Что такое стеки гидроразрыва? Как они работают и почему они важны в нефтяной отрасли

штабели ГРП представляют собой устьевые компоновки высокого давления, устанавливаемые на поверхности нефтяной или газовой скважины во время операций гидроразрыва пласта, предназначенные для контроля и изоляции экстремальных давлений, возникающих при закачке жидкости для гидроразрыва в пласт со скоростью от 50 до 150 баррелей в минуту и давления, достигающего 15 000 фунтов на квадратный дюйм или выше. Эти специализированные клапаны и фитинги в сборе, также называемые деревьями гидроразрыва или деревьями гидроразрыва, располагаются на верхней части устьевой обсадной колонны и обеспечивают основной интерфейс сдерживания давления между скважиной и насосным оборудованием для гидроразрыва. Без правильно рассчитанной стопки ГРП контроль устья скважины во время операций гидроразрыва с высокой производительностью и высоким давлением был бы невозможен, что создавало бы катастрофический риск выброса для персонала, оборудования и окружающей среды. В этом руководстве объясняется, что такое комплекты гидроразрыва, как работает каждый компонент, какие номинальные значения давления применяются к различным типам скважин и как комплекты гидроразрыва сравниваются с добывающими деревьями и противовыбросовыми превенторами.

Что такое стек гидроразрыва и чем он отличается от рождественской елки?

Пакет ГРП — это временная устьевая компоновка высокого давления, специально спроектированная для этапа гидроразрыва скважины при заканчивании скважины, тогда как «Рождественская елка» (эксплуатационная елка) — это постоянная сборка, устанавливаемая после завершения скважины для долгосрочного управления потоком добычи — эти две системы служат совершенно разным эксплуатационным целям и рассчитаны на разные характеристики давления и расхода.

Это различие имеет огромное значение в полевых операциях. Традиционная рождественская елка добычи предназначена для регулирования установившихся потоков добычи при относительно умеренных устьевых давлениях, обычно в диапазоне от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм для большинства традиционных скважин. Стек гидроразрыва, напротив, должен выдерживать динамические, пульсирующие высокие давления, создаваемые несколькими мощными насосами гидроразрыва, работающими одновременно, с номинальными рабочими давлениями 10 000 фунтов на квадратный дюйм, 15 000 фунтов на квадратный дюйм или в приложениях сверхвысокого давления - 20 000 фунтов на квадратный дюйм.

Ключевые различия между стопкой гидроразрыва и рождественской елкой включают в себя:

• Цель: Пакеты ГРП используются только во время операций ГРП при заканчивании скважины и обычно удаляются в течение нескольких дней или недель после завершения программы ГРП. Рождественские елки остаются на колодце на протяжении всего этапа производства, часто измеряемого десятилетиями.
• Номинальное давление: Пакеты гидроразрыва рассчитаны на рабочее давление от 10 000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Стандартные эксплуатационные деревья для обычных нефтяных скважин обычно рассчитаны на давление от 2000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, хотя деревья для газовых скважин высокого давления могут быть рассчитаны на давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм.
• Конфигурация отверстия: Пакеты ГРП сконфигурированы для высокоскоростной закачки и оснащены клапанами большого диаметра, которые минимизируют потери давления на трение во время закачки. В производственных деревьях приоритет отдается управлению штуцером и измерению расхода для обеспечения стабильной добычи с более низкой производительностью.
• Типы клапанов: В штабелях ГРП используются задвижки, разработанные для обеспечения устойчивости к эрозии из-за суспензии, насыщенной проппантом. На добывающих деревьях используются дроссельные клапаны, игольчатые клапаны и оборудование для регулирования потока, подходящее для чистых потоков добычи углеводородов.
• Характеристики материала: Корпуса пакетов ГРП обычно изготавливаются из высокопрочных легированных сталей с закаленными внутренними поверхностями и устойчивыми к эрозии покрытиями, чтобы выдерживать многократное воздействие абразивного суспензии проппанта на высокой скорости.

