В статье автор описывает техническое устройство протектор фонтанных арматур, опыт его применения при операциях по гидравлическому разрыву пластов и роль в современной технологии освоения скважин.
Ключевые слова: протектор, ГРП, МГРП, фонтанная арматура
Стимуляция пластов методом гидравлического разрыва является одним из наиболее популярных и эффективных методов повышения продуктивности и выполняется на 90 % вводимых в эксплуатацию скважин. В процессе ГРП в скважину закачивается большой объем смеси керамического искусственного песка (проппанта) воды и органического гуарового геля. Объемы закачиваемых смесей могут варьироваться от ста до нескольких тысяч кубических метров, а давление закачки может достигать 100мПа. Смесь гидроразрыва, концентрация проппанта в котором может достигать 1500кг/м3 является сильнейшим абразивом, в связи с чем его прокачка через напорные трубопроводы приводит к быстрому износу внутренних поверхностей элементов трубопроводов и выходу их из строя.
Технология гидроразрыва пласта вошла в употребление в качестве метода ПНП для скважин действующего фонда, однако в последующем, все больше вновь построенных скважин стало вводится в эксплуатацию уже с гидроразрывом. На сегодняшний день ГРП и МГРП стали стандартным методом освоения вновь построенных скважин. Если ранее в рамках выполнения операций по ПНП перед проведением ГРП в скважину спускался специальный лифт ГРП — пакер на насосно-компрессорных трубах, а устье на период ГРП оборудовалось специальной запорной арматурой, то на настоящий момент, все более популярным у недропользователей становится следующий сценарий строительства скважин:
− строительство горизонтальной скважины, оснащенной не цементируемой компоновкой МГРП.
− Спуск эксплуатационного лифта НКТ, установка эксплуатационной фонтанной арматуры,
− проведение ГРП (МГРП),
− немедленное освоение скважины и запуск ее в эксплуатацию.
Такой сценарий строительства и освоения скважины позволяет добиться максимальной продуктивности скважины, минимизировать негативное влияние растворов на ФЕС пласта и сократить сроки освоения. Именно этот сценарий, обуславливает необходимость проведения ГРП через лифт эксплуатационных НКТ и эксплуатационную фонтанную арматуру.
Эксплуатационные фонтанные арматуры, представляют из себя, в общем случае, комплект устьевого запорного оборудования скважины, состоящий из:
− Обвязки колонной головки
− Подвесного устройства для НКТ
− Коренной и надкоренной задвижек
− Крестовины
− Буферных и лубрикаторных задвижек
Рис. 1. Фонтанная арматура
Обычно, максимальное давление фонтанных арматур указывается в их маркировке и составляет 21,35,70 и реже 105МПа. При этом все типы эксплуатационных фонтанных арматур не предназначены для прокачки через них абразивных смесей в большом объеме. Такие действия могут привести к повреждению внутренних поверхностей арматур, поломке их механизмов, нарушению герметичности и даже разрушению корпусов и возникновению открытых разливов и фонтанов.
Таким образом, исходя из технических характеристик эксплуатационных фонтанных арматур, проведение ГРП через них без использования протекторов не допускается.
Протектор фонтанной арматуры — это устройство, предназначенное для защиты фонтанных арматур, которыми оснащены устья нефтяных или газовых скважин от разрушительного воздействия высокого давления и абразивного воздействия прокачиваемой смеси во время операций по гидравлическому разрыву пластов.
Протекторы фонтанных арматур как оборудование, предназначенное для эксплуатации на опасных производственных объектах, и являющееся частью манифольдов высокого давления, подлежат обязательному подтверждению соответствия, согласно законодательства Российской Федерации о техническом регулировании. То есть в случае производства данного оборудования на территории Таможенного союза обязательно оформление на данную модель сертификата или декларации соответствия требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования», в случае же его производства за пределами стран Таможенного союза, подтверждение соответствия должно производится при его импортировании, в противном случае, перед применением на ОПО, производится обязательная экспертиза промышленной безопасности устройства, или его применение на ОПО запрещается.
В настоящее время известны три вида протекторов фонтанных арматур, различающиеся по методу установки в скважине
− Механические протекторы
− Гидромеханические протекторы
− Гидравлические протекторы
Однако принцип действия всех перечисленных видов устройств сводится к установке защитной втулки — штока, внутрь фонтанной арматуры, подвесного устройства и подвесного патрубка лифта насосно-компрессорных труб, и последующем присоединении нагнетательных линий для производства ГРП к этому штоку, таким образом, чтобы смесь гидроразрыва проходила в лифт насосно-компрессорных труб через фонтанную арматуру, сквозь шток, не воздействуя никаким образом на фонтанную арматуру. Воздействие давления на элементы арматуры исключается размещением на конце штока герметизирующей насадки, герметизирующей сопряжение шток — подвесной патрубок.
Первые конструкции протекторов фонтанных арматур были запатентованы еще в середине 1990х годов, в Российской Федерации. Это были механические устройства — втулки, целью которых была защита фонтанных арматур от абразивного воздействия во время технологических операций. Первые гидравлические протекторы разработаны компаниями Haliburton и Cameron в начале 2000х годов для Американского и Канадского рынков ГРП на фоне освоения сланцев. В России производителем протекторов фонтанных арматур выступил Пермский Научно-технической Институт АО «Насосы ПНИТИ» который в начале 2010х годов разработал и выпустил свою первую гидромеханическую модель протектора, а уже в 2015 году освоил производство гидравлических протекторов с улучшенными техническими характеристиками.
