提高连续油管使用寿命的方法

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。

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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

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