Как работает стек гидроразрыва? Объяснение ключевых компонентов

Пакет ГРП работает как серия независимо работающих клапанов и фитингов, расположенных вертикально на устьевой обсадной колонне скважины, каждый из которых выполняет определенную функцию контроля давления или изоляции потока, что в совокупности позволяет операторам безопасно управлять устьевым давлением на каждом этапе операции ГРП.

Если рассматривать типичную сборку пакета гидроразрыва снизу вверх, то основными компонентами являются:

Головка обсадной колонны и головка НКТ

Головка обсадной колонны представляет собой фундаментную деталь, которая навинчивается или приваривается к обсадной колонне и обеспечивает основное соединение, выдерживающее давление, между обсадной колонной и устьевым узлом скважины над ней. Головки обсадной колонны имеют боковые выпуски для контроля давления в затрубном пространстве обсадной колонны и, в некоторых конфигурациях, для операций цементирования. Головка НКТ расположена над головкой обсадной колонны и удерживает эксплуатационную колонну НКТ внутри обсадной колонны, одновременно герметизируя кольцевое пространство между ними. Вместе эти два компонента образуют постоянную основу, на которой монтируется как штабель ГРП, так и, позднее, производственная «елка».

Устьевой адаптер или распорная катушка

Устьевой адаптер или распорная катушка соединяют фланец головки НКТ с нижней частью пакета ГРП, обеспечивая переход фланца правильного размера и класса давления между постоянным устьем скважины и временным оборудованием ГРП над ним. Стандартные фланцы API указаны для классов давления, включая 2000, 3000, 5000, 10 000 и 15 000 фунтов на квадратный дюйм, с соответствующими размерами фланцев, которые должны совпадать во всей сборке пакета гидроразрыва. Распорная катушка также имеет боковые выпускные отверстия, используемые для линий глушения, мониторинга и введения химикатов во время разрыва пласта.

Главный задвижка (нижний главный клапан)

Главный запорный клапан — это основной запорный клапан ствола скважины в пакете ГРП, расположенный непосредственно над устьем скважины и способный полностью перекрывать скважину путем закрытия всего устья скважины в случае аварийной или плановой остановки. Главные задвижки на штабелях ГРП обычно представляют собой полностью открывающиеся задвижки с размерами отверстий, соответствующими устьевому отверстию скважины (обычно 2-1/16 дюйма, 3-1/16 дюйма или 4-1/16 дюйма), которые позволяют инструментам на кабеле и гибким трубам проходить без ограничений в открытом состоянии. Эти клапаны рассчитаны на то же рабочее давление, что и сама стопка гидроразрыва, и предназначены для закрытия в условиях фонтанирующей скважины, если это необходимо.

Тампонный клапан (верхний главный клапан)

Тампонный клапан расположен над главным запорным клапаном и служит вторичной точкой изоляции ствола скважины, в основном используемой для контроля доступа к стволу скважины для операций на кабеле, испытаний скважины и мониторинга давления без необходимости использования нижнего главного клапана. В повседневных операциях тампонный клапан – это клапан, который открывается и закрывается чаще всего, сохраняя состояние седла главного клапана для действительного использования в аварийной изоляции. Тампонный клапан также является самым верхним клапаном, через который подключается лубрикатор или сальник при спуске канатных инструментов в скважину под давлением.

Крыльчатые клапаны и крестовины ГРП

Крыльчатые клапаны отходят от основного канала пакета ГРП под углом 90 градусов через крестовину или тройник, обеспечивая пути потока под высоким давлением, через которые жидкость для гидроразрыва закачивается в скважину и через которые обратная жидкость возвращается на поверхность после обработки ГРП. Стандартный крестовина ГРП имеет один вертикальный ствол (путь ствола скважины через штабель) и два или четыре горизонтальных выпускных отверстия, оборудованных крыльевыми клапанами. Многостворчатые клапаны позволяют одновременно подключать железо для гидроразрыва, линии глушения, манометры контроля давления и линии закачки химикатов. Во время насосных операций крыльевые клапаны, подключенные к устройству гидроразрыва, полностью открыты, в то время как клапаны линии глушения и контрольные клапаны остаются закрытыми.

