Обсадные колонны глубоких скважин: полное руководство по выбору высокопрочных-OCTG для сверхглубоких нефтяных и газовых скважин.

Обсадная колонна глубоких скважин – это высокопрочные-системы обсадных труб OCTG, специально выбранные для глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин, где обсадные колонны должны выдерживать экстремальное давление разрушения, разрывное давление, осевые нагрузки и суровые условия в скважине. В отличие от стандартной обсадной трубы -скважины или труб для водяных скважин из ПВХ, трубы для глубоких скважин должны выдерживать экстремальные комбинированные нагрузки - высокое внешнее давление обрушения пласта, высокое внутреннее давление разрыва, огромные осевые растягивающие силы, повышенные скважинные температуры и во многих случаях агрессивные кислые среды, содержащие сероводород (H₂S).

Поскольку глобальная разведка углеводородов продвигается во все более глубокие бассейны, правильно выбранная обсадная колонна глубоких скважин стала одним из наиболее важных постоянных барьеров целостности скважин, обеспечивающих целостность скважин в течение 20-–30-летнего жизненного цикла добычи. В этом руководстве объединены стандарты API 5CT, 11-е издание (2023 г.), лучшие инженерные практики SPE и проверенные данные о полевых эксплуатационных характеристиках, полученные при установке обсадных колонн глубокой скважины серии TPCO TP-V.

1. Основные функции обсадной колонны глубоких скважин

Обсадная колонна глубокой скважины выполняет четыре непреложные структурные и экологические функции, которые не может заменить ни один другой скважинный компонент:

• Структурная целостность скважины- Выдерживает геостатическое и тектоническое давление горных пород на тысячи метров пластов горных пород, предотвращая обрушение ствола скважины.
• Зональная изоляция- При цементировании на месте изолирует пласты с аномально высоким-давлением и предотвращает неконтролируемый перекрестный-поток между продуктивными пластами углеводородов и пресноводными водоносными горизонтами.
• Барьер сдерживания давления- Служит основным-барьером контроля скважины во время бурения, цементирования, заканчивания и долгосрочных-производственных операций.
• Постоянный грузоперевозчик- Выдерживает полный подвешенный вес обсадных колонн, эксплуатационных НКТ, пакеров и оборудования для заканчивания скважин в течение всего срока службы скважины.

Обсадная колонна для водяных скважин из ПВХ, изготовленная в соответствии с ASTM F480, не предназначена для глубокой добычи нефти и газа, поскольку она не может обеспечить устойчивость к разрушению, прочность на разрыв, механическую надежность и долговременное -удержание давления, необходимые в углеводородных скважинах с высоким-давлением.

2. Высокопрочный корпус глубокой скважины серии TP-V: механические характеристики

Стандартные марки API 5CT, такие как J55, K55, N80 и обычный P110, предназначены для обычных скважин средней-глубины. Продукты серии TPCO TP-V - TP110V, TP125V, TP140V, TP150V и TP155V - представляют собой улучшенные запатентованные высоко-марки стали, впервые представленные в 2003 году и специально-созданные для сложных сверх-геологических условий, встречающихся в Тариме, Северо-Запад Китая, Нефтяные месторождения Sinopec Southwest, Xinjiang и Zhongyuan.

Определяющим преимуществом марок TP-V по сравнению со стандартом P110 является обязательное требование к ударной вязкости по Шарпи с V-надрезом 0 градусов, что значительно снижает риск хрупкого разрушения в условиях низких-температур и высоких-напряжений.

2.1 Таблица механических свойств обсадной колонны для глубоких скважин серии TP-V

Примечание. Требования к удлинению для всех марок TP-V рассчитываются в соответствии с официальной формулой API 5CT.

