Что такое компактные устьевые системы и почему они заменяют традиционные устьевые системы?

Компактные устьевые системы представляют собой интегрированные, оптимизированные по размеру узлы, которые объединяют головку обсадной колонны, головку НКТ и рождественскую елку в единый низкопрофильный блок, что позволяет сократить занимаемую площадь при установке на 40–60 процентов, сократить время монтажа на 50 процентов и снизить общие затраты на устье скважины по сравнению с традиционными многокомпонентными многокомпонентными системами. Первоначально разработанная для морских платформ с жесткими ограничениями по пространству на палубе, компактная устьевая технология быстро распространилась на наземные нетрадиционные месторождения, удаленные арктические районы и подводные применения, где эффективность установки, снижение веса и минимальное воздействие на поверхность являются критически важными эксплуатационными приоритетами.

В этом руководстве объясняется, как компактные устьевые системы работа, какие конфигурации доступны, как они сравниваются с традиционными устьями скважин по производительности и стоимости, а также что операторы должны оценить, прежде чем выбирать одну из них для своей следующей программы скважин.

Как работают компактные устьевые системы?

Компактные устьевые системы работают за счет интеграции функций, которые обычные устьевые системы распределяют между несколькими независимо собранными компонентами в едином предварительно спроектированном корпусе, устраняя промежуточные фланцевые соединения и уменьшая количество потенциальных путей утечки с 6 до 12 до 2–4.

В традиционной устьевой трубе следующие компоненты собираются последовательно на месте: головка кондукторной обсадной колонны, головка обсадной колонны с поверхности, промежуточная головка обсадной колонны (где применимо), катушка головки НКТ, подвеска для НКТ и рождественская елка. Для каждого соединения между компонентами требуется отдельное фланцевое соединение с металлической кольцевой прокладкой, уплотнительные поверхности, которые необходимо очищать и проверять, и болты, которые необходимо индивидуально затягивать в соответствии со спецификацией. В результате штабель может достигать высоты от 3 до 6 метров и требует многократного подъема краном в течение 2-4 дней времени монтажа.

А компактная устьевая система заменяет эту последовательную сборку предварительно обработанным одностворочным или многоствольным корпусом, в котором подвески обсадных труб, подвески НКТ и отверстия для доступа в кольцевое пространство размещены в одном корпусе, выдерживающем давление. Ключевые особенности конструкции включают в себя:

• Интегрированные профили для подвески обсадных труб -- врезаются непосредственно в отверстие корпуса, что исключает необходимость использования отдельных компонентов подвесного золотника и связанных с ними торцевых уплотнений.
• Возможность установки за одну поездку - обсадные колонны могут быть выгружены и герметизированы за один спуск, вместо необходимости отдельных спусков для каждого размера обсадной колонны
• Унифицированные сальники -- кольцевые уплотнения между обсадными колоннами приводятся в действие механически или гидравлически внутри компактного отверстия корпуса, обеспечивая изоляцию без внешних фланцевых соединений.
• Предварительно протестированные узлы -- Испытание под давлением всего компактного устройства проводится на заводе-изготовителе перед отправкой с документированными протоколами испытаний, поэтому испытания под давлением на месте представляют собой проверку, а не квалификацию.
• Встроенные порты мониторинга устья скважины -- точки контроля давления в затрубном пространстве, впрыск химикатов и точки доступа к скважинным манометрам встроены в корпус корпуса, а не добавляются в виде отдельных частей катушки

В результате получается устьевой узел скважины, который во многих конфигурациях располагается на высоте от 0,6 до 1,2 метра над осевой линией ствола скважины (по сравнению с 2,5–5 метрами для традиционных многоярусных систем), обеспечивая при этом эквивалентное номинальное давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм (1034 бар) и полное соответствие условиям эксплуатации H2S согласно NACE MR0175.

Какие типы компактных устьевых систем используются в промышленности?

В нефтегазовой отрасли используются четыре основные конфигурации компактных устьевых систем: компактные наземные устья для наземных и платформенных установок, компактные подводные устьевые системы для глубоководной добычи, модульные компактные системы для кустов с несколькими скважинами и компактные устьевые устройства с тонкими отверстиями для разведочных и оценочных скважин.

