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新技術讓連續油管伸的更遠(下)

新技術讓連續油管伸的更遠(下)

SMARTaper技術可最大限度的降低偏置焊縫的影響,同時優化連續油管的重量與抗疲勞性能。沙漏式構造可進一步減小連續油管的重量與摩擦壓耗。結合運用這兩種新技術,可大幅提升連續油管的水平延伸能力。

來自丨World oil
編譯丨TOM

沙漏式連續油管

最新管柱設計通過壁厚與創新型構造來使連續油管達到很輕的重量,以提高連續油管的水平延伸能力與抗疲勞性能。連續油管服務公司正尋求減小油管重量的方法,同時保持或提升管柱長度,而又不犧牲安全性、連續油管延伸能力以及使用壽命。作為應對這些挑戰的回應,“沙漏式”連續油管設計構造已經越來越受歡迎。

新技術讓連續油管伸的更遠(下)

圖5.運用了快速變徑過渡帶技術的為大位移作業定制設計的沙漏式管柱實例

沙漏式管柱構造的特點是連續油管上端壁厚更小,通常不會承受嚴重的應力。然而,這種薄壁要仔細選擇,用以提供足夠的軸向載荷能力,確保作業時保持安全過提值??焖僮儚竭^渡帶的固有靈活性允許制造商造出定制的沙漏式連續油管,從而最大限度的提升延伸能力、過提能力以及疲勞壽命,同時滿足連續油管地面設備設計的限制。

如果使用得當,這種管柱設計構造的新趨勢不會影響連續油管的延伸能力。定制設計的連續油管主要優點有:

1. 重量優化;
2. 減少了連續油管摩擦壓耗,是由于為了增加管柱剛性,因此延長了厚壁段,從而限制了管柱內徑(IDs);
3. 降低所有油管成本。

重量是大位移連續油管管柱設計的主要挑戰。隨著新一代大直徑連續油管管柱的長度可能超過24000英尺,重量超過125000磅,其中一個關鍵挑戰是連續油管地面設備(滾筒與拖車)的當前動員重量限制。這個重量限制限制了連續油管可設計的最大壁厚,也就影響了該特定設計的剛度以及水平位移能力。

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圖6. 大位移設計的連續油管設計方法的簡述

重量的限制可能會對管柱的最大長度造成不利影響。為此,連續油管服務公司必須要縮小連續油管尺寸,僅依靠大位移工具與流體添加劑的作用來達到目標深度,這會妨礙連續油管對作業的適用性。

一個應對挑戰的工程方法。圖6簡述了Global Tubing公司遵循的連續油管設計方法,該方法使連續油管制造現代化,并使服務商能夠保證作業者的需求。這些設計標準已經被證明可以提高連續油管在大位移井作業中的表現,并且在符合地面設備設計限制的同時,增加了連續油管的可用疲勞壽命。

該方法從減小位于水平段的連續油管的重量開始。利用增加管徑與壁厚比(D/t)來減小連續油管重量,這是通過盡可能較小壁厚來實現的。為了保持連續油管足夠的機械性能,因此增加管材屈服強度來補償抗壓能力與軸向載荷能力。沿著連續油管,策略性的選擇與布置不同的壁厚,以提高管柱抗彎強度,并避免其在井內發生螺旋屈曲。如果需要限制重量,則在允許范圍內盡可能減少上端的壁厚,從而形成“沙漏”形狀。

案例

在Williston,Powder River和Denver Julesburg盆地工作的連續油管服務公司(圖7)與Global Tubing公司合作,設計出延伸能力能夠達到10500英尺的管柱,同時符合嚴格的重量限制。為此,需要對連續油管服務公司提供的信息進行評估,例如完井圖、勘測、作業實踐以及可用的連續油管地面設備,以便制造出優化的連續油管。

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圖7. 在Williston,Powder River和Denver Julesburg盆地應用的連續油管工程方案

定制的管柱設計平衡了幾個因素,可以最大限度的延伸,同時保持可接受的油管重量。制造商的大位移連續油管設計方法專注于最大限度減小7寸套管內的連續油管的螺旋彎曲,通過布置特定的壁厚來增加抗彎強度以及減少井壁接觸力。正確選擇最薄壁厚,是基于連續油管設備的形狀(鵝頸管與滾筒)的合適管徑與壁厚比(D/t),從而避免在磨銑作業時最薄壁厚出現在地面。

將沙漏式構造運用到連續油管設計中,是為了滿足連續油管服務設備以及動員物流所設置的重量限制。沙漏式構造與在預定位置使用雙快速變徑過渡帶相結合,可以優化偏置焊縫的疲勞壽命。

這些管柱設計被運用到各自區域,在水平延伸上都超過了預期。在DJ盆地2寸連續油管設計達到了9500英尺的水平延伸,在Powder River盆地2.375寸連續油管設計達到了10000英尺的水平延伸,另外在Williston區域2.375寸連續油管設計達到了10500英尺的水平延伸。圖8描述了上述盆地的連續油管工程解決方案。

圖8. Williston,Powder Rive,與Denver-Julesburg盆地的連續油管工程解決方案

綜合使用定制的連續油管設計、減摩工具以及流體添加劑,再與優越的作業技術相結合,對DJ、Powder River與Williston盆地經濟有效的開發更長水平井產生了積極的影響。

下一步是什么?更長的水平段與尺寸更大的完井設計是重中之重。美國非常規頁巖作業者正繼續推進井的水平段延伸極限,鉆完井都已證明可以達到10000英尺。在Bakken與Permian盆地的作業者預計到2018年,超長水平段可超過16000英尺,旨在提高每口井的總采收率。所要用的連續油管已經通過審查,定制的連續油管設備也正在建造中,以支持連續油管增加的長度與重量。2.375寸與2.625寸連續油管工程方案設計,長度超過29000英尺、最大壁厚為0.276寸(使用過的作業管柱中最大壁厚),目前處于最終設計階段。預計這些管柱重量將超過155000磅,將會成為美國連續油管修井作業新的里程碑。

連續油管制造商不斷創新。連續油管制造業最近的技術革新是引入在線淬火與回火工藝,使生產的連續油管整體具有一致的微觀結構,從而改變連續油管修井工藝。一致的鋼材微觀結構不僅增加了鋼材的強度,同時還增加了油管抗疲勞性與抗腐蝕性。這項技術能夠通過采用更大的管徑與壁厚比(D/t)來實現連續油管的高性能,同時滿足額定壓力、抗拉載荷限制以及提高疲勞壽命。

通過在線淬火與回火工藝,采用快速變徑過渡帶技術,提高了連續油管在多個頁巖區塊作業的安全性、穩定性以及利潤率。連續油管制造商正與作業者和連續油管服務商進行合作,生產出精心設計的連續油管管柱,此管柱具有更強的抗變形性以及抗低周疲勞性。這些技術促進了世界范圍內新極限大位移井的連續油管修井的經濟解決方案的出現。

石油與天然氣行業為了支持勘探開發作業,有著不斷創新與發展技術的悠久歷史。隨著業內先進的水平井鉆完井技術的發布與應用,連續油管制造商們將不斷創新并提供工程解決方案,來使連續油管能夠在最復雜的環境與最關鍵的項目中成為優質、安全及可靠的技術。

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