应用技术提高连续油管使用寿命的方法徐艳丽(四川石油管理局井下作业处)摘要 从采用软件跟踪疲劳寿命,截断法,变径连续油管,反转使用连续油管,防止连续油管损伤,合理配置设备6个方面讨论了控制管串疲劳,提高连续油管使用寿命的方法,并得出结论:控制管串疲劳的方法中,最有效的方法是实际作业截断法。

指出要尽量减少连续油管在带内压下工作,也要研究开发降阻性能好的工作液,以延长连续油管使用寿命、降低作业风险。

关键词 连续油管 疲劳 使用寿命连续油管的失效主要是内压作用下的弯曲疲劳所致。

连续油管每起下一次总共包含6个弯曲动作,下入井内时,连续油管由注入头牵引拉离滚筒,滚筒液压马达施加一定的反向拉力将连续油管拉直;当进入导向架时,连续油管沿导向架的弯曲半径发生弯曲;通过导向架后进入牵引链条总成,连续油管重新被拉直;起出井口时,产生上述3个反向弯曲动作。

针对上述形变所产生的屈服,井口段管串负载最大,以及局部高压等情况,采取合理、有效的控制措施,对提高连续油管使用寿命,削减连续油管作业风险具有重要意义。

软件跟踪疲劳寿命软件跟踪系统将作业参数输入给电脑,实时监测下入深度、下入速度、运行方向、质量、井口压力和泵压、管柱内压等参数,然后软件通过一系列计算对这些数据进行处理,确定管段上产生的疲劳值。

目前由CTES公司生产的Cerberus4 5版软件序列除能进行疲劳寿命计算外,还能进行施工工具设计、水力模拟、管材受力、强度及径向受力分析、管串使用设计以及井底工具组合等,其中Ori on软件通过OPT022数据采集系统对流量、压力、深度、温度等参数进行实时记录、监测施工工序并最后形成报表。

其疲劳寿命计算将整盘管串按3m 设置段长,对累计疲劳进行实时检测,将连续油管管串当前疲劳极限信息传递给操作人员,预防在管串疲劳段进行不必要的往复运行。

截 断 法使用同一盘连续油管,对一批井深相似的井作业时,由于累积疲劳特别集中,现场断裂隐患较大。

针对这种情况可采用常规截断法,即每次作业后从连续油管末端截去一段,推荐截断长度为6~15m,使连续油管的累积疲劳分散在较宽区域,避免疲劳峰值出现在重复作业段,在川渝地区20余年的连续油管作业中常采用这种方法控制管串疲劳。

疲劳控制的另一种方法是实际作业截断法,每次作业后,结合管串寿命曲线进行评价,根据下次作业参数决定是否截断管串,或截断多长管串,以使管串累积疲劳最小,从而避免连续油管在作业中断裂。

在购置连续油管时应注意,每盘连续油管应有一定富余量,以能截断少量管串而增加整盘连续油管的使用次数,延长使用寿命。

另外,国外在使用新连续油管在第一次起下管柱时每隔305m进行一次测重[1],使重力检测点上的疲劳分散。

432002年 第30卷 第11期石 油 机 械CHINA PETROLEUM M ACHINERY徐艳丽,女,助理工程师,生于1973年,1997年毕业于西安石油学院石油工程专业,现从事压裂酸化技术工作。

地址:(642159)四川省隆昌县。

电话:(0832)3917404。

(收稿日期:2001-12-26;修改稿收到日期:2002-04-14)变径连续油管连续油管悬挂在井内时,井口段有效力最大,累积疲劳相应最大,一盘连续油管采用从内层到外层管壁由厚变薄的变径连续油管,将克服连续油管区别于常规油管、钻杆的连续性引起的弱点。

通过连续油管泵注工作液时,由于滚筒上内层连续油管盘绕直径小,承受泵压高,管内压力对内层管串的影响更严重。

1991年美国Southw estern Pipe 公司曾设计了一套模拟试验装置[2],使用壁厚2 21mm 、直径31 75mm 经冷轧、回火处理,管材材质A -606的连续油管,分别施加内压17 22和34 45M Pa 。

试验结果证明,管内压力为34 45M Pa 时,连续油管起下150次达到疲劳极限;管内压力为17 22M Pa 时,连续油管起下500次达到疲劳极限,采用变径连续油管当管内压力一定时,壁厚的增加可降低管壁周向应力。

变径连续油管外径较大时[3],当连续油管从滚筒上释放,经过注入装置入井后,由于滚筒上内层连续油管和井口段连续油管管壁较厚,将大大提高抗疲劳能力,提高连续油管的使用寿命。

1998年四川石油管理局井下作业处从美国Hydra Rig 公司引进了外径31 75mm 、长5000m 和外径38 1mm 、长3200m 的两套变径连续油管。

使用效果表明,变径连续油管从滚筒上释放,经过连续油管导向器,最后下入井中时,累计疲劳要小于同样内压下等径连续油管循环下入井中的累计疲劳,提高了连续油管的使用寿命。

反转使用连续油管由于滚筒上连续油管距滚筒内层越近,盘绕直径越小,承受内压越高,下入井内负载也越大,因此内层连续油管比外层连续油管疲劳累积更快,使用一段时期将管串反转后,将内层最疲劳端反转到外层,盘绕直径增大,屈服得到释放,承受内压减小,入井深度增加有效力减小,因此可降低整盘连续油管的疲劳累积速度。