1. Наземные компактные устьевые системы

Компактные наземные устья скважин являются наиболее широко используемой конфигурацией, используемой на береговых нетрадиционных месторождениях и стационарных морских платформах, где малая высота штабелей напрямую снижает структурную нагрузку на настил пролета скважин и упрощает доступ крана во время операций капитального ремонта.

Стандартные компактные устья скважин с поверхностью вмещают от двух до четырех обсадных колонн в одном корпусе с номинальным диаметром отверстия от 7-1/16 дюйма до 13-5/8 дюйма и номинальным рабочим давлением от 3000 до 15000 фунтов на квадратный дюйм. При эксплуатации кустовых площадок с несколькими скважинами в Пермском бассейне операторы сообщают о сокращении времени на установку буровых установок в среднем с 36 часов при использовании традиционных устьев скважин до 14–18 часов при использовании компактных систем – экономия, которая значительно возрастает при использовании программы с кустами от 20 до 40 скважин.

2. Подводные компактные устьевые системы

Компактные подводные устья скважин специально разработаны для установки на морском дне, где их уменьшенная высота и вес напрямую снижают структурную нагрузку на подводные шаблоны и уменьшают требования к боковому вылету буровых судов и полупогружных аппаратов во время спусковых операций.

Компактные подводные устьевые корпуса обычно изготавливаются из низколегированной углеродистой стали с покрытием из коррозионностойкого сплава (CRA) на внутренних поверхностях отверстий. Наружный диаметр корпуса 18-3/4 дюйма является стандартным для глубоководных применений и рассчитан на высокое давление/высокую температуру (HPHT) до 15 000 фунтов на квадратный дюйм и 350 градусов по Фаренгейту. Уменьшенное количество компонентов компактных систем особенно ценно под водой, поскольку каждое дополнительное соединение представляет собой потенциальный путь утечки, устранение которого является дорогостоящим и трудоемким на глубинах воды от 1000 до 3000 метров.

3. Модульные компактные устьевые системы для многоскважинных площадок

Модульные компактные устьевые системы предназначены для пакетной установки на кустовых площадках с несколькими скважинами и имеют стандартизированные интерфейсы, позволяющие перемещать одну и ту же буровую установку, оборудование для заканчивания скважин и рождественскую елку из скважины в скважину без изменения конфигурации.

Стандартизация является основной ценностью модульных компактных устьев скважин в программах кустового бурения. Когда во всех 20 скважинах на кустовой площадке используются одинаковые компактные устьевые корпуса с одинаковым профилем подвески, одинаковым адаптером головки НКТ и одинаковой геометрией соединителя елки, бригады буровых могут выполнять процедуры установки, используя мышечную память, что снижает процедурные ошибки, время проверки и непроизводительное время (NPT) на скважину. Операторы сланцевых месторождений Игл-Форд и Марцеллус зафиксировали сокращение NPT на 15–25 процентов на одну устьевую установку за счет перехода от смешанных традиционных компонентов к стандартизированной компактной устьевой программе.

4. Компактные устья с тонкими отверстиями для разведочных скважин

Компактные устья скважин с тонкими отверстиями подходят для обсадных труб меньшего диаметра, используемых в разведочных скважинах, где оценка пласта имеет приоритет над инфраструктурой добычи, обеспечивая возможность удержания полного давления в корпусе, который можно устанавливать и извлекать с помощью меньшей и недорогой установки для капитального ремонта. Компактные системы с тонкими стволами обычно вмещают эксплуатационные обсадные колонны размером от 4-1/2 до 7 дюймов с рабочим давлением до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, а их меньший вес - обычно от 800 до 1 800 кг по сравнению с 3 000 - 8 000 кг для обычных полноразмерных устьев скважин - позволяет транспортировать их вертолетом в отдаленные места разведки.

Компактные устьевые системы и традиционные устьевые системы: полное сравнение

Компактные устьевые системы неизменно превосходят традиционные устьевые системы по скорости установки, занимаемой площади, количеству путей утечки и общей стоимости установки, в то время как традиционные устьевые системы сохраняют преимущества в ремонтопригодности в полевых условиях и совместимости с устаревшим оборудованием для заканчивания скважин.

Таблица 1. Параллельное сравнение компактных устьевых систем и традиционных устьевых труб по ключевым эксплуатационным и эксплуатационным параметрам.

Каковы основные технические характеристики компактных устьевых систем?

