連續油管技術應用于油氣開發已經有半個多世紀,近年來,在國內外呈現出快速發展的態勢。為了解決當前國內油氣作業、增產等難題,幾年前,江漢石油管理局第四機械廠迅速加入到連續油管作業設備的研發行列。
發展自主知識產權的國產裝備
2009年,江漢四機廠成功研制出擁有自主知識產權的LGC230連續油管車,其注入頭最大提升力227 kN,滾筒容量1.5寸4500米。采用主輔車兩車布置方式,整機轉彎半徑小、布置合理、結構緊湊、整機移運性好,更加適合國內油田路況。
滾筒采用馬達、剎車、減速箱直接驅動取代傳統鏈條驅動,安裝簡潔,結構緊湊;滾筒可整體左右擺動15度,方便設備擺放及井口對中。滾筒采用鏈條棘輪式固定裝置,保證行車安全。
研發了能對油管深度、起下速度、油管重量等各種作業參數等,進行采集、顯示、儲存、打印。研發了連續油管出井口自動識別系統,能自動判別連續油管及井下工具是否脫離井口閘門;在提升時,并能設置安全距離進行自動減速,增加作業的安全性。配備導管裝置,由連續油管主車提供動力,以液壓馬達驅動,速度可調節,能方便進行發運滾筒及主車滾筒連續油管的置換。并在江漢油田順利地進行了15井次的作業,最大作業深度4127米。
并在此基礎上,開發了LGC130連續油管測試車,整機采用一車布置,注入頭最大提升力127 kN,滾筒容量1寸3500米。采用特殊電纜及測井儀器能滿足適應注蒸汽高壓高溫大位移井、水平井測試,注入頭采用無極調速,速度范圍大,低速穩定性好。滾筒端配備了性能可靠的集流環接口,以滿足測井信號的傳輸。并成功將12毫米測井電纜穿入連續油管內,并在新疆油田順利地進行了5井次的測井作業,最大下入深度1200米,最大水平段450米。
國產作業設備獲得成功應用
2009年1月22日~1月24日,LGC230連續油管作業車在江漢石油管理局王4斜-4-2井用于沖鹽解堵作業中(如圖1),采用反沖的作業方式(即清水進入油管與連續油管環空,沖洗液從連續油管回流至污水罐車內回收),采用邊下連續油管邊循環清水,泵注壓力25MPa,排量200l/min。經過1小時作業,沖洗至1700米,油壓恢復為18 MPa,洗通作業成功。
2009年4月3日至4月5日,LGC230連續油管作業車在江漢石油管理局建南建深1油氣井注氮排液作業中(如圖2),連續油管最大下入速度18m/min, 最大提升速度15m/min。連續油管最大下入深度3550米,液氮泵車排量60m3/min,泵注壓力25Mpa,成功完成作業。
截至2009年12月,LGC230連續油管作業機分別在江漢油田、建南氣礦等地區進行作業施工,累計完成沖鹽解堵、注氮排液12井次;在所施工的井次中,連續油管最大下入深度4127米,最大下入速度18m/min,最大提升速度15m/min,最高施工壓力25 MPa。從使用情況看,設備主要性能參數達到設計要求,設備運轉可靠,該設備基本能滿足江漢油田和周邊中、深井連續油管施工要求,而且在江漢油田特殊復雜井作業中起著關鍵性的作用,設備操作集中、使用方便,自動化程度高,大大減輕了作業工人的勞動強度。
與作業車一樣,LGC130連續油管測試車也在新疆油田獲得成功應用。
2009年9月4日~2009年 9月6日,LGC130連續油管測試車(如圖3)應用于新疆BHW030水平井作業。該測試車主要參數如下:最大額定拉力 127 kN 、最大強行下入能力63.5 kN;最大速度(高檔)60m /min;最大速度(低檔)30m /min;油管容量1”(4000m)1—1/4”(3000m);額定工作壓力69MPa;最高測井溫度270℃。
該作業(如圖4)過程是:連續油管下入837米(水平井段450米、壓力9.51MPa、溫度105.5℃),臺階停測時間的控制為流壓/流溫梯度測試從井口至386米每100米停測一個臺階點;從386米至636米每50米停測一個臺階點;從636米至836米每10米停測一個臺階點,每個測點均測試5分鐘。測試速度的控制:≤10米/分鐘。測試井段的控制0~836米。
