Колтюбинговая труба

      Колтюбинг является принятой технологией, которая стала обязательной в нефтяной промышленности. Однако, он часто используется только для практических задач, таких, как обнаружение жидкости или циркулирующего дебриса из ствола скважины.             

Полное представление о возможностях колтюбинга и его ограничениях не всегда учитывается в ходе процесса проектирования и планирования бурения, завершения и эксплуатации скважины. 

• Большое количество операций стимулирования было выполнено через колтюбинговую трубу, без малейшего представления о том, какой бы эффективной была бы симуляция кроме простого помещения кислот вдоль перфорационных отверстий и косвенного попадания в пласт при низкой степени нагнетания. 
• Посредственные стимулирующие работы могут быть выполнены при помощи колтюбинговой трубы, когда как лучший план работ может привести к более эффективной стимуляции и сниженных показателях позонного наружного слоя.

Для проектирования и выполнения любой колтюбинговой операции важно понимать пределы давления и напряжения колтюбинговой трубы, так как возраст колтюбинговой колонны, понимания того, что максимальное доступное рабочее давление может снизиться. 

Большие требуются размеры колтюбинговых труб для новых сервисных требований, продвигая технологию ближе к пределам производительности материала трубы. Факторы, которые воздействуют на безопасный операционный срок службы колтюбинговой колонны, являются циклической усталостью от изгиба, коррозии, пределов давления и натяжения, пределов диаметра и овальности и механического повреждения. 

Колтюбинговая труба в настоящее время используется в скважинах на больших глубинах (>20,000 футов) и давления устья скважины (> 10,000 psi) продвигая пределы материала еще дальше.

В дополнение к возможностям и ограничениям колтюбинговой трубы, должны пониматься характеристики пласта. В идеале, свойства пласта, такие как пористость, проницаемость, литология, минералогия и характеристика чувствительности. С соответствующим проектом работ и изоляцией зоны, может быть определена эффективная мощность пласта, которая может быть эффективно обработана определенной колтюбинговой установкой.

Усталость колтюбинговой трубы.

Колтюбинговая труба всегда пластически деформируется при использовании на скважинных операциях. Так как подающий инструмент и рабочий барабан должны быть соответствующего размера для соответствия потребностям транспортировки и колтюбинговой установки, труба должна быть изогнута свыше ее радиуса текучести (пластической деформации) изгиба, и пластическая деформация становится неизбежной. 

В каждой спускоподъемной операции (1 цикл) колтюбинговая труба изгибается 6 раз. Повторяемая намотка и размотка приводит к напряжениям при растяжении и сжатии, свыше предела текучести в колтюбинговом материале. 

Пластическая деформация приводит к накопляемым и регрессирующим изменениям в материале, известным как усталость и в конечном итоге происходит отказ из-за усталости. Даже если усталость очень реальна, не существует способа ее измерить недеструктивным методом. Для обеспечения безопасности операций, таким образом, очень важно понимать природу усталости, модель срока службы колтюбинговой трубы и установленных пределов для использования колтюбинговой трубы в ходе ее старения. 

Существуют различные методы, что бы определить, когда колтюбинговая труба должна быть изъята из эксплуатации или переведена для использования в более низкой сортовой категории для сервисного обслуживания. 

Пределы давления и натяжения колтюбинговой трубы.

Со старением колтюбинговой трубы, ее рабочие пределы по давлению и растяжению снижаются. Диаметр колтюбинговой трубы имеет тенденцию расти по мере эксплуатации. Изменения в диаметре и толщине стенок должны приниматься в расчет при подсчете пределов давления и натяжения предела кривой добычи, чье относительное осевое усилие с перепадом давления. Как объяснено Ньюманом, если утончение стенок происходит равномерно, новая толщина колтюбинговых стенок может быть рассчитана как функция увеличенного внешнего диаметра.

Случайные ситуации давления смятия труб в ходе работ могут быть учтены в ходе проектирования работ. Сценарий, что бы это произошло, работает в газовых скважинах с жидкостью и в колтюбинговой трубе и в колтюбинговом затрубном пространстве. В случае отключения из-за насосного оборудования или проблем оборудования обратного тока, выброс газа или пузырек оказавшийся в затрубном пространстве может привести к нежелательному давлению смятия труб.