Голова перелома (голова перелома или голова козла)

Головка гидроразрыва, обычно называемая «козлиной головкой» из-за ее характерного внешнего вида с несколькими выходами, является самым верхним компонентом пакета гидроразрыва и основной точкой соединения железных линий гидроразрыва высокого давления, которые доставляют жидкость от насосного оборудования к устью скважины. Типичная козлиная головка имеет от четырех до восьми резьбовых или фланцевых выпускных отверстий, расположенных радиально вокруг центрального ствола, что позволяет одновременно подключать несколько линий насоса для достижения общей скорости нагнетания жидкости, необходимой для гидроразрыва. Каждое выпускное отверстие имеет собственный запорный клапан, позволяющий подключать, отключать и проверять под давлением отдельные линии насоса, в то время как другие остаются активными. Козлиные головки рассчитаны на то же рабочее давление, что и остальная часть пакета гидроразрыва, и предназначены для распределения высокоскоростного потока суспензии проппанта из нескольких входов в один ствол скважины без создания турбулентности или чрезмерной эрозии.

Номинальные значения давления в трубе ГРП и случаи использования каждого номинального давления

Номинальные значения давления в пакете ГРП должны соответствовать или превышать максимальное ожидаемое давление обработки поверхности скважины, которое зависит от градиента давления разрыва пласта, запланированной скорости закачки жидкости и потерь давления на трение в стволе скважины и перфорациях.

Таблица 1: Номинальные рабочие давления в пакете ГРП, соответствующие испытательные давления и типичные применения скважин в зависимости от класса пластового давления.

Показатель давления 15 000 фунтов на квадратный дюйм стал наиболее широко используемой характеристикой при разработке нетрадиционных сланцевых месторождений в Северной Америке. На крупных месторождениях, таких как Пермский бассейн, Игл Форд и Марцеллус, давление обработки поверхности обычно достигает 8000–12 000 фунтов на квадратный дюйм во время начального разрушения и ранних фаз распространения трещин, что делает стопку трещин 15К стандартным минимальным техническим заданием для большинства программ заканчивания в этих бассейнах. Рабочее давление 15К обеспечивает запас прочности на 25% выше максимального давления обработки 12 000 фунтов на квадратный дюйм, что соответствует стандартам API и отраслевой практике безопасности.

Почему стеки ГРП необходимы для обеспечения безопасности ГРП?

Пакеты ГРП — это последняя линия защиты от устьевого давления во время гидроразрыва пласта, периода, когда скважина намеренно подвергается самому высокому давлению на поверхности, которое она когда-либо испытывала — давлению, которое, если его не контролировать, может вызвать разрушение устья скважины, поверхностные выбросы и катастрофические травмы персонала в течение нескольких секунд.

Сдерживание давления при МГРП

Современные заканчивания горизонтальных скважин в сланцевых пластах включают от 20 до 60 или более отдельных стадий гидроразрыва, каждая из которых требует, чтобы устьевая компоновка безопасно содержала закачку жидкости под высоким давлением в течение 30–90 минут на каждую стадию, при этом общее воздействие повышенного давления на устье скважины охватывает несколько дней на каждую скважину. Программа единого заканчивания в Пермском бассейне может включать закачку от 20 до 40 миллионов фунтов проппанта на скважину на всех стадиях с максимальной скоростью обработки 100 баррелей в минуту на каждую стадию. Комплекс гидроразрыва должен поддерживать полную целостность сдерживания давления на протяжении всей программы, не допуская разрушения уплотнения клапана или усталости корпуса.

Аварийная изоляция ствола скважины

В случае отказа наземного оборудования, утечки железа гидроразрыва или события, связанного с контролем ствола скважины во время насосных операций, главный задвижка в пакете гидроразрыва обеспечивает возможность аварийной изоляции, чтобы закрыть скважину и остановить весь поток в течение нескольких секунд. Возможность быстрой изоляции – это то, что отличает событие управляемого контроля скважины от выброса. Статистика управления отраслевыми скважинами показывает, что большинство инцидентов с выбросами на поверхность во время операций по заканчиванию связано с отказами устья скважины или наземного оборудования, что делает целостность и работоспособность клапанов ГРП в условиях потока важнейшим параметром безопасности. Согласно отраслевым стандартам (API-спецификация 6А и API Spec 16C) все клапаны системы гидроразрыва должны быть проверены на полное рабочее давление перед установкой на действующую скважину.