截至2009年12月,LGC130連續油管測試車在新疆油田,成功地將測井電纜穿入連續油管內,并將測井儀器與連續油管進行連接,累計完成5井次水平井、大位移井的測試作業,在所施工的井次中,連續油管最大下入深度1200米,最大下入水平段450米。從使用情況看,設備主要性能參數達到設計要求,設備運轉可靠, 滿足大位移、水平油氣井及注蒸汽稠油井帶壓電測作業需求。國產作業裝備的誕生促進了連續油管技術的應用,總的來講,受設備引進成本和國外關鍵技術封鎖的制約,國內目前連續管的應用尚局限于常規作業。盡管正在努力嘗試采用進行鉆井作業,但還缺乏相應的工藝和工具研究。要改變這種發展局面,需要國內制造企業、科研院所及作業公司的通力合作。
國內多項領域亟需發展突破
自上世紀70年代起引進連續油管設備以來,目前國內油氣田主要用于沖砂洗井、誘噴助排、酸洗酸化等修井作業范疇,尚無真正作生產管柱用于鉆井。此前,由于大多數連續油管作業機閑置率較高,致使這種高技術設備幾近貶值。至今,連續油管技術在我國未能普遍推廣。究其原因,大概有以下幾個方面。
尚未完全掌握連續油管技術,缺乏軟件支撐 連續油管的特征是輕、柔屬性(與鉆具及常規單根連接的鋼管相比),使其在井下受力情況特別復雜。當用于非垂直井眼作業時因剛度小,較難承受縱向壓縮載荷;在通過彎曲井段或水平井段較為困難,易發生失穩而產生正弦形或螺旋形變形;在井底作業時,能施加的力太小。
目前國內對連續油管的力學性能還缺乏深入細致的了解。因此,掌握連續油管在井眼中的受力及彎曲變形的力學模型,是開發連續油管作業工藝的關鍵。雖然引進了連續油管技術中的硬件,但這是不夠的,還應當著力于開發出連續油管技術的分析軟件,分析出連續油管應力和彎曲、疲勞、壽命以及循環周期,根據井內不同情況對連續油管的直徑和壁厚進行選擇,并模擬作業情況。
盡快研究開發出連續油管作業配套軟件,解決連續油管作業工藝的問題。我國側鉆井數量較多,市場應用的潛力很大,經濟效益也很好,因此連續油管技術在我國的發展方向,首先是早日攻克連續油管側鉆技術的難關,大力開展連續油管進入斜井、水平井和水平管的力學研究,開發軟件的模型與先導試驗相結合,進一步實踐這項技術,促進國內油氣田又好又快地達到安全高效高產。
連續油管尚未全面實現國產化 連續油管服役條件很惡劣,首先是疲勞彎曲。連續油管從卷筒拉出和卷入時,都需經過注入頭和卷筒間的導向架變向,使連續油管在每次起、下作業都承受6次彎曲,每一次循環中應力都達到材料的屈服點,屬于低周疲勞失效,所以疲勞壽命很低。由于連續油管同時承受彎曲和內壓,當內壓大于一定值后,循環次數急劇下降,連續油管的壽命除了與低周疲勞有關外,還與腐蝕因素有關。造成連續油管早期失效的主要原因是腐蝕性作業。
連續油管作業機上的最大消耗品正是連續油管本身,相比之下,除作業機外,其它各項費用相對較小。在它的使用壽命期結束后,應由國產連續油管來更換,以便在利潤和設備折舊之間達到平衡。寶雞鋼管公司的努力,有望結束連續管長期依賴進口的不利局面。
井下工具亟待實現國產化 連續油管使用范圍廣,只有配套與其作業工藝相適應的井下工具,才能順利完成作業任務,才能發揮連續油管裝備的作用。井下作業工具的缺乏是制約這項技術在我國推廣應用的主要因素之一。因此,研究和開發連續油管作業機配套工具具有非常重要的意義。連續油管作業配套工具主要有兩種,即通用工具和專用工具。一些國外公司對有些關鍵作業配套的井下工具,例如磁性套管定位儀等進行技術封鎖,只提供技術服務,不提供產品,導致連續油管一些特殊作業無法開展,也制約了連續油管油管作業的發展。
連續油管鉆井設備還是空白 到目前為止,我國在連續管鉆機領域還處在起步階段。從國際和國內市場來看,連續管鉆井技術有著廣闊和潛在的市場條件,是未來石油工業重要的發展方向之一。有必要設計開發具有自主知識產權的連續管鉆機,在滿足國內油氣資源勘探開發需要的同時進軍國際市場,爭取在高端石油鉆機領域占有一席之地。將連續管鉆井技術作為下一步需要攻關的關鍵技術,開展連續管鉆機與鉆井配套工藝技術、連續管徑向水平井鉆井技術、連續管鉆井隨鉆測量工具、微井眼鉆井技術研究。
連續油管技術在我國方興未艾。今后,要通過消化吸收及自主開發相結合的方式,加快連續油管設備硬件方面的國產化,及連續油管作業機、連續油管及配套井下工具,特別是特殊作業井下工具,以此縮小我國與國外設備及作業工藝上的差距。而且不光是硬件,攻克連續油管作業軟件也是今后的重點發展方向。