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连续油管技术发展与创新 (下)

时间:2016-02-02 15:42 来源: 作者:李智鹏 中石油渤海
        在美国非传统气开发领域,Cudd能源服务公司看到越来越多的连续油管服务装备都用于水力压裂作业。这些服务设备用来处理增加的压裂塞。压裂塞在激活储层后需要被立刻研磨掉,特别是在更长的水平段。在非常规气兴旺之前,连续油管主要是一种用来除砂和进行储层原地激活的生产工具。今天,连续油管在水力压裂作业的前后都要使用。

连续油管用于压裂的使能器

        一项利用连续油管分隔储层、射孔以及进行连续油管井下环空作业的技术能让作业者快速命中储层,有助于利用连续油管重新部署井下封隔器。这项技术由埃克森美孚的研发公司授权使用, 可在储层间移动, 不需要射孔枪。封隔器属于井底钻具组合,储层分隔工艺能让作业者一次单程下井进行多层压裂,设定封隔器、射孔并对某个地层进行水力压裂,随后封隔器被均衡、释放、上提到下一个关注的层位,在井下重复这一操作过程。石油公司看到了这种更加灵活、节省时间的井下作业所带来的好处,可大幅度降低成本。 目前, 这种封隔器正在二叠纪盆地,西俄克拉荷马州和洛矶山地区的油气开发中使用。Cudd 公司最近获得了一项创新技术,该技术需要在公司电缆油管工具协同下工作。电缆油管是一种专用的连续油管,内含电缆线,可提供实时影像、录井、测井以及所有作业的井下数据。任何需要地面实现的井下定位都将通过电缆油管和数据来更新或修正,并在水平分支井的作业中得到验证。过去曾用看一步走一步的方法来判断连续油管的下深,现在利用安置在连续油管上的定向工具,作业者能更精确地定位油管到达了井下的位置,准确命中一口分支井的指定入口,在接近问题井段时这种方法能带来许多灵活性。随着长度更长、重量更重以及环形速度的增加, 连续油管已变得更为有效,更加可靠,由于管体变得体量更大,下入装置已从 35,000 磅(15.88t)的钩载能力提升到 140,000 磅(63.5t)的钩载能力,连续油管作业装置运用了多种技术,并配备了计算机和远程数据传输的卫星通信系统。

光纤遥测技术研制成功

        性能描述软件用来实时诊断和监测油管瑕疵,扫描装置在一个磁漏系统的协助下进行工作,可进行 360° 的管体检验。为了应对不断增加的井深和井斜的挑战,斯伦贝谢 2015 年 3 月为实时井下连续油管服务系统的 ACTive 家族推出两项附加产品。许多大位移井的测量深度已超过其垂深的 3 倍,这种趋势还在增加。水平位移的增加已远远超过了连续油管作业的牵引能力,也就是油管的下放和上提能力,当将所用的光滑线和电缆线的重力因素计算在内时,连续油管的牵引力则更加显得不足。井下实时数据采集、工具输送及大位移井眼射孔等作业都依赖于连续油管,这种依赖和需求还在不断增长,促使连续油管实时选择射孔和激活系统 ACTive OptiFIRE 在不断改进和升级。该系统一次下井能对不同深度的10 个储层进行射孔,使用连续油管提供的光纤遥测技术有助于在各个爆炸之间实现适当的深度关联,系统一次引爆一个射孔枪,与传统方法相比可节省时间和成本,射孔枪一次下井部署到每个储层,由于点火信号是以光纤遥测方式传输的,不需要向井下泵入流体来引爆射孔枪,使作业者在射孔时建立一个欠平衡环境,将地层伤害减至最小,传统射孔方法泵入的流体会妨碍欠平衡射孔的良机,无法实现欠平衡射孔。

        系统利用实时井下压力读数能精确定位线缆的深度,2  1 / 8 ″的封隔器组件安置在连续油管上, 膨胀至指定的压力,膨胀压力必须非常精确,如果不是实时测量就不会有这样的确信,封隔器膨胀液必须灌满整个连续油管的长度,产生很大的回压,导致地面获得的压力读数不准确。为了确保连续油管保持完好,斯伦贝谢开发出油管瑕疵或损伤识别软件,增强了 CoilScan 油管扫描实时检测系统的识别能力,检测装置通过一个磁通量漏失系统来检验油管的性能,能对管体进行 360° 范围的检测,包括外径、内径和壁厚,检测腐蚀、锈斑、凹痕或其他瑕疵。设 计 抗 磨 损 和 能 替 换 的 连 续 油管。碳化钢管几乎没有限制,这主要是因为碳化钢在井下较短的暴露时间,而硫化氢环境下以及最近出现的微生物侵蚀对钢材有一定影响,需要多家服务公司以及石油公司的通力合作,确保对水进行适当有效的处理。国民油井 Varco 公司的 100,000psi(689MPa)屈服强度的连续油管被批准用于含硫气体的井下服务,但需先进行水处理作业。

提高油管疲劳预测的准确性

         1993 年,连续油管市场 25% 用于酸化和油层激活作业,25% 为洗井作业,25% 为氮气开窗作业,25% 为各种打捞、下录井及钻进等作业;今天在北美,大约 85% 的连续油管作业是钻开压裂塞及洗井清除压裂砂作业;所生产的连续油管 60% 是 2″或直径更大的油管,屈服强度从 35 年前初期生产的 70,000psi(483MPa)提高至130,000psi(896MPa) 或 更 高; 随着连续油管直径更大、强度更强以及环形速度的增加,使用效率也越来越高,下入装置的钩载能力已从 35,000 磅(15.88t)提高至 140,000 磅(63.5t)。连续油管在日常油井作业中出现疲劳是不可避免的。疲劳预测软件曾利用一种非线性方法计算这种损坏,疲劳寿命是一个累积的过程,由于连续油管在下井使用期间和在起出井眼的过程中不断弯曲、回直和无规则的轴向变形,很大程度上取决于通过油管泵入的循环压力,在油管寿命的早期,与一个特定现场作业相关联的弯曲经历可以用去 3%的疲劳寿命,但在接近油管的最后寿命时执行几乎完全相同的作业可能会使油管产生 2 倍于早期的疲劳损坏。国民油井 Varco 公司推出了一个线性疲劳计算模型,可对一个特定的现场作业给出连续油管疲劳损坏的预测数值,不管是新油管还是接近退役的油管,线性疲劳计算软件能让技术人员更容易地决定油管起下数次。软件包括一个类似斜纹焊接疲劳损坏建模的附加特性,斜裁焊接能让油管长截面连接,生 产 出 一 个 15,000ft(4,572m) 至20,000ft(6,096m)的连续油管管柱。新模型适合于任何环境,预计能为深水钻井或高压页岩钻井作业带来巨大的收益。国民油井 Varco 公司开发的扭矩与摩阻的建模软件,可作为线性疲劳软件的一部分。当连续油管尾端使用了脉动 / 振动设备时可以调用该建模软件,这些工具减小了滑动摩擦,降低了粘滑频次,使在大位移井眼中作业的油管推的更远,下得更深。直到今天,作业者也无法预测当使用这些工具时,能将井内的油管下到多深。现在,通过将振动设备在软件中建模的方法,作业者能确定是否他们能达到一个额外的 1,600ft(487.68m)或1,800ft(548.64m)的水平段,使油管到达需要被研磨掉的最后一个复合压裂塞。
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