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新技术让连续油管伸的更远(下)

新技术让连续油管伸的更远(下)

SMARTaper技术可最大限度的降低偏置焊缝的影响,同时优化连续油管的重量与抗疲劳性能。沙漏式构造可进一步减小连续油管的重量与摩擦压耗。结合运用这两种新技术,可大幅提升连续油管的水平延伸能力。

来自丨World oil
编译丨TOM

沙漏式连续油管

最新管柱设计通过壁厚与创新型构造来使连续油管达到很轻的重量,以提高连续油管的水平延伸能力与抗疲劳性能。连续油管服务公司正寻求减小油管重量的方法,同时保持或提升管柱长度,而又不牺牲安全性、连续油管延伸能力以及使用寿命。作为应对这些挑战的回应,“沙漏式”连续油管设计构造已经越来越受欢迎。

新技术让连续油管伸的更远(下)

图5.运用了快速变径过渡带技术的为大位移作业定制设计的沙漏式管柱实例

沙漏式管柱构造的特点是连续油管上端壁厚更小,通常不会承受严重的应力。然而,这种薄壁要仔细选择,用以提供足够的轴向载荷能力,确保作业时保持安全过提值。快速变径过渡带的固有灵活性允许制造商造出定制的沙漏式连续油管,从而最大限度的提升延伸能力、过提能力以及疲劳寿命,同时满足连续油管地面设备设计的限制。

如果使用得当,这种管柱设计构造的新趋势不会影响连续油管的延伸能力。定制设计的连续油管主要优点有:

1. 重量优化;
2. 减少了连续油管摩擦压耗,是由于为了增加管柱刚性,因此延长了厚壁段,从而限制了管柱内径(IDs);
3. 降低所有油管成本。

重量是大位移连续油管管柱设计的主要挑战。随着新一代大直径连续油管管柱的长度可能超过24000英尺,重量超过125000磅,其中一个关键挑战是连续油管地面设备(滚筒与拖车)的当前动员重量限制。这个重量限制限制了连续油管可设计的最大壁厚,也就影响了该特定设计的刚度以及水平位移能力。

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图6. 大位移设计的连续油管设计方法的简述

重量的限制可能会对管柱的最大长度造成不利影响。为此,连续油管服务公司必须要缩小连续油管尺寸,仅依靠大位移工具与流体添加剂的作用来达到目标深度,这会妨碍连续油管对作业的适用性。

一个应对挑战的工程方法。图6简述了Global Tubing公司遵循的连续油管设计方法,该方法使连续油管制造现代化,并使服务商能够保证作业者的需求。这些设计标准已经被证明可以提高连续油管在大位移井作业中的表现,并且在符合地面设备设计限制的同时,增加了连续油管的可用疲劳寿命。

该方法从减小位于水平段的连续油管的重量开始。利用增加管径与壁厚比(D/t)来减小连续油管重量,这是通过尽可能较小壁厚来实现的。为了保持连续油管足够的机械性能,因此增加管材屈服强度来补偿抗压能力与轴向载荷能力。沿着连续油管,策略性的选择与布置不同的壁厚,以提高管柱抗弯强度,并避免其在井内发生螺旋屈曲。如果需要限制重量,则在允许范围内尽可能减少上端的壁厚,从而形成“沙漏”形状。

案例

在Williston,Powder River和Denver Julesburg盆地工作的连续油管服务公司(图7)与Global Tubing公司合作,设计出延伸能力能够达到10500英尺的管柱,同时符合严格的重量限制。为此,需要对连续油管服务公司提供的信息进行评估,例如完井图、勘测、作业实践以及可用的连续油管地面设备,以便制造出优化的连续油管。

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图7. 在Williston,Powder River和Denver Julesburg盆地应用的连续油管工程方案

定制的管柱设计平衡了几个因素,可以最大限度的延伸,同时保持可接受的油管重量。制造商的大位移连续油管设计方法专注于最大限度减小7寸套管内的连续油管的螺旋弯曲,通过布置特定的壁厚来增加抗弯强度以及减少井壁接触力。正确选择最薄壁厚,是基于连续油管设备的形状(鹅颈管与滚筒)的合适管径与壁厚比(D/t),从而避免在磨铣作业时最薄壁厚出现在地面。

将沙漏式构造运用到连续油管设计中,是为了满足连续油管服务设备以及动员物流所设置的重量限制。沙漏式构造与在预定位置使用双快速变径过渡带相结合,可以优化偏置焊缝的疲劳寿命。

这些管柱设计被运用到各自区域,在水平延伸上都超过了预期。在DJ盆地2寸连续油管设计达到了9500英尺的水平延伸,在Powder River盆地2.375寸连续油管设计达到了10000英尺的水平延伸,另外在Williston区域2.375寸连续油管设计达到了10500英尺的水平延伸。图8描述了上述盆地的连续油管工程解决方案。

图8. Williston,Powder Rive,与Denver-Julesburg盆地的连续油管工程解决方案

综合使用定制的连续油管设计、减摩工具以及流体添加剂,再与优越的作业技术相结合,对DJ、Powder River与Williston盆地经济有效的开发更长水平井产生了积极的影响。

下一步是什么?更长的水平段与尺寸更大的完井设计是重中之重。美国非常规页岩作业者正继续推进井的水平段延伸极限,钻完井都已证明可以达到10000英尺。在Bakken与Permian盆地的作业者预计到2018年,超长水平段可超过16000英尺,旨在提高每口井的总采收率。所要用的连续油管已经通过审查,定制的连续油管设备也正在建造中,以支持连续油管增加的长度与重量。2.375寸与2.625寸连续油管工程方案设计,长度超过29000英尺、最大壁厚为0.276寸(使用过的作业管柱中最大壁厚),目前处于最终设计阶段。预计这些管柱重量将超过155000磅,将会成为美国连续油管修井作业新的里程碑。

连续油管制造商不断创新。连续油管制造业最近的技术革新是引入在线淬火与回火工艺,使生产的连续油管整体具有一致的微观结构,从而改变连续油管修井工艺。一致的钢材微观结构不仅增加了钢材的强度,同时还增加了油管抗疲劳性与抗腐蚀性。这项技术能够通过采用更大的管径与壁厚比(D/t)来实现连续油管的高性能,同时满足额定压力、抗拉载荷限制以及提高疲劳寿命。

通过在线淬火与回火工艺,采用快速变径过渡带技术,提高了连续油管在多个页岩区块作业的安全性、稳定性以及利润率。连续油管制造商正与作业者和连续油管服务商进行合作,生产出精心设计的连续油管管柱,此管柱具有更强的抗变形性以及抗低周疲劳性。这些技术促进了世界范围内新极限大位移井的连续油管修井的经济解决方案的出现。

石油与天然气行业为了支持勘探开发作业,有着不断创新与发展技术的悠久历史。随着业内先进的水平井钻完井技术的发布与应用,连续油管制造商们将不断创新并提供工程解决方案,来使连续油管能够在最复杂的环境与最关键的项目中成为优质、安全及可靠的技术。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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