Наиболее совершенными из эксплуатирующихся в настоящий момент устройств являются протекторы гидравлические модели АФП-06.000.00–05 производства АО «ПНИТИ», имеющие рабочее давление до 150Мпа. И позволяющие полностью исключить воздействие разрушительных факторов на эксплуатационную фонтанную арматуру в процессе проведения ГРП.
Устройство (рис.2) состоит из штока полого, с герметизирующей насадкой, верхней, нижней плит, гидроцилиндров, корпуса и переходника.
− Полый шток протектора проходит через шевронное уплотнение корпуса и резьбовым соединением соединяется с переходником, к которому в последующем присоединяются напорные линии ГРП
− Переходник закрепляется в верхней, плите протектора к которой также присоединены корпуса гидроцилиндров.
− Штоки гидроцилиндров присоединены к нижней плите, в которую вмонтирован корпус протектора.
Протектор комплектуется маслостанцией, для управления гидроцилиндрами и небольшой дизель-электростанцией, для обеспечения питания маслостанции.
Рис. 2. Протектор фонтанной арматуры АФП-06.000.00-05
Порядок работ:
- Перед выполнением ГРП базовый фланец протектора устанавливается на лубрикаторную задвижку фонтанной арматуры, выполняется его опрессовка.
- Протектор с помощью автомобильного крана поднимается с походного ложемента и оснащается насадкой.
- Плиты протектора разводятся с помощью гидроцилиндров на максимально возможное расстояние.
- В разведенном состоянии протектор устанавливается на верх фонтанной арматуры, насадка протектора и часть штока вводятся в полость открытой лубрикаторной задвижки завинчивается быстроразъемное соединение между корпусом протектора и базовым фланцем.
- Открывается коренная и надкоренная задвижки фонтанной арматуры и производится сведение плит протектора, завинчивается быстроразъемное соединение между корпусом протектора и переходником.
- После сведения плит насадка проектора оказывается установленной в подвесном патрубке лифта НКТ, отсекая таким образом фонтанную арматуру от напорной линии. Для проверки надежности разобщения производится полная разрядка давления в отсеченном пространстве фонтанной арматуры и контроль давления в напорной линии.
- После проверки разобщения фонтанной арматуры и напорной линии к присоединительной резьбе переходника присоединяются напорные линии ГРП и проводится гидроразрыв.
- В процессе гидроразрыва ведется контроль давления в пространстве фонтанной арматуры с помощью электронных манометров «Viatran», показания которых выводятся в станцию контроля ГРП.
- После проведения ГРП производится демонтаж протектора в обратном порядке.
Рис. 3. Фонтанная арматура с установленным протектором
После демонтажа протектора, в обязательном порядке производится ревизия состояния насадки протектора, полого штока и переходника с помощью ультразвукового толщиномера, при превышении предельных значений износа данные элементы подлежат замене, как расходный материал
Широкий опыт применения подобных протекторов фонтанной арматуры при выполнении ГРП на множестве газодобывающих скважин Уренгойского, Южно-Тамбейского, Юрхаровского, Салмановского и прочих месторождении газовых и газоконденсатных месторождений ЯНАО зарекомендовал гидравлические протекторы типа АФП-06.000 как надежные и простые в эксплуатации устройства, позволяющие надежно защитить фонтанные арматуры во время операций по ГРП, производить установку и снятие протектора при давлении на устье скважины до 50мПа, выполнять закачки жидкости ГРП общей массой проппанта до 700 тонн единовременно с объемным расходом смеси до 6м3 в минуту и давлением закачки до 150МПа.
Применение протекторов фонтанных арматур позволило внедрить более рациональный сценарий освоения скважин методом ГРП без рисков повреждения и разгерметизации устьевого оборудования скважин, сократить сроки освоения, сократить негативное влияние жидкостей глушения на пласт и добиться максимальных показателей продуктивности скважин
Литература:
1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: Федеральный закон № 116-ФЗ [Принят Государственной думой 21.07.1997] (ред. От 08.12.2020) — Доступ из справочно-правовой системы «Консультатнт-Плюс» — Текст: электронный
2. О безопасности машин и оборудования: Технический регламент таможенного союза ТР ТС 010/2011 [Утвержден решением комиссии Таможенного союза 18.10.2011] (с изменениями на 16 мая 2016) — Доступ из справочно-правовой системы «Техэксперт» — Текст: электронный
3. ТУ 3–07501343–06–97 «Блоки манифольдов высокого давления типа БМ». Технические условия.
- Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности»: Приказ Федеральной Службы по экологическому технологическому и атомному надзору. [от 12 марта 2013г] (редакция, действующая с 1 января 2017 года) — Доступ из справочно-правовой системы «Техэксперт» — Текст: электронный.
- Патент RU 54 622 U1. Российская Федерация, МПК E21B 43/26. Устройство для защиты фонтанной арматуры при гидравлическом разрыве пласта в газовой скважине № 2006104410/22: заявл. 13.02.206: опубл. 10.07.2006 / Кустышев А. В., Попов Е. А., Афанасьев А. В., Кряквин Д. В., Кащаков Е. Г., Цюняк Э. Е. — 5с.