Управление эрозией проппанта

Жидкость гидроразрыва, прокачиваемая через стопку гидроразрыва, содержит концентрации проппанта от 0,5 до 4 фунтов на галлон песка или керамического материала, движущегося со скоростью от 20 до 50 футов в секунду через корпуса клапанов и фитинги, создавая условия серьезной эрозии, которые могут быстро разрушить стандартные компоненты клапана. Компоненты пакета ГРП, подвергающиеся воздействию потока шлама, изготавливаются из закаленных стальных сплавов со значениями поверхностной твердости от 55 до 65 по Роквеллу C, а при больших объемах работ - из твердосплавных или керамических внутренних облицовок в зонах с наибольшей эрозией, таких как выходы козлиных головок и поперечные порты ГРП. Мониторинг срока службы компонентов и планирование замены являются стандартными частями программ технического обслуживания труб гидроразрыва, позволяющих предотвратить отказы в процессе эксплуатации из-за накопленных эрозионных повреждений.

Стеки ГРП, противовыбросовые превенторы и добывающие деревья: полное сравнение

Трубы ГРП, противовыбросовые превенторы (ПВП) и эксплуатационные «рождественские деревья» служат трем различным этапам эксплуатации скважины и предназначены для принципиально разных функций контроля давления, хотя все три могут присутствовать на буровой площадке одновременно на этапе заканчивания.

Таблица 2. Сравнение труб ГРП с противовыбросовыми превенторами и эксплуатационными «рождественскими елками» по функциям, номинальному давлению, продолжительности и конструктивным особенностям.

В каких отраслях и типах скважин используются системы ГРП?

Пакеты ГРП используются во всех секторах нефтегазовой промышленности, где гидроразрыв проводится в рамках заканчивания скважин или стимуляции, с наибольшей концентрацией использования в нетрадиционных сланцевых месторождениях Северной Америки и месторождениях трудноизвлекаемой нефти, где гидроразрыв не является факультативным, а является фундаментальным требованием для коммерческой добычи.

Нетрадиционная сланцевая нефть и газ

Разработка нетрадиционных сланцевых месторождений обеспечивает подавляющее большинство потребностей в пакетах гидроразрыва в Северной Америке: только в Пермском бассейне в периоды пиковой активности находится более 400 активных буровых установок, причем каждая скважина требует комплекта гидроразрыва для фазы завершения, следующей за бурением. Горизонтальные скважины на крупных сланцевых месторождениях, включая Пермский бассейн, Игл-Форд, Баккен, Марцеллус и Хейнсвилл, по существу непродуктивны без гидроразрыва пласта. Проницаемость породы в этих пластах обычно составляет от 0,0001 до 0,001 миллидарси, что в тысячи раз ниже, чем в традиционных коллекторах, а это означает, что естественный приток в ствол скважины незначителен без сети трещин, созданной программой гидроразрыва. Каждая из примерно 10 000–14 000 горизонтальных скважин, заканчиваемых ежегодно в Северной Америке в период пиковой активности, требует установки системы гидроразрыва.

Плотный газ и традиционная стимуляция

Обычные скважины плотного газа в таких пластах, как антиклиналь Пайндейл, бассейн Грин-Ривер и различные газовые месторождения в середине континента, также требуют для завершения труб гидроразрыва, хотя зачастую это программы одностадийного или ограниченно-стадийного гидроразрыва, работающие при более низких давлениях обработки, чем многостадийные сланцевые скважины. Многие традиционные газовые скважины, которые первоначально были завершены без гидроразрыва, также были подвергнуты повторному гидроразрыву (рестимуляции) с использованием комплексов гидроразрыва для улучшения добычи из истощенных зон - практика, которая продлила экономическую жизнь тысяч зрелых традиционных газовых скважин в Северной Америке и во всем мире.