Компактные устьевые системы определяются по шести основным техническим параметрам: номинальное рабочее давление, размер ствола, возможность установки обсадной колонны, температурный класс, марка материала и среда эксплуатации – и каждый из них должен быть точно согласован с условиями пласта скважины и конструкцией заканчивания скважины.

Таблица 2. Диапазоны технических характеристик компактных устьевых систем для стандартных условий эксплуатации и условий эксплуатации при высоком давлении/высокой температуре (HPHT) с применимыми регулирующими стандартами.

Почему компактные устьевые системы набирают популярность в нетрадиционных месторождениях?

Экономика нетрадиционного кустового бурения, где от 20 до 40 скважин расположены на одной поверхности, а эффективность буровой установки напрямую влияет на стоимость разработки месторождения, сделала компактные устьевые системы стандартными стандартами для крупных операторов месторождений Пермского бассейна, Баккена, Игл Форда и Марцелла, поскольку экономия времени и затрат на скважину резко возрастает в масштабе кустовой площадки.

Рассмотрим программу с 30 скважинами. Если установка устья каждой скважины занимает 36 часов при использовании традиционной системы и 16 часов при использовании компактной системы, общая экономия времени на площадке составит 600 буровых часов. При дневной ставке в 25 000 долларов США за современную наземную буровую установку это равняется 625 000 долларов США прямой экономии затрат на буровую установку только за счет выбора устья скважины - без учета уменьшения подъема крана, меньшего количества испытаний под давлением, снижения затрат на транспортировку (более легкие компактные агрегаты) и снижения риска безопасности из-за упрощенных процедур сборки.

Аdditional drivers of compact wellhead adoption in unconventional operations include:

• Сокращение воздействия на окружающую среду -- меньшая высота трубы уменьшает видимое воздействие на поверхность и упрощает охрану и ограждение устья скважины, поддерживая экологические обязательства операторов в чувствительных зонах.
• Геометрия посадочного сверления -- компактные устья скважин более удобно размещаются в ограниченном пространстве между соседними устьями на площадках с несколькими скважинами, где обычная высота штабелей создает риск помех во время работы крана
• Аutomated manufacturing quality -- компактные корпуса, изготовленные на оборудовании с ЧПУ с жесткими допусками (обычно IT7 или выше по диаметру отверстия), обеспечивают более повторяемую посадку и уплотнение подвески, чем обычные комплекты, собранные на месте.
• Снижение сложности инвентаризации -- Один стандартизированный компактный артикул устья скважины может заменить десятки обычных компонентов, упрощая управление закупками, складированием и цепочками поставок.

Как устанавливаются и вводятся в эксплуатацию компактные устьевые системы?

Установка компактной устьевой системы осуществляется в упрощенной последовательности по сравнению с обычными устьевыми устройствами: корпус устанавливается на кондуктор, обсадные колонны последовательно спускаются и подвешиваются внутри одного корпуса, сальники подаются под напряжением, а переходник головки НКТ и рождественская елка соединяются - и все это с использованием меньшего количества крановых захватов и меньшей монтажной бригады, чем требуется для традиционных систем.

Шаг 1 — Установка корпуса

Компактный устьевой корпус устанавливается на обсадную колонну кондуктора после его цементирования. В компактных поверхностных системах корпус приваривается к проводнику с помощью соединения, предварительно обработанного на заводе-изготовителе корпуса. Корпус обычно высаживается и выравнивается за один подъем крана, занимающий от 30 до 60 минут.

Шаг 2. Подвешивание обсадной колонны

Каждая обсадная колонна проходит через компактное отверстие корпуса и устанавливается в соответствующий подвесной профиль, выточенный в корпусе. Ориентация подвески подтверждается совмещением контрольной отметки на корпусе подвески с соответствующей отметкой на корпусе, обеспечивая визуальную индикацию того, что подвеска установлена ​​правильно, прежде чем оснастка ослабит натяжение. Интегральные уплотнения между обсадными колоннами устанавливаются либо механически (вращением или весом), либо гидравлически через отверстия в корпусе корпуса.

Шаг 3 — Испытание давлением

Каждое кольцевое уплотнение обсадной колонны и уплотнение первичного отверстия тестируются индивидуально с использованием контрольных портов, встроенных в компактный корпус корпуса. Испытательное давление применяется в соответствии со стандартом API 6A и процедурой испытания устья конкретной скважины, при этом давление удерживается в течение 15 минут на каждое уплотнение в соответствии с большинством требований оператора. Поскольку компактный корпус был протестирован на заводе в сборе, результаты полевых испытаний почти всегда являются окончательными: неудачное полевые испытания достоверно указывает на ошибку установки, а не на производственный дефект компонента.