2.2 Типы соединений премиум-класса для обсадных колонн глубоких скважин

Для глубоких и сверхглубоких-скважин требуются резьбовые соединения, спроектированные так, чтобы одновременно противостоять разрушению, внутреннему давлению текучести и осевому растяжению. В линейке продуктов TP-V используются три основные конструкции соединений:

1. BC (подпорное соединение)- Используется на поверхности с большим-наружным диаметром и промежуточном корпусе (346,08 мм, 365,13 мм, 374,65 мм). Обеспечивает высокую эффективность растяжения и надежные механические характеристики при работе с обсадными колоннами большого-диаметра.
2. Премиум-соединение TP-FJ- Оптимизирован для эксплуатации со средним-наружным диаметром, сверхглубокой-обсадной колонной и промежуточной обсадной колонной (182,08–206,38 мм). Балансирует сопротивление смятию и компактную геометрию соединения для скважин с малым зазором.
3. TP-CQ Высокое-соединение-подключения нагрузки- Флагманская специальная резьба TPCO для рекордной-посадки сверх-промежуточной обсадной колонны, проверенная-на скважине KS-7 Таримского нефтяного месторождения. Отлично справляется с одновременным растяжением, разрушением и нагрузкой внутренним давлением.
4. 

3. Практический пример на проверенном месторождении: сверхглубокая скважина Таримского нефтяного месторождения KS-7.

Скважина KS-7, завершенная 12 марта 2010 г., представляет собой важное применение сверх-обсадных труб в Китае для проектирования креплений глубоких скважин и установила, что производительность обсадных колонн глубоких скважин TP140V соответствует ведущим мировым стандартам OCTG.

• Спецификация корпуса:Глубокий промежуточный корпус TP140V, наружный диаметр 273,05 мм × ширина 13,84 мм, оснащен соединениями премиум-класса TP-CQ.
• Общая глубина установки:7087 метров (сверх-глубокая классификация)
• Запись о развертывании:656 отдельных соединений обсадных труб общим весом 630 тонн труб спускаются за одну непрерывную операцию.
• Инженерное значение:Установлен новый мировой рекорд по-развертыванию тяжелых высокопрочных-глубоких обсадных колонн за один проход, а также решены критически важные проблемы бурения и цементирования в сложных геологических формациях Тарима с высоким-давлением.

С 2003 года обсадные колонны для глубоких скважин серии TP-V широко применяются во всех крупных нефтяных месторождениях Китая, решая десятки сложных-проблемных моментов при строительстве глубоких скважин за счет нестандартных не-стандартных высоко-классов прочности и запатентованных конструкций соединений.

4. Программа архитектуры и стандартных размеров обсадной колонны глубоких скважин

Программы крепления глубоких скважин разрабатываются в соответствии с программами бурения, профилями пластового давления, целями скважин и нормативными требованиями.

4.1 Четыре основных типа обсадных колонн глубоких скважин

1. Корпус проводника- 18 – 30 дюймов, наружный диаметр, установлен на высоте 40 – 100 футов. Стабилизирует рыхлый поверхностный грунт и удерживает возврат бурового раствора.
2. Поверхностный корпус- 13⅜" – 20" наружный диаметр, установлен на высоте 300–2000 футов. Требуется экологическими нормами для полной изоляции неглубоких пресноводных водоносных горизонтов от загрязнения углеводородами.
3. Промежуточный корпус (первичное применение TP-V)- 9⅝"–13⅜" наружный диаметр, установлен на высоте 4000–12 000 футов. Критический барьер глубоких-скважин от пластов с аномально высоким-давлением; Марки TP140V и TP155V являются основными материалами, выдерживающими экстремальные нагрузки на разрушение.
4. Производственная обсадная колонна/лайнер- 4½" – 9⅝" Внешний диаметр, установлен на общую глубину. Трубопроводы и уплотнения для добычи скважин нацелены на продуктивные зоны углеводородов для долгосрочной-добычи.