Развитие геотермальной энергетики

Разработка усовершенствованной геотермальной системы (EGS), в которой используется гидроразрыв пласта для создания проницаемой сети трещин в горячих сухих горных породах для извлечения тепла, представляет собой новое применение для групп гидроразрывов за пределами традиционного нефтегазового сектора. В проектах EGS, включая демонстрационные проекты в Неваде, Юте и на международном уровне в Австралии и Германии, используется та же технология гидроразрыва под высоким давлением, что и при заканчивании нефтегазовых месторождений, и требуются системы гидроразрыва, рассчитанные на устьевое давление, создаваемое во время стимуляции. Поскольку развитие геотермальной энергетики расширяется в рамках стимулирования возобновляемых источников энергии, ожидается, что спрос на гидроразрыв в этом секторе будет расти до конца 2020-х годов.

Как устанавливаются и проверяются блоки гидроразрыва перед работой по гидроразрыву?

Установка трубы гидроразрыва и опрессовка перед началом работ являются обязательными этапами безопасности, которые необходимо выполнить и задокументировать перед подключением или подачей давления на какое-либо насосное оборудование для гидроразрыва в соответствии с процедурами, указанными в API Spec 6A, а также в инженерных программах оператора по управлению скважиной и заканчиванию скважины.

1. Подготовка устья: Пакет буровых превенторов удаляется из устья скважины после закрепления и цементирования скважины. Фланцы устья скважины осматриваются, очищаются и снабжаются соответствующими кольцевыми прокладками для устанавливаемого класса давления в трубе гидроразрыва.
2. Сборка пакета ГРП: Компоненты комплекта гидроразрыва собираются последовательно снизу вверх — проставочная катушка, главный клапан, тампонный клапан, крестовина разрыва, крыльевые клапаны и головка разрыва — с использованием калиброванных значений крутящего момента для всех фланцевых болтов. Для каждого фланцевого соединения требуется определенное количество болтов, марка болта и спецификация крутящего момента согласно таблицам API Spec 6A.
3. Функциональная проверка низкого давления: Все клапаны в пакете гидроразрыва проходят функциональные испытания (открыты и закрыты) при низком давлении, обычно от 300 до 500 фунтов на квадратный дюйм, с использованием воды для проверки правильности работы каждого клапана и удержания давления на обоих седлах перед началом испытания высоким давлением.
4. Испытание на утечку под высоким давлением: Вся сборка комплекса гидроразрыва подвергается испытанию под давлением, указанным оператором, которое обычно равно максимальному ожидаемому давлению обработки поверхности для данной работы. Промышленная практика обычно требует выдерживания испытательного давления в течение 15 минут при нулевом перепаде давления перед принятием испытания. Любое падение давления требует выявления и устранения источника утечки перед повторным испытанием.
5. Документация и подписание: Результаты испытаний, включая испытательное давление, время выдержки, диаграмму давления и имена сотрудников, которые были свидетелями испытания, записываются в файл заканчивания скважины. Большинство операторов требуют, чтобы представитель компании, руководитель службы ГРП и специалист по безопасности на буровой площадке подписали протокол испытаний под давлением до начала операций ГРП.

Каковы последние инновации в технологии ГРП?

Индустрия ГРП быстро развивается в ответ на двойное давление: более высокие давления обработки в более глубоких и сложных скважинах и требования операторов к более быстрому монтажу и демонтажу буровой установки для сокращения непроизводительных временных затрат, стимулируя инновации в материалах, системах соединений и возможностях дистанционного управления.