Коррозия в колтюбинговой трубе является серьезной проблемой, особенно если колонна использовалась в кислотных или в других работах с участием вызывающих коррозию жидкостей. Коррозия также может произойти при хранении установки, из-за подверженности воздуху (кислороду), влаге (влажность и дождь), или остаточным жидкостям, которые не были удалены после следующих работ (морская вода, буровой раствор, кислоты и т.д.) Тяговое испытание, с усилием требуем для текучести трубы, может быть выполнено для проверки действительной толщины стенок образца колтюбинговой колонны.

Потеря давления трения в колтюбинговой трубе.

Потеря давления трения в колтюбинговой трубе может быть значительной для многих операций на месторождении. 

• Диаметр колтюбинговой трубы является небольшим в отношении скважинных труб. 
• Длина колтюбинговой трубы включает часть колтюбинговой колонны в скважине часть остающуюся на барабане. В итоге, интенсивность закачки через колтюбинговую трубу во многих приложениях приводят к турбулентному потоку. 

Прямая труба.

При высоком числе Рейнолдса, коэффициент трения может быть подсчитан эмпирической корреляцией, в отношении уравнения КолебрукауУайта для определения коэффициента трения(fcode) с двух сторон уравнения, требуется итеративный подсчет для определения (fcode). Как только определен фактор трения, уравнение потери давления трения может быть использовано для расчета потерь давления в прямых трубах.

 

Намотанная труба.

Часть колтюбинговой трубы остающаяся на барабане в ходе операций закачки должна рассматривается в расчетах перепада давления. Поток идущий в намотанной трубе испытывает центробежную силу, которая создает завихрения потока, известные как завихрение Дина. Вторичные завихрения потока оказывают большее сопротивление потоку и больший перепад давления, чем в прямой трубе. Этот поток характеризуется числом Дина (Ndn).

Sas-Jaworsky и Reed также представляют метод для расчета перепада давления в колтюбинговой трубе, который используется на практике, в котором часть колтюбинговой трубы находится на барабане, и часть выпрямлена в скважине. 

Первое условие в уравнении 13 является причиной дополнительного трения происходящего из-за завихрений Дина в трубе находящейся на барабане. 

Второе условие является коэффициентом трения для прямой трубы. Для колтюбинговой трубы находящейся на рабочем барабане, несколько оборотов или слоев могут присутствовать в ходе любой операции, таким образом, важно точно определять показатель R.

Как только колтюбинговая труба выпрямлена и спущена в скважину, показатель R становится бесконечным, и первое условие уравнения 13 стремится к нулю. Рис. 1 показывает пример кривой давления трения в намотанной на трубе колтюбинговой трубе, с частью колонны находящейся в трубе и частью на барабане.

Матричная кислотная обработка при помощи колтюбинговой трубы.

Колтюбинговая труба использовалась несчетное количество раз для нанесения кислоты вдоль закупоренных перфорационных отверстий для точного размещения стимулирующих жидкостей. Много стимулирующих работ закачиваются непосредственно через колтюбинговую трубу, для стимулирования отдельных участков. 

Однако требуется эффективная изоляция зоны, если скважина имеет несколько зон или большой интервал резервуара открыт для скважины, особенно если существуют границы проницаемости. Сама по себе колтюбинговая труба не достигает изоляции пласта. 

Матричная кислотная обработка и для песчаника и карбонатных слоев является сложным процессом. Соответствующий объем кислоты на фут пласта должен основываться на данных пласта и кривых детекторных характеристик или других подходящий критериях проектирования работ кислотной обработки, подробности которой выходят за пределы рассматриваемых в настоящем документе тем. Существуют различия в том, с какой скоростью должна подаваться кислота. Настоящий документ использует модель представленную Paccaloni и Tambini которые поддерживают закачку стимулирующих жидкостей с максимально возможной интенсивностью, без превышения давления разрыва пласта. Был получен очень высокий уровень успеха в многочисленных обработках месторождения при использовании этого метода. Успех процедуры Paccaloni «максимально ∆р, максимальный уровень» может происходить из-за улучшенного кислотного покрытия через промежуток подвергаемого обработке пласта. Повреждение осадком от реакции кислоты минимизировано. Рекомендуется процедура Paccaloni: максимальный ∆р, максимальный уровень, пока нет специфичного опыта на месторождении доказывающего что другой метод является лучшим. В следующих параграфах предоставлен метод для применения этого максимального ∆р, процедуры максимального уровня к колтюбинговой трубе и определения толщины продуктивного пласта, которая может быть эффективно стимулирована, как функция размера и сорта колтюбинговой трубы.