4.2 Габаритные характеристики стандартного корпуса глубокой скважины

5. Выбор материала корпуса глубокой скважины на основе требований API 5CT

5.1 Правила исключения материалов при обслуживании глубоких скважин

Корпуса из ПВХ (ASTM F480) и армированного стекловолокном-пластика (FRP) исключены из эксплуатации глубоких скважин из-за недостаточной термостойкости и механической прочности. Углеродистая сталь OCTG является наиболее широко используемым материалом для глубоких скважин, тогда как материалы CRA могут быть выбраны для высококоррозионных сред.

5.2 Логика выбора содержаний в зависимости от геологической среды

• Скважины средней-глубины, не-кислые (4000–6000 м)- Стандартный глубокий корпус API P110 или TP110V для умеренных нагрузок на разрушение и растяжение.
• Сверх-глубокие, высокие-обрушенные не-кислые скважины (более 6000 м)- TP125V, TP140V, TP150V или TP155V высокопрочные-марки серии TP-V с повышенной ударной вязкостью при 0 градусах.
• Sour Deep Wells (присутствует H₂S)- Марки L80 обычно выбираются для эксплуатации в кислых средах, если они соответствуют требованиям NACE MR0175/ISO 15156; TPCO поставляет соответствующие варианты высокопрочных-корпусов TP-SS для кислого-обслуживания, предназначенных для глубокого обслуживания, для предотвращения катастрофического сульфидного растрескивания под напряжением (SSC).
• Геотермальные глубокие скважины (BHST > 140 градусов по Фаренгейту)- Требуется полностью-стальной корпус TP-V; Материалы ПВХ запрещены из-за необратимой термической деформации и ухудшения прочности.

Критическое инженерное предупреждение:Использование марок низкой-прочности, таких как J55 или N80, в глубоко кислых средах может значительно увеличить риск сульфидного растрескивания под напряжением и преждевременного выхода из строя обсадной колонны, если они неправильно выбраны для кислых сред.

6. Стандартный рабочий процесс установки корпуса глубокой скважины (типичный рабочий процесс установки корпуса глубокой скважины)

Правильные методы спуска и цементирования напрямую определяют срок службы глубокой колонны на 30+ лет. Стандартизированный шестиэтапный-этапный процесс применим ко всем установкам глубоких скважин TP-V:

1. Точное сверление- Пробурите скважину на 2–4 дюйма больше наружного диаметра обсадной колонны, чтобы создать равномерный кольцевой зазор для полной циркуляции цементного раствора.
2. Корпус работает- Соединение-с помощью-шарнирного трубчатого развертывания, при этом каждое соединение премиум-класса TP-FJ/TP-CQ/BC выполнено с соблюдением значений крутящего момента, установленных-изготовителем.
3. Размещение центратора- Равномерно расположенные жесткие центраторы по всей длине корпуса предотвращают контакт со стеной. Плохая централизация создает микро-каналы миграции жидкости в затрубном пространстве, что является основной причиной устойчивого затрубного давления (УКП).
4. Циркуляция цемента- Цементный раствор закачивается по внутреннему диаметру обсадной колонны, течет вверх через башмак обсадной колонны и полностью заполняет кольцевое пространство за трубчатым элементом.
5. Подожди цемента (WOC)- Для обеспечения полной целостности соединения-с-обсадной колонной требуется минимум 12–24 часового периода выдержки без каких-либо скважинных операций.
6. Проверка целостности давлением- В канале обсадной колонны создается давление, необходимое для расчетного пластового давления, чтобы обнаружить микро-утечки цемента или нарушения уплотнения швов перед возобновлением бурения.

Сертификат обсадной трубы

Свяжитесь с нашими экспертами по OCTG, чтобы узнать цены, техническую поддержку и быструю доставку.

7. Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: На какой глубине скважина считается «глубокой» для целей проектирования обсадных труб?

В общей отраслевой практике скважины глубиной более 4000 метров классифицируются как глубокие скважины, а скважины глубиной более 7000 метров классифицируются как сверх-глубокие. Стандартные обсадные колонны J55 и K55 не рассчитаны на надежную эксплуатацию на глубине ниже 4000 метров, поэтому вместо них требуются высокопрочные обсадные колонны для глубоких скважин TP-V.