• Шиповые соединения, заменяющие фланцы: Традиционные фланцы API с болтовым соединением требуют значительного времени и крутящего момента для свинчивания и развинчивания. В новых конструкциях штабелей гидроразрыва используются быстроразъемные шипованные соединения, которые можно собрать за короткое время, что сокращает время установки штабелей гидроразрыва с нескольких часов до менее одного часа при повторных операциях.
• Оборудование с номинальным давлением 20 000 фунтов на квадратный дюйм: Поскольку при заканчивании сверхглубоких скважин в таких пластах, как глубокие газовые объекты в сланцах Хейнсвилл, а также в новых приложениях для глубоководного заканчивания, давление обработки приближается к 15 000 фунтов на квадратный дюйм и выше, индустрия ГРП разработала коммерческие узлы с рабочим давлением 20 000 фунтов на квадратный дюйм с использованием улучшенных легированных сталей и допусков на прецизионную обработку, ранее ограниченных подводными установками «рождественской елки».
• Дистанционное управление клапаном: Клапаны ГРП с электрическим или гидравлическим приводом, которыми можно управлять с безопасного расстояния или из кабины управления, удаляют персонал из непосредственной зоны устья скважины во время закачки под высоким давлением, уменьшая воздействие на зону последствий потенциального выброса под высоким давлением.
• Комплексный мониторинг эрозии: Некоторые усовершенствованные сборки блоков гидроразрыва теперь включают ультразвуковые датчики толщины стенок в местах с наибольшей эрозией в головке козла и кресте трещины, предоставляя инженерам по заканчиванию данные об остаточной толщине стенок в режиме реального времени и позволяя принимать решения о снятии с эксплуатации компонентов на основе данных, а не графиков замены на основе календаря.
• Интеграция автоматизации с системами электронного ГРП: Появление парка насосов для электрического разрыва пласта (e-frac), которые обеспечивают более высокую эффективность и меньшие выбросы, чем парки дизельных насосов, стимулирует разработку систем управления штабелем ГРП, которые интегрируются с автоматизированной архитектурой управления насосами, обеспечивая координацию реакции давления между устьевыми клапанами и насосным оборудованием без ручного вмешательства оператора на устье скважины.

Часто задаваемые вопросы о штабелях гидроразрыва

В чем разница между стеком гидроразрыва и деревом гидроразрыва?

Пакет трещин и дерево разрыва относятся к одному и тому же узлу — устьевому клапану высокого давления и системе фитингов, используемым во время операций гидроразрыва пласта. При этом «дерево разрыва» является более распространенным термином в полевых операциях, а «пакет разрыва» чаще используется в технических характеристиках и спецификациях оборудования. Оба термина описывают временный узел устья скважины, который заменяет буровой превентор после завершения скважины и сам заменяется постоянной эксплуатационной елкой после завершения программы ГРП. Эти термины взаимозаменяемы в большинстве отраслевых контекстов.

Как долго стопка гидроразрыва остается в скважине?

Пакет ГРП обычно остается на скважине на протяжении всей программы ГРП плюс начальный период обратного притока, который варьируется от нескольких дней при одностадийном обычном заканчивании скважин до четырех-восьми недель при сложных многостадийных горизонтальных сланцевых заканчиваниях с расширенными программами обратного притока. После завершения программы ГРП и управления первоначальной обратной отработкой пакет ГРП удаляется и заменяется постоянной эксплуатационной елкой. В большинстве случаев трубы ГРП представляют собой арендуемое оборудование, при этом дневные ставки варьируются от 500 до 3000 долларов США в день в зависимости от класса давления и конфигурации, что создает для операторов ценовой стимул минимизировать время нахождения трубы ГРП на скважине.

Какие стандарты API регулируют проектирование и тестирование стеков гидроразрыва?

Пакеты ГРП проектируются, производятся и испытываются в соответствии со спецификацией API 6A (Устьевое и рождественское оборудование), которая определяет требования к материалам, процедуры испытаний под давлением, стандарты размеров и требования к управлению качеством для всех устьевых клапанов и фитингов, включая те, которые используются при ГРП. Кроме того, API Spec 6AF2 содержит дополнительные требования, в частности, к оборудованию для гидроразрыва, включая устойчивость к эрозии, многоцикловые испытания под давлением и характеристики твердости материала, относящиеся к работе с раствором проппанта. Оборудование, используемое в средах с сероводородом (сернистым газом), также должно соответствовать требованиям NACE MR0175/ISO 15156 по устойчивости к сульфидному растрескиванию под напряжением.

Можно ли использовать комплект ГРП несколько раз на разных скважинах?