Шаг 4 — Подключение рождественской елки

«Рождественская елка» соединяется с компактным устьевым корпусом через адаптер головки НКТ (THA) или напрямую через унифицированный соединитель елки, в зависимости от конструкции системы. В компактных устьевых системах обычно используется один зажимной соединитель или резьбовое соединение на стыке елки, а не сплошное фланцевое соединение, что сокращает количество необходимых болтов и прокладок и сокращает время установки елки на 30–50 процентов по сравнению с обычными фланцевыми соединениями елки.

Что должны оценить операторы перед выбором компактной устьевой системы?

Прежде чем приступить к использованию компактной устьевой системы, операторы должны оценить пять важнейших факторов совместимости: геометрия обсадной колонны скважины, диапазон пластового давления и температуры, условия наземной или подводной установки, совместимость инструментов заканчивания и ремонта скважин, а также статус одобрения регулирующими органами технологии компактного устья скважины в действующей юрисдикции.

• Геометрия программы корпуса -- компактный корпус должен вмещать все планируемые размеры обсадных колонн с достаточным радиальным зазором между колоннами; Скважина с промежуточной обсадной колонной, наружный диаметр которой всего на 1/2 дюйма меньше диаметра наземной обсадной колонны, может физически не помещаться в стандартном компактном стволе корпуса
• Диапазон давления и температуры -- подтвердить, что температурный класс компактной системы API 6A и номинальное рабочее давление превышают максимальное ожидаемое устьевое давление и максимальную температуру закрытия поверхности с минимальным запасом безопасности 10 процентов.
• Совместимость инструментов заканчивания - пробки разрыва, пакеры и канатные инструменты, работающие во время гидроразрыва пласта или каротажа, должны беспрепятственно проходить через компактный устьевой ствол скважины; убедитесь, что минимальное сквозное отверстие компактной системы соответствует требованиям всей колонны инструментов для заканчивания
• Доступ к капитальному ремонту -- традиционные устья позволяют производить замену отдельных компонентов в полевых условиях; компактные корпуса, в которых происходит разрушение уплотнения, обычно требуют полной замены корпуса, что может означать подъем скважины — оцените, приемлем ли профиль ремонтопригодности компактной системы в полевых условиях для ожидаемого срока эксплуатации скважины и частоты капитального ремонта.
• Нормативное одобрение - в некоторых юрисдикциях компактные устьевые системы должны быть индивидуально одобрены регулирующим органом перед установкой; перед закупкой подтвердите, что выбранное компактное устье скважины получило необходимые разрешения (например, BSEE в Мексиканском заливе США, HSE в Северном море Великобритании)

Часто задаваемые вопросы: Компактные устьевые системы

Заключение: необходимость использования компактных устьевых систем в современных скважинных программах

Компактные устьевые системы перешли от нишевого решения для ограниченного морского пространства к основному выбору спецификаций для бурения на береговых площадках, подводной добычи, дистанционной разведки и нетрадиционного заканчивания скважин. Сочетание сокращенного времени установки, меньшего количества путей утечки, более низкой общей стоимости установки, качества, проверенного на заводе, и меньшей занимаемой поверхности представляет собой убедительное техническое и экономическое обоснование, которому традиционные устьевые трубы с трудом соответствуют в большинстве современных скважинных программ.

Остальные области, в которых традиционные устьевые устройства сохраняют подлинные преимущества — применение ультра-HPHT при давлении выше 15 000 фунтов на квадратный дюйм, совместимость с устаревшими полевыми объектами и ситуации, требующие компонентов, ремонтируемых в полевых условиях, — реальны, но становятся все более узкими, поскольку технология компактного устья скважин продолжает развиваться в плане возможностей давления и температуры.

Для операторов, планирующих новые программы скважин, процесс оценки должен начинаться не с вопроса о том, применима ли компактная устьевая система, а с выявления конкретных технических ограничений – геометрии обсадной колонны, диапазона давления, требований к инструментам заканчивания и нормативного контекста – которые определяют, какая компактная конфигурация устья скважины является оптимальной спецификацией для каждой конструкции скважины. В большинстве случаев такая оценка подтвердит, что компактная устьевая система это правильный выбор.