用直径60 3mm 的两盘连续油管在同一深度范围内进行模拟作业,结果表明[1]:第一盘连续油管进行11次作业后达到了累计疲劳。

第二盘连续油管先进行10次作业后,反转使用连续油管又进行了5次作业才达到累计疲劳,反转使用连续油管后使总累计运行距离增长了32 7%。

防止连续油管损伤产生疲劳裂缝的主要原因是连续油管外壁的机械损伤,连续油管在自封铜衬套、导向器滑动轴承、井口设备和匀绕器上造成的挤压、磨损,以及由于冰堵或在寒冷地区的连续油管在上述位置冻结,不合理的焊接方式,部件及连续油管外壁不干净,施加的内张压力过大都会造成连续油管机械损伤。

另外,轴向载荷增加会引起连续油管抗挤毁能力下降,一旦达到管材疲劳极限载荷,管串会超过弹性形变持续伸长,直到在最大应力点发生 缩颈!现象和断裂。

管串发生 缩颈!,管子就会失去原有的强度,即使达不到理论计算的载荷极限也会引起油管损坏。

应针对以上原因对设备进行维护保养,制定规程,正确检查、操作设备,以防止连续油管损伤。

适当降低连续油管工作时的内压,可以提高连续油管的疲劳寿命,减少连续油管现场断裂的机会,降低作业成本。

由于连续油管内径小,工作液泵注排量受到限制,要想既能满足泵注排量要求,又能提高连续油管的疲劳寿命,就要开发研究降阻性能好的工作液,降低连续油管泵注工作液时的摩阻损失,降低连续油管工作时的内压。

四川石油管理局井下作业处于1999年11月26日至29日在蜀南气矿合30井洗井作业过程中做了工作液的降阻实验,发现使用聚丙烯酰铵水溶液,在排量150l/min 时,泵压为28MPa,而使用清水时相同排量下,泵压为55M Pa,摩阻降低了27MPa 。

除连续油管机械损伤外,由于连续油管长期接触腐蚀性工作液、含硫油气,暴露在大气中,连续油管腐蚀也是管串损伤的重要原因。

对管内腐蚀可将适量的缓蚀剂加入工作液,使工作液对连续油管的腐蚀降低到最小程度,泵注工作液后,要立即泵注至少一管柱体积清水清洗连续油管内壁,在作业中还应尽量减少连续油管与井内腐蚀介质接触的时间。

起出连续油管时,要对连续油管外壁进行冲洗、涂油,以减缓大气对连续油管外壁的腐蚀。

作业结束后,用惰性气体将管内液体吹尽,密封,保护连续油管内壁。

合理配置设备在成本允许的前提下,应优先选用抗拉强度高44 石 油 机 械2002年 第30卷 第11期的连续油管材料;在满足使用要求的前提下,应优先选用小直径的连续油管;在地理环境允许的情况下应配置直径最大的导向器和滚筒。

导向器和滚筒直径越大,连续油管的弯曲程度越小,屈服变形也越小。

配置在平原或沙漠地区作业的设备,导向器和滚筒可选择最大圆弧直径和滚筒中心直径。

据国外研究资料介绍[1],使用直径3 05m的导向器与使用直径2 45m的导向器相比,能使外径60 3mm管柱的疲劳寿命延长11%;滚筒中心直径3 3m与2 85m的滚筒中心直径相比,能使外径60 3mm的连续油管的疲劳寿命延长16%;而采用直径3 05m的导向器和中心直径3 3m的滚筒能使60 3mm的连续油管的疲劳寿命延长约28%。

应 用 实 例1997年,国外采用上述控制管串疲劳的方法在墨西哥作业区作业,降低了连续油管疲劳强度,增加了连续油管作业的可靠性。

1996年连续油管断裂7次,而1997年底,连续油管只有两个针眼,与上一年相比降低了300%[1]。

1998年四川石油管理局井下作业处购进了CTES公司生产的Cerberus 4 5版软件序列,投产两年来利用其进行疲劳寿命计算,评价其提供的疲劳寿命曲线,并根据下次作业参数具体分析是否截断管串,或截断多长管串,既节约了连续油管管材,又使管串累积疲劳最小,避免了连续油管在作业中断裂。

结 论控制管串疲劳的方法中,最有效的方法是实际作业截断法,它利用连续油管软件序列进行疲劳寿命计算,跟踪管柱的疲劳,结合管串寿命曲线进行评价,确定应截断多长管串,以使管串累积疲劳最小,且节约管材。

合理配置设备、采用变径连续油管,反转使用连续油管,可以有效地控制管柱疲劳,防止连续油管的机械磨损和腐蚀磨损,可以更有效地使用工作管柱。

另外由于连续油管管径小,内压对连续油管的疲劳寿命损害大,要尽量减少连续油管在高内压下工作,也要研究开发降阻性能好的工作液,以延长连续油管的使用寿命、降低作业风险。

参 考 文 献1 徐 梅,李 青 连续油管工作管柱的有效控制 国外油田工程,2001,17(1):17~202 王优强,张嗣伟 影响连续油管疲劳寿命的因素分析石油机械,2001,29(4):19~213 刘海浪,柯仲华,赵振峰 小井眼和连续油管技术的进展与应用 北京:石油工业出版社,1998:73~81(本文编辑 赵连禄)(上接第31页)结论与建议(1)SLYb∀8100型取心工具的研制成功,是对现有国产中硬地层取心工具(可取 100mm岩心)的进一步完善,有效地解决了我国海洋中硬地层,特别是砾石层、破碎层的取心难题。

(2)SLYb∀8100型取心工具操作简便,适应性强,通过与不同金刚石切削刃取心钻头的合理选配,可满足常规中硬、硬地层、破碎层及砾石层等的取心需要。

与国内外同类产品相比,该工具更符合现场技术操作要求,技术指标高,每米取心综合成本不到国外同类产品的 ,约为国内同类产品 。

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(4)SLYb∀8100型取心工具在我国海洋油田取心作业中取得显著效果,现已小批量生产,建议在全国各陆地及海洋石油取心作业中推广应用。