Если матричная кислотная стимулирующая работа закачивается при давлении свыше давления гидроразрыва, большинство технологической жидкости наиболее вероятно уйдет в трещину, обходя повреждение пласта, которое предстояло устранить. В этом случае работа будет неудачной, в частности в пластах песчаника. Превышение давления разлома или гидроразрыва на короткий промежуток времени не обязательно является проблемой, при условии, что большая часть обработки закачивается при уровне материнской породы. Для обеспечения обработки материнской породы, давление впрыска должно быть ниже давления гидроразрыва.

Предполагая установившийся поток, давление разлом относится к уровню нагнетания

Так как для нас имеет значение рабочего давления колтюбинговой колонны, мы должны преобразовать забойное давление к давлению впрыска на поверхности, путем расчета потери трения и гидростатической головки.

В процессе обработки, давление устья скважины фиксируется по уровню впрыска и развивающийся поверхностный эффект может быть найден как самая большая величина без разрыва пласта. Рис.2 показывает диаграмму стимулирующего проекта опубликованную Paccaloni Эта диаграмма для 75 md песчаника с толщиной резервуара (h), 154 фута при глубине 6490 футов.

Кислотная обработка закачивалась через трубы скважины. Кислотная обработка должна быть закачана через трубы скважины (внешний диаметр = 4,56 дюйма). Действительные стадии работы начерчены на графике, указанные точками которые находятся под линией давления гидроразрыва. Давление нагнетания находилось ниже давления гидроразрыва в ходе всей работы. Все повреждения пласта были устранены, уровень нагнетания был увеличен на максимум в 10 bpm, что соответствует повреждению пласта между s=0 и s=3.

Диаграмма Paccaloni основанная на колтюбинговой трубе. Точно такая же концепция проекта стимулирования может быть применена к колтюбинговой трубе внедрением потери давления трения, представленных ранее. Так как стимулирующая работа, представленная на рис.2, была прокачана через скважинные трубы (внеш. диаметр = 4.56 дюйма), было возможно эффективно стимулировать все 154 фута продуктивного пласта. Большинство колтюбинговых установок являются малыми для эффективной обработки такого большого интервала, пласта с 75 md проницаемостью (пропускной способностью). Однако если снижена высота продуктивного пласта, как бы это было если некоторые специфичные зоны были бы изолированы, колтюбинговая труба может эффективно использоваться для обработки этой зоны. Далее целью становится определить насколько длинная требуется колтюбинговая труба для обработки интервала h.

Рис. 3 показывает колтюбинговую трубу, основанную на расчетном графике Paccaloni для такой же скважины. В этом случае, колтюбинговая установка с 10.000 футов 1.75 дюймовой трубы была использована для этой стимуляции. График был построен так как обсуждалось ранее, путем расчета iso-skin кривых, кривая давления гидроразрыва и кривая, которая является 90% давления гидроразрыва. Величина h или толщина продуктивного пласта который должен стимулироваться, в уравнении 17 и 19 подстраивается до тех пор пока линия 90 процентов давления гидроразрыва не пересекает желаемую iso-skin кривую. В этом случае, целью было сопоставить действительную стимулирующую работу закачанную в скважину Paccaloni, которая должна быть закачана с интенсивностью в пределах кривых s=3 и s=0. Как результат, рис. 2 показывает, что примерно 25 футов пласта песчанника с 75 md проницаемости может быть обработано при помощи 1.75 дюймовой колтюбинговой трубы (внутренний диаметр=1.438, 70.000 psi предела текучести). Это представляет максимальный промежуток который может быть обработан, при предположении, что колтюбинговая колонна является новой и давление впрыска может быть увеличено до давления теста в 900 psi, разделенным на 1.5 или 6333 psi.

