта стеклом, эпоксидными смолами. Менее распространено, но применяется эмалирование труб. Такие покрытия применяются для защиты от отложения парафина на трубах и защиты от коррозии внутренней поверхности труб. Кроме того, они снижают на 20—30 % гидравлические сопротивления потоку.

Покрытие стеклом обладает высокой теплостойкостью и достаточно прочно при небольших деформациях труб. На поверхности стекла не откладывается парафин. Однако покрытие стеклом имеет ряд недостатков. Один из них – образование микротрещин в стекле при покрытии им трубы. В результате образуются очаги коррозии металла и местного отложения парафина у трещин. В настоящее время отрабатывается технология покрытия, уменьшающая трещинообразование. Второй недостаток – разрушение стекла при деформации труб. Причиной этого служат различные модули упругости металла (0,21–106 МПа) и стекла (0.057–106 МПа). Вследствие этого при растяжении металла труб тонкому слою стекла передаются большие усилия, нарушающие его целостность. Это сказывается при больших глубинах подвески труб и при транспортировке их, когда трубы не предохранены от изгиба.

Покрытие труб эпоксидными смолами также хорошо защищает их от отложений парафина. Эпоксидные смолы эластичнее стекла, и при деформации труб смола не трескается. Но она имеет свои недостатки. Температура, при которой можно применять смолы, невысокая – не более 60 °С. Покрытие труб стеклом и эпоксидной смолой рассматривается как эффективное средство борьбы с отложением парафина. То или иное покрытие необходимо выбирать в зависимости от условий эксплуатации.

В последние годы расширяется применение эмалированных труб. Они обладают наиболее прочным покрытием (значительно прочнее стекла), высокой температуростойкостью, морозоустойчивостью и гладкой поверхностью, на которой парафин не откладывается. Для защиты НКТ от агрессивных сред трубы покрываются несколькими слоями эмали. Технология наложения эмали значительно сложнее технологии покрытия стеклом и эпоксидной смолой.

Общий недостаток покрытий то, что место муфтового соединения труб остается незащищенным. В этом месте можно устанавливать эластичные проставки, перекрывающие незащищенное место, или протекторные кольца, потенциал материала которых таков, что кольца корродируют сами, защищая от коррозии близко расположенные участки трубы. Однако такие меры практикуются редко, так как они имеют крупные недостатки.

1. Пакеры

Пакеры при эксплуатации устанавливаются обычно в обсаженной части скважины и спускают их на колонне подъемных труб. В соответствии с назначением для обеспечения надежной работы к пакерам предъявляются следующие основные требования:

• пакер должен выдерживать максимальный перепад давлений, действующий на него в экстремальных условиях, называемый «рабочим давлением»;

• пакер должен иметь наружный диаметр, обеспечивающий оптимальный зазор между ним и стенкой эксплуатационной колонны труб, с которой он должен создать после посадки герметичное соединение.

Классификация пакеров.

По способу установки в скважине различают пакеры: с опорой на забой и без опоры на забой (или так называемые “висячие” пакеры). Пакер с опорой спускают в скважину с хвостовиком. Преимуществом этого типа пакеров является простота и надёжность конструкций, недостатком - необходимость в дополнительных трубах для хвостовой опоры. Преимущество пакеров без опоры на забой – возможность их установки в любом месте эксплуатационной колонны (без хвостовика).

По способам образования сил, деформирующих уплотнительный элемент, пакеры подразделяются на механические и гидравлические. К первым относят все пакеры, уплотнительная часть которых деформируется от воздействия на него веса колонны труб. Они просты по конструкции и высоконадёжны в работе. К недостатку следует отнести обязательное нагружение их трубами, что не всегда возможно, например, на небольших глубинах их установки.

Рисунок 7. Пакеры: а), б) – гидравлические; в), г) – механические.

К гидравлическим (рис. 12, а) и б)) относят все пакеры, резиновые элементы которых деформируются и герметизируют колонну за счёт перепада давлений сверху и снизу пакера. Преимущество таких пакеров – способность воспринимать перепады давления 50 МПа (500 кгс/см³) и более; недостаток – сравнительная сложность конструкции.

Основным узлом всех типов пакеров является уплотнительный элемент из специальной резины, который при воздействии внешней силы расширяется и, упираясь в стенки труб, разъединяет верхнюю часть колонны этих труб от нижней, находящейся под пакером.

Уплотнители для эксплуатационных нужд подразделяются по своему назначению.

1. Уплотнители, применяемые при отборе нефти и газа из пласта в случае:

а) оборудования, требующего создания в скважине двух изолированных каналов (например, НКТ и уплотнение снизу пространств между НКТ и обсадными трубами при раздельной эксплуатации нескольких пластов);

б) беструбной эксплуатации (подъеме жидкости по обсадной колонне, в нижней части которой установлено уплотнение);

в) предохранения от выброса при газопроявлениях (пакер с клапаном-отсекателем).