Да, блоки ГРП спроектированы как многоразовое арендуемое оборудование и регулярно используются на многих скважинах на протяжении всего срока службы при условии, что они проходят необходимые испытания под давлением и функциональные испытания между работами, а также проходят плановое техническое обслуживание и проверки для устранения эрозионных повреждений и износа уплотнений клапанов. Между использованием компоненты пакета гидроразрыва разбираются, подвергаются внутренней проверке с использованием визуальных и неразрушающих методов контроля (магнитопорошковый контроль, ультразвуковое измерение толщины стенок), изношенные уплотнения и седла заменяются, а узел подвергается испытаниям под давлением и повторно сертифицируется перед использованием на следующей скважине. Ухоженная система гидроразрыва с давлением 15 000 фунтов на квадратный дюйм может выполнить от 20 до 50 или более операций по гидроразрыву в течение своего срока службы, прежде чем износ корпуса потребует вывода из эксплуатации.

Что вызывает сбои в системе гидроразрыва и как их предотвратить?

Наиболее распространенными видами разрушения пакета трещин являются эрозия корпусов и седел клапанов из-за расклинивающего раствора, усталостное растрескивание фланцевых соединений из-за многоцикловой нагрузки давлением и разрушение уплотнений набивки клапана из-за повторяющихся циклов открытия и закрытия под высоким перепадом давления. Профилактика основана на согласовании давления и степени эрозии оборудования с фактическими условиями обработки, проведении тщательного осмотра и замены компонентов между работами, соблюдении пределов максимальной концентрации проппанта и скорости закачки, указанных в эксплуатационных параметрах оборудования, а также опрессовке сборки до требуемого испытательного давления перед каждым развертыванием. Статистическое отслеживание измерений толщины стенок компонентов в ходе последовательных работ позволяет сервисным компаниям выявлять тенденции эрозии и выводить компоненты из эксплуатации до того, как они достигнут минимально допустимой толщины стенки.

Как количество соединений насосов в пакете ГРП влияет на операции ГРП?

Количество портов для подключения насоса на козлиной головке трубы гидроразрыва определяет, сколько одновременно насосных линий можно подключить к устью скважины, напрямую ограничивая максимально достижимую скорость закачки для гидроразрыва. Козлиная головка с четырьмя выходами, соединенная с четырьмя линиями насосов для гидроразрыва, каждая из которых течет со скоростью 20 баррелей в минуту, обеспечивает максимальную скорость устья скважины 80 баррелей в минуту через стопку гидроразрыва. Современные высокоскоростные заканчивания в Пермском бассейне и других сланцевых месторождениях премиум-класса часто требуют скорости обработки от 80 до 120 баррелей в минуту для эффективного размещения больших объемов проппанта, требуя конфигурации козлиных головок с восемью выходами или двух козлиных головок, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность для размера парка насосов, необходимого для достижения этих производительностей.

Заключение: почему трубы ГРП остаются краеугольным камнем безопасности заканчивания скважин

Пакеты ГРП представляют собой одну из наиболее технически сложных категорий нефтепромыслового оборудования для контроля давления, работающего в условиях экстремального давления, условий высокоабразивного потока и критических требований безопасности в период самого интенсивного воздействия давления в течение срока службы любой скважины. Их роль в обеспечении североамериканской революции в области нетрадиционной нефти и газа, которая превратила Соединенные Штаты из чистого импортера нефти в крупнейшего в мире производителя сырой нефти, невозможно переоценить. Без надежной технологии ГРП высокого давления, способной выдерживать давление обработки и условия эрозии проппанта современных многостадийных заканчиваний, экономическая разработка сланцевых пластов была бы невозможна.

Поскольку программы заканчивания скважин продолжают развиваться в сторону более глубоких целей, более высокого давления обработки и увеличения объемов проппанта на скважину, Технология ГРП развивается параллельно благодаря более высоким номинальным давлениям, более быстрым системам соединения, возможностям дистанционного управления и интегрированному мониторингу, чтобы удовлетворить требования следующего поколения нетрадиционных заканчиваний скважин безопасно и эффективно. Для любого оператора, бурового подрядчика или инженера по заканчиванию, участвующего в операциях по гидроразрыву пласта, понимание характеристик стопки трещин, требований к установке и стандартов технического обслуживания является не дополнительным знанием, а фундаментальной компетентностью в области безопасности и эксплуатации.