Рис 4. gоказывает результаты 18 конфигураций колтюбингового размера, веса и предела текучести, которые были рассчитаны. Были использованы размеры колтюбинговой трубы, с внешним диаметром в 1.5, 1.75, 2.0, 2.375, 2.875 и 3.5. Две различные толщины стенок при 70.000 psi предела текучести для каждого размера были выбраны для этого изучения. Размеры и толщина стенок колтюбинговой трубы были выбраны из таблиц колтюбинговых труб случайно, для того, что бы дать разумное сравнение по размеру. Эффективный промежуток обработки предполагает, что колтюбинговые колонны являются новыми, зона обработана до наружного слоя между s=3 и s=0 и жидкости подаются при максимальном рабочем давлении колтюбинговой колонны.

Для сравнения, такой же анализ был проведен для второй скважины, как показано на рис.5, зона, требующая стимуляцию имеет проницаемость в 10 md, давление продуктивного пласта 6500 psi и глубиной 12.500 футов. Колонна колтюбинговой трубы использованной для данной операции имеет длину в 15.000 футов. Из-за относительно высокого давления пласта в этом примере, типы колтюбинговой трубы в кривой А были неподходящими для скважины. Максимально допустимое рабочее давление было слишком низким. На рис. 4 результаты предполагают, что колтюбинговая трубя является новой, давление закачки psi будет лежать в пределах максимально допустимого, pmaw, и пласт будет обрабатываться до s=2. Результаты представленные на рис. 4 и 5 предназначены только для иллюстрационных целей. Большое количество переменных должен учитываться для определения размера колтюбинговой трубы и степени прочности, требуемой для работ стимуляции. К примеру, опыт месторождения может диктовать, что зоны должны обрабатываться до низкой величины поверхностного слоя, s = 0, таких, как известняк или карбонаты, в которых радиус повреждения относительно короткий.

Наблюдение процесса кислотной обработки.

Процесс кислотной обработки может наблюдаться путем расчета приемистости и наружного слоя из уравнений 17 и 19. На практике, однако, это является сложным, из-за потери высокого давления трения в колтюбинговой трубе. 

Могут быть использованы меняющиеся методы наблюдения приемистости, такие как метод dead annulus. Жидкость оставляется в кольцевом (затрубном) пространстве колтюбинговой трубы – ствола скважины, которая имеет достаточно низкую плотность для поддержания уровня жидкости до поверхности. Приемистость затем может быть рассчитана исходя из этого затрубного пространства. Этот метод очевидно не будет работать если используется что-то подобное пакеру для изоляции зон над требуемым участком. Затрубное пространство в этом случае, может быть хорошим способом для наблюдения работоспособности пакера.

Предположение Paccaloni что установившийся поток в уравнении 17 может иногда приводить к значительным ошибкам в расчете величин поверхностного слоя в ходе процесса стимулирования. Несколько авторов предлагали более сложные методы для наблюдения за процессом стимулирования в реальном времени. Диагностическая диаграмма обратной приемистости, к примеру, отвечает за реакцию неустановившегося давления на нагнетание жидкости. Этот метод должен быть использован для наблюдения за процессом кислотной обработки, если забойное давление нагнетания может быть точно определено. Намерением этого документа является сфокусировать внимание на реалистичном сопоставлении возможностей колтюбинговой трубы с высотой специфичного продуктивного пласта, который требует стимулирования.

 

Изоляция зоны.

Преимущество стимулирования колтюбинговой трубой проявляется в том, что зоны могут обрабатываться отдельно, при условии, что есть эффективная зональная изоляция. Механические устройства, такие как пакеры, должны противостоять перепаду давления, которому они подвергаются, особенно при высоких давлениях нагнетания указанных в настоящем документе. Песчаные пробки и известняковые гранулированные пробки во многих случаях могут быть использованы для изоляции дна более эффективно, чем механические устройства. Известняковые стружки (гранулы) будучи растворимыми в кислоте, эффективно используются в карбонатных пластах. Любое остаточное повреждение пласта от материала пробки следующее за работой скважины не является проблемой, так как известняковые куски могут быть удалены кислотой.

