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【本周專題:鉆井】復合材料讓管柱浮起來

【本周專題:鉆井】復合材料讓管柱浮起來

LSS推出的漂浮下管柱系統,利用復合材料的特點,提高了鉆機作業的安全性,優化了作業時間,從而顯著降低作業成本。

來自丨E&P
編譯丨TOM

利用復合材料技術,在系統中引入了獨特的漂浮下管柱的設計。該系統是由100%復合材料制成,能以多種方式提高作業安全性,從新的角度來應對海上下套管作業所帶來的挑戰。工程師們應用該項技術,能夠縮短鉆井作業階段所需的時間,并使鉆機在不超過其最大作業能力的情況下工作。

復合材料應用史

盡管石油與天然氣行業在應用復合材料方面并沒有處于領先地位,但其他行業幾十年來一直使用復合材料來提高性能與安全性。這其中就包括航空航天工業,自1987年以來,該行業復合材料的使用量每五年就會翻一番。復合材料已經改變了航空業的格局,減少了機身重量,提高了燃油經濟性,降低了運營成本。

海運業也差不多,其中超過90%的船體是復合材料,而汽車行業用于長途運輸的重型卡車,其車身結構的90%以上都是由復合材料所構成。

復合材料更是建筑行業的首選,因為其有太多令人滿意的特性:

1、靈活性;
2、高抗沖擊性;
3、重量輕(重量減輕20%至50%);
4、現場壽命長;
5、低維護費用;
6、抗電導率、腐蝕與疲勞損傷;
7、熱穩定性; 以及耐損傷性。

復合材料在海上的應用

下管柱解決方案(LSS)公司提出了一個方案,在它的下管柱系統中運用復合材料,當時石油與天然氣行業沒有任何公司采取這種方法來漂浮下管柱。

LSS副總裁Chris von Eberstein表示:“我們希望給客戶提供更好的選擇,以提高鉆機作業的安全性,優化作業時間,并減小下套管的大鉤載荷,從而顯著降低作業成本?!?/span>

沒有人嘗試過復合材料的部分原因是因為需要有一種材料能夠適用于鉆井液。幾乎所有被用于鉆井與采油作業的復合材料都是設計用在海水中。但鉆井液是一種不同的介質,具有不同的化學成分與溫度。最大的挑戰就是需要研發出合適的材料,這點很重要,但von?Eberstein相信這是可以做到的。

Trelleborg工業集團董事Antony Croston表示,他的公司利用其在漂浮系統方面40年的經驗,結合了該公司對環境如何影響他們確定材料、添加劑以及處理方式的認知,最終提出最佳的復合材料解決方案?!霸谶M行實驗來尋找合適的材料時,我們會分析這些材料為何失敗,以及這些材料是如何降解的,利用這些分析找出可行的材料,然后我們再進行實驗來測試它?!?/span>

Trelleborg制造的原材料,包括空心玻璃微球。這些球原來形狀看起來像滑石粉,但事實上,它是一個高強度的空心玻璃球。Croston說:“這種材料與高性能航空航天應用中使用的復合材料類型相同,并且其成品形式與其他部件相結合,下入管柱系統的核心部分基本上是都由聚氨酯材料所覆蓋?!?/span>

Croston解釋說,在特定的溫度與壓力下,對置于鉆井液中的復合材料進行暴露試驗,測量樣品試驗前后的重量。根據預定的合格/不合格的標準來衡量結果。循環測試如下。

他說:“我們將對樣品加壓一段時間,然后將其取出,隨著時間的推移,重復評估循環載荷?!?/span>

當測試結果顯示已經找到合適的材料時,開發人員知道他們已經找到了一個解決方案,在實施時該方案會以一種全新的方式產生顯著的安全優勢。

根據Von Eberstein的說法,我們需要明白,復合材料才是這個系統的推動者。

他說:“如果有任何金屬部件,作業者就不愿意將該系統安裝在隔水管中,因為即使是一小塊掉入井筒的金屬,也會造成巨大的損失?!?/span>

提高安全性

von Eberstein說,安全性是開發這個工具的動力。復合材料是建立該系統的必要元素,此系統可以在隔水導管內工作,而且不會給海底井口系統與套管帶來損壞的風險,它的總體目標是解決鉆機超過其最大設計鉤載的風險。

他還表示:“我們希望提供一種工具,能使鉆機在安全設計參數范圍內工作?!?/span>

作業者租用鉆機來下套管,必須考慮每個作業所需的鉆機規格。在確定必要的鉤載時,套管的重量與送入管柱的重量以及套管下入深度是主要考慮因素,但海況也是一個因素。

一旦套管/下入管柱位于隔水導管內,基于復合材料的系統就會產生浮力,這可以減少鉤載,降低鉆機超過其最大額定鉤載的風險。

von Eberstein表示:“這給了更小與更便宜的鉆機安全完成這項作業的機會。同時,這也意味著可能無需尾管回接裝置,以及能夠下入更長的套管?!?/span>

【本周專題:鉆井】復合材料讓管柱浮起來

配備有復合材料漂浮系統的兩根套管在下入到井眼中之前被提起

連續作業減少了停工時間,這不僅可以通過減少工人作業時間來提高安全性,而且因為減少時長而提高了作業效率。

根據Croston的說法,安全始于Trelleborg在嚴格的制造環境中制造復合材料部件。各個漂浮部件與固定夾組件送達LSS現場,由經過LSS專門培訓的人員組裝到下入管柱的接頭上。然后將下入管柱的接頭裝載到運輸筐中,并以與傳統下入管柱完全相同的方式輸送到準備作
業的鉆井平臺。von Eberstein表示,通過使用高質量的材料與單獨的系統組件,并遵循LSS公司嚴格的組裝流程,可以確保在多個作業中達到一致的結果。

此外,由于元件相對較輕,它們可以減少海上作業人員受傷的風險。而且將它們安裝在下入管柱上時,也無需采用提升能力很強的設備。

Croston表示:“單人提升設備就能夠完成這項作業?!彼€表示公司認為該產品是用于減少設備故障與深水重大安全事故所必需的產品。

他最后表示:“下入/提升套管管柱時,要精確計算動載荷的影響是非常困難的。通過使用我們的系統,我們可以提供一種方法,使鉆機能夠保持其在安全作業范圍內?!?/span>

由于LSS系統已經在海上作業中得到驗證,該團隊正在展望其他復合材料的應用,通過減輕重量,增加耐久性以及提高浮力,從而提高海上作業的安全性。

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