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连续油管技术发展与创新 (上)

时间:2015-12-01 17:07 来源: 作者:李智鹏

连续油管在油田中使用至今已有30 多年,目前正朝着超越其自身功能的方向发展,特别是在北美地区,一度曾受限于井的维护和修井作业,现在连续油管正越来越多地用于现场作业,并作为完井工艺的主要手段。许多公司正考虑将连续油管作为一种使能器,以促使各种作业顺利实施,如从在封堵和射孔作业中钻开复合压裂塞到向井下下入精密的录井仪等各种复杂作业,大斜度井、水平井完井作业使用连续油管可以带来更高可靠性和更高施工效率。
 
连续油管技术备受关注
 
近几年,连续油管得到了业内的高度关注。北美非传统天然气开发已使连续油管的应用不断增长,增大油管尺寸、提高作业可靠性以及提高位移的延伸能力都是业内关注的焦点;石油公司对储层信息的需求让连续油管在压裂工艺方面得到越来越多的重视;在北美以外,连续油管的显著优势也得到人们的高度关注;使用连续油管仍面临可靠性方面的挑战,在高造斜率和高曲率井以及在含硫气体环境下能更好地承受连续弯曲的油管正在研发之中。
 
作为对行业需求的回应,连续油管已发展为更长、更结实和壁厚更厚的连续管柱,可以在井深更深、温度和压力更高的复杂条件下执行井下作业。除了这些进步以外,判断油管疲劳寿命的计算机模型和油管连接部位焊接工艺的进步都提高了连续油管现场应用的可靠性。在北美以外,不依靠水力压裂的领域,连续油管仍是一种具有明显优势的作业工具,采用标准的直径较小的 1 1 / 2〞~1 3 / 4 〞油管,广泛用于洗井、除砂和氮气注入等工艺,使井下获得更好的流动性。
 
连续油管及其衍生技术应用
 
1993 年,能够统计的连续油管市场应用份额为:用于储层酸化和增产作业占 25%;洗井作业占 25%;注氮替除钻井液或水、让油井能够开始生产的作业占 25%;其它用于打捞、下录井工具、钻井等作业占 25%;这就是水力压裂出现前世界范围连续油管应用的大致状况。
 
在今天的北美地区,约85% 的连续油管用于钻开压裂塞和清除压裂砂的现场作业。北美非传统油气市场的持续开发已迫使连续油管增大尺寸、提高使用的可靠性以及用来助力连续油管抵达总深度的工具,使用这些工具可以提高位移的延伸能力。可靠性方面的提高包含了全球使用的所有直径以及用于海上作业包括深水作业的连续油管。各种水力压裂技术,包括非干扰解决方案(这种方法是以球体分裂的方式来激活套管,或用可溶性球形物大量流进内径塞等技术) 。正朝着淘汰连续油管使用的方向发展,如连续油管激活压裂筒的技术是解决油田重负荷设备进一步延长应用的问题。
 
另外,由于石油工业已向更深、温度和压力更高的储层实施油气钻探,作为一种方法,连续油管已成为输送井下工具和仪器的有效手段,需要时可以使用这些工具和仪器。国民油井 Varco 公司提供的软件可以利用井下脉动装置来模拟追加的水平距离,目的是延长连续油管下井的位移,该软件能让作业者检验不同的场景,预测连续油管一次作业各阶段报出的累计推力和疲劳情况。由于石油公司扩大了连续油管的应用范围,经常对管柱施加推力,使其下至极限深度或超出最初设想的目标距离,在此情形下,可靠性仍是一个关键挑战,连续油管持续工作在大斜度、高温高压和极恶劣环境下可能会使油管受损,导致油管过早损坏,如在含有硫化氢气体的储层中作业,迫使制造商开发出应对这类损坏的连续油管,也包括使用预测软件来帮助我们判断是否能实现下入总井深的最终目标。
不断更新发展的连续油管
 
10 年前,一般采用直径 1 1 / 2 〞的连续油管进行施工作业,而现在需要直径 2〞、长度大于 20,000ft(6,096m)的油管。页岩井、深水井、大斜度井以及大位移井都需要直径更大、下入更深的连续油管。连续油管必须能支撑自身的重量,在某些页岩井的施工中还必须要在更高的压力下输送更大流量的流体,以增加油气开采,这种性能的油管空间占用更小、钻机占用时间更短以及能达到多级分段压裂的目的和效果。但这种效果要求油管一次下入在不压死井的前提下移除隔离塞。
 
今天所生产的连续油管 60% 是直径 2〞或更大尺寸油管,承压强度达 130,000psi(896MPa) 或 屈 服强度更高的油管;35 年前生产的连续油管承压或屈服强度达 70,000psi(483MPa),最初开发这一性能的油管是为了用于海上作业。在海上,当输送射孔枪时,油管支撑自身重量的轴向负荷或能力受到严峻考验,低强度的连续油管需要作业者钻出 1,500ft(457m)的附加井眼。由于那时没有足够强度的油管将射孔枪拉出井眼,要在点火之后释放射孔枪。强度更强、直径更大的连续油管能使其下的更深,输送射孔枪射孔,还能将设备收回,使其重新使用,同时还减少了钻井进尺。
 
2014 年, 被 国 民 油 井 Varco 公司认为是迄今最长的 2〞~ 3,5770ft(1,0902.7m)连续油管在墨西哥湾进行了一次大位移井的下井作业,作业者会问 40,000ft 怎么样?现在回答这个问题会更加困难,开始耗尽油管可用的力量以支撑其自身的重量,如果转用一种较小直径的油管,泵入流体所产生的压力需要克服油管内的摩擦力,而此时的压力会变得极高,在油管重量和能提供足够内径以完成井下作业之间总是要获得一种平衡。由于国民油井 Varco 正致力于开发屈服强度大于150,000psi (1,034MPa)的下一代油管,注入器、压力控制设备以及用来旋转油管线轴的动力系统也都必须进行升级,而油管的壁厚也会相应增加,以承受作业时的高压。
 
Varco公司正在开发油管的连接技术,让连续油管分成两段运输,在井场将两段油管连接起来,具备这种性能要克服一个主要限制,即有多少这样直径的连续油管可以运输,许多地方的普通公路和高速公路都有运载限制,尤其在北美以外的页岩气开发地区确实有这种情况,在一些地方基础设施不发达,这种技术能多快进入发展中国家的市场,基础设施是一个很大的限制因素,连接技术也有助于连续油管的运输和受损部分的修理,延长整个管柱的使用寿命。
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