Как обсуждалось ранее, стимулирующая жидкость и объемы должны проектироваться на основе кривых реакции пласта на кислоту, и других подходящих критериях проекта кислотной стимуляции. Это является специфичным для зоны и применяется к песчанику как и карбонату. В карбонате, степень доломитизации зоны за зоной является важным фактором и должна учитываться в проекте стимулирующих работ. В доломитах, низкие степени закачивания могут быть предпочтительными, так как реакция кислоты является чувствительной к температуре. Высокие интенсивности закачки могут охладить пласт, вызывая замедление в кислотной реакции.

Горизонтальные и вертикальные завершения.

Из-за большого количества пластов находящихся в горизонтальных завершениях, требуемая степень устранения повреждения пласта не является такой критичной как для вертикальных скважин. 

Также, непрактично использовать такой же объем кислоты на фут открытого пласта в горизонтальных скважинах как в горизонтальных скважинах. Это обобщение, однако не снижает важности и применяемости максимального ∆р, технологического процесса максимальной интенсивности или в вертикальных, наклонных или горизонтальных завершениях. Успех устранения повреждения пласта в значительной степени зависти от степени нагнетания кислот.

Гидроразрыв при помощи колтюбинговой трубы.

Гидроразрыв при помощи колтюбинговой трубы не входит в настоящий документ. Однако, физика потери трения в колтюбинговой трубе и пропускание жидкости в разорванном пласте имеют подобие с описанным выше. Ясно, что колтюбинговая колонна должна иметь соответствующий размер для таких работ. 

Если продуктивный пласт толстый и ровный, может быть лучше стимулировать скважину гидроразрывом через насосно-компрессорную колонну. 

Применение разрыва при помощи колтбинговой трубы является подходящим способом для многозонных, расслоенных продуктивных пластов, с контрастной пропускной способностью и показателями давления. 

Гидроразрыв при помощи колтюбинговой трубы стал популярным для неглубоких газовых скважин в Канаде. Многочисленные участки в одной скважине могут быть разорваны при помощи колтюбинговой трубы, с забоя скважины наверх к поверхности. Все представляющие интерес зона являются перфорированными. 

• Монтируется колтюбинговая труба и устанавливается пакер над самой нижней зоной представляющей интерес. 
• После закачки первой разрывающей технологической обработки, песчаная пробка остается. 
• Пакер передвигается вверх по скважине для второго разрыва, который опять закрывается песчаной пробкой по завершению. 
• Пакер передвигается по скважине для третьего разрыва и так далее. После того как вся обработка закончена, меньшая колтюбинговая труба спускается для очистки песчаных пробок из ствола. 
• Обычно колтюбинговая труба используемая для гидроразрыва имеет размер 2-3/8 дюйма или более. Интенсивность закачки в данном случае варьируется от 7.5 до 16 bmp и сосредоточение песка 15 lbs/gal. До 8 зон разрывается используя этот метод. 

Практически 200 скважин в Канаде были обработаны таким методом.

Заключение.

1.    Возможно рассчитать толщину пласта или зоны которая может быть эффективно стимулирована используя данную колтюбинговую установку, используя приведенный метод. Эта эффективная стимулированная толщина или интервал относится к размеру колтюбинговой трубы, толщине стенок, сорта и истории использования. Также имеет значение свойства продуктивного пласта и пласта.

2.    Колтюбинговая труба сама по себе не достигает зональной изоляции. Этот документ отстаивает закачиваемые стимулирующие жидкости и высокие давления и интенсивности закачки. Устройства зональной изоляции или методы, таким образом, должны быть крепкими и надежными.

3.    Кривые детекторной характеристики должны быть известны или соответствующим образом предсказаны, на основе зоны – за – зоной, для того, что бы позволить возможностям колтюбинговой трубы соответствовать целям стимулирования.

4.    При проведении соответствующего проекта работ, как описано в настоящем документе, использование колтюбинговой трубы может быть завершено в экономически привлекательном виде, большие промежутки, чем в настоящий момент рассматриваются могут стимулироваться через колтюбинговую трубу. Однако характеристики пласта, участок которого должен быть стимулирован должен соответствовать интенсивности потока который может обеспечивать колтюбинговая труба.