Вопрос 2. Почему для глубокого корпуса TP-V требуется обязательное испытание на удар по Шарпи под углом 0 градусов, а для стандартного P110 этого не требуется?

Сверхглубокие скважины подвергают обсадную колонну воздействию высоких растягивающих напряжений и низких подземных температур. Стандарт P110 PSL1 не требует такой же дополнительной проверки ударной вязкости, как некоторые улучшенные марки для глубоких-скважин. Принудительные требования к минимальной энергии удара с V--надрезом Шарпи для серии TP-V гарантируют достаточную пластичность и вязкость разрушения для предотвращения внезапного разрыва труб в суровых условиях глубоких-скважин.

Вопрос 3: Можно ли использовать обсадную трубу из ПВХ для неглубоких участков глубокой нефтяной или газовой скважины?

Нет. Даже на поверхностных участках глубоких углеводородных скважин наблюдаются геотермальные температуры, превышающие температурный предел ПВХ в 140 градусов по Фаренгейту, а также следы углеводородных химикатов, которые разрушают структуру полимера. Стальные трубы OCTG остаются основным выбором для традиционных глубоких нефтяных и газовых скважин.

Вопрос 4. Какое соединение премиум-класса рекомендуется для промежуточной обсадной колонны сверх-глубины более 7000 м?

Запатентованное соединение премиум-класса с высокой-сложной-нагрузкой TP-CQ является оптимальным выбором, проверенным на сверхглубокой скважине KS-7 Тарим глубиной 7087 м. Геометрия его резьбы одновременно выдерживает экстремальное давление разрушения, осевое натяжение и внутреннее разрывное давление, что обеспечивает повышенную комбинированную-стойкость к нагрузкам по сравнению с традиционными соединениями API в сложных условиях сверхглубокой эксплуатации.

Вопрос 5: Какой тип неисправности возникает, если обсадная колонна глубокой скважины установлена ​​без центраторов?

Обсадная колонна прилегает к одной стороне стенки скважины, оставляя неполное покрытие цементом и узкие микро-кольцевые каналы вдоль внешней поверхности трубы. Эти постоянные пути миграции жидкости вызывают устойчивое затрубное давление (SCP), делают возможным перекрестное-загрязнение между геологическими зонами и могут привести к полной ликвидации скважины, при этом затраты на восстановление превысят бюджет на бурение новой скважины.

Вопрос 6. Соответствуют ли марки обсадных труб для глубоких скважин TP-V международным стандартам API 5CT?

Марки TP-V — это запатентованные улучшенные марки, разработанные за пределами традиционной классификации API 5CT, сохраняющие при этом совместимость с размерными и производственными требованиями API.

Вопрос 7: В чем разница между обсадной колонной глубокой скважины и эксплуатационной трубой?

Обсадная колонна глубокой скважины постоянно прицементирована к пласту скважины и не может быть извлечена или заменена. Эксплуатационные насосно-компрессорные трубы – это съемная колонна труб меньшего-диаметра, подвешенная внутри внутреннего диаметра обсадной колонны для транспортировки нефти и газа на поверхность. НКТ можно вытягивать и заменять во время ремонтных работ, не нарушая постоянную барьерную структуру глубокой обсадной колонны.

В8: Какая марка обсадной колонны глубоких скважин требуется для пластов, содержащих сероводород (сернистая среда)?

Сталь марки L80, соответствующая требованиям NACE MR0175/ISO 15156, является минимальным стандартом для кислых глубоких скважин по сопротивлению сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC). Для сверхглубоких кислых скважин, требующих более высокой прочности, чем стандартный L80, TPCO производит соответствующие варианты TP-SS Sour-высокопрочной-глубокой обсадной колонны, разработанные для комбинированной высокой механической нагрузки и воздействия H₂S.