2. Уплотнители, применяемые при исследовании или испытании в случае:

а) раздельного исследования пластов, вскрытых одной скважиной;

б) проверки герметичности обсадной колонны или герметичности изоляции пластов цементным кольцом.

3. Уплотнители, применяемые при воздействии на пласт или его призабойную зону при:

а) гидроразрыве пласта;

б) поддержании пластового давления;

в) подаче в пласт теплоносителей.

Итак, по восприятию перепада давления пакеры подразделяются так:

1. ПВ - усилие направлено от перепада давления вверх;

2. ПН - усилие направлено от перепада давления вниз;

3. ПД — двустороннего действия (усилие от перепада давления направлено как вверх, так и вниз).

По способности фиксироваться на месте установки пакеры подразделяют:

1. Я - фиксирующиеся якорем;

2. Без обозначения - самостоятельно фиксирующиеся.

По способу посадки пакеры подразделяют:

1. Г - гидравлические;

2. М - механические;

3. ГМ - гидромеханические;

4. Без обозначения - не требующие посадки.

По способу съема пакеры подразделяют:

1. В - вращением;

2. Р- разбуриванием;

3. И - специальным инструментом;

4. Без обозначения - натягом.

По исполнению:

1. Без обозначения - нормальное;

2. Коррозионностойкие:

• К1 — углекислотостойкое (СО; не более 10% об.);

• К2 - сероводородостойкое (Н^З и СО2 не более 10% об. каждого I компонента);

• КЗ - сероводородостойкое (Нг5 и СО: свыше 10%, но не более I 25% об. каждого компонента);

• Т - термостойкое (для рабочих сред с температурой более 150°С).

Условное обозначение пакера должно включать: тип, число проходных отверстий (для многопроходных пакеров), вид по способности фиксироваться, способы посадки и съема, наружный диаметр, максимальный перепад давления и исполнение.

Пакер ПВ-Я-118-14 расшифровывается как, пакер с усилием, направленным вверх, однопроходный, фиксируемый отдельным устройством, не требующий посадки, освобождающийся натягом, наружным диаметром 118 мм, воспринимающий перепад давления 14 МПа, нормального исполнения.

Рисунок 13. Конструкция пакера ПН-ЯМ:

а - пакеры с наружными диаметрами от 150 до 165мм;

1 - головка пакера; 2 - упор манжет; 3 - манжеты; 4 - конус; 5 - плашка; 6 - плашкодержатель; 7 - цилиндр; 8 - захват; 9 - корпус фонаря; 10 - башмак фонаря; 11 - замок, ограничивающий взаимное передвиже­ние ствола пакера и лишних деталей: 12 - гайка; 13 - палец замка: 14 - ствол пакера.

Пакеры способны воспринимать усилие от перепада давления, направленного как вверх, так и вниз, могут оставаться в скважине и выполнять свои функции и без колонны подъемных труб, которую извлекают после посадки пакера. В этом случае для отсоединения колонны труб от пакера и повторного соединения ее с пакером применяются разъединители колонн типов РК, ЗРК, 4РК, устанавливаемые над пакером. В оставляемую с пакером часть разъединителя перед разъединением при помощи канатной техники устанавливается пробка, перекрывающая пласт, а извлекаемая часть разъединителя поднимается вместе с колонной подъемных труб. Пример обозначения разъединителя колонн: РК 89/145-80-350. РК - разъединитель колонн; 89 - условный диаметр, мм; 145 - диаметр пакера, мм; 80 - - диаметр проходного отверстия, мм; 350 - рабочее давление, кг/см².

1. Клапаны.

• Клапаны – отсекатели.

Клапаны – отсекатели предназначены для автоматического перекрытия колонны НКТ и отсечки потока продукции скважины при нарушении установленного режима ее эксплуатации в результате частичного повреждения или полного разрушения устьевого оборудования, нарушения герметичности эксплуатационной колонны скважины, затрубное пространство которой загерметезировано пакером. При обустройстве скважин пакер и клапан – отсекатель обычно устанавливают непосредственно над продуктивным горизонтом.

Забойные клапаны – отсекатели должны отвечать следующим требованиям:

• надежно автоматически перекрывать колонну НКТ при всех возможных нарушениях режима эксплуатации скважины;

• обладать способностью надежно устанавливаться на необходимой глубине и извлекаться без спуска и подъема НКТ;

• обеспечивать возможность проведения различных технологических операций ниже глубины установки клапана – отсекателя, возможность проведения ремонтов устьевого и глубинного оборудования без глушения скважины.