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CrushFree深水下放系統承受250萬磅之重

CrushFree深水下放系統承受250萬磅之重

在深水作業中,由于面臨的環境條件更為惡劣,技術更為復雜,因此要下放的工具也變得更大、更重,這就為下放工具提出了更嚴格的要求。

來自 | E&P
編譯 | 周詩雨

社會對能源的需求在不斷增加,而人們也開始到越來越遠的地方尋找能源。人類所涉足的海域變得更深,環境也更為嚴酷。在石油行業,一些油公司正在水深深達3658米(12000英尺)的海域進行先導性勘探開發項目,而這其中則會涉及到大量的技術挑戰。嚴酷的深水環境,加之不斷增加的總鉆進深度,這些都為油藏的開發提出了新的技術及服務要求。在這樣的環境中,要想完成完井和井干預作業,就要安裝下放更大、更重的套管柱,那么大鉤上的負載將接近、甚至超過250萬磅。

如果是在較淺水域中進行上述作業,通常鉆桿就可以用作為下井管柱。但是由于卡瓦擠壞現象的存在,鉆桿無法在深水環境中承受高負載的大鉤??ㄍ呤蔷谵D盤處懸持鉆桿用的工具??ㄍ邔︺@桿的夾持會造成夾持處出現應力集中的現象,從而可能導致鉆桿的損壞。最壞的情況下,鉆桿甚至會在高負載的情況被壓壞。因此人們對卡瓦和下井管柱的設計都重新進行了修正,以期解決卡瓦擠壞的現象,為深水項目中重型套管的下放提供更安全的作業方式。

面臨的難題

在深水作業中,卡瓦擠壞現象是下井管柱和卡瓦設計過程中存在的一個主要問題。這些管柱需要下放又長又重的套管、回接管道或者襯管等;在泥漿線處,所有這些管柱加起來的總重量可能接近、甚至超過200萬磅。在轉盤處給下放管柱增加額外的重量,無論是對管柱自身還是對夾持設備而言,都存在很嚴重的問題??ㄍ邐A持系統在大多數情況下都能正常工作,但卡瓦的卡進會產生雙向拉伸載荷和徑向載荷。在雙軸載荷的作用下,下井管柱的軸向額定載荷會降低。

因此鉆桿(下放管柱)和卡瓦設備生產商需要采用新的設計來提高下放系統的防卡瓦擠壞能力。此外,還必須對卡瓦和鉆桿的增強設計進行測試,以確保解決方案的完整性。

新型下放系統

為了能夠在大鉤負載接近,甚至超過250萬磅的情況下,安裝下放更大、更重的套管柱, CrushFree重型下放系統問世。CrushFree下放系統能夠防止卡瓦擠壞現象,完成重負載下的下放作業。該系統包括一個采用了增強設計的加長卡瓦(內置一款新型潤滑系統)、一個額定負載250萬磅的下放輸送器、一個厚壁高強度鉆桿,以及輕型油管和旋轉臺階接頭(圖1)。

CrushFree深水下放系統承受250萬磅之重

圖1. CrushFree下放管柱短節設計了一段卡瓦加長區

現有重型下放管柱面臨的一項作業難題就是如何定位卡瓦,特別是在使用卡瓦加長設計時??ㄍ邊^域的長度有限,需要額外花時間來進行定位和安裝。為了解決這些問題,人們開發了一種新的防卡瓦擠壞設計,即一個加長防擠壓區,并設計為了無熱影響區。這樣不僅減少了下放時間,同時還完全避免了卡瓦安裝在薄弱點上的風險。這種設計靈活功能多,能夠量身定做防擠段的長度。

為了能夠提供確保作業所需的抗拉強度,人們對卡瓦和油管的其余部分都進行了熱處理,抗拉強度可達到每平方英寸(ksi)或165ksi的150kips,遠遠高于美國石油學會(API)5DP S-135標準中所定義的最高等級。但是施加在連接器上的上扣扭矩應在上扣鉗能承受的范圍內。為此,要將下放接頭的連接區域進行進一步的熱處理,將材料的最小屈服強度恢復到更常規的值(135ksi)。無焊接下放管柱接頭的制造流程如圖2所示。

CrushFree深水下放系統承受250萬磅之重

圖2.制作過程包括多個熱處理步驟

通過設計種加長卡瓦,可以減小管柱擠壓的現象??ㄍ咴介L,接觸面積越長。而接觸面積的增加會對降低管道的擠壓力。但是如果卡瓦繼續增長,這種效應就會減弱。

解決管柱擠壓的主要難點是卡瓦之間存在間隙。如果使用三個卡瓦,那么在卡瓦一側的壓鑄模上,就會形成一個很大的間隙,或者損害支撐效果。對此,人們開發了一種新型的雙半體系統,可以安裝四個卡瓦。這樣就能把間隙降至最小,甚至一側的壓鑄模都能完美地被支撐在卡瓦背部。在設計新型卡瓦時,穩定均勻的應力分布是一個主要標準。而四卡瓦的設計,能夠形成完美的應力分布,很好地解決了這一問題。

摩擦因子會影響管柱擠壓的程度,適量使用潤滑油非常重要。潤滑系統也進行了改進。在新設計中,空氣和潤滑油通過雙管系統被投放,內管中充滿潤滑油,外管中充滿空氣。該系統可對卡瓦背面進行大范圍的潤滑油噴灑,給卡瓦系統引入適量的潤滑油劑量,保證了系統的正常運行。在卡瓦旁還設置有導軌,保證卡瓦能夠準確被安裝。

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