连续油管作业技术--权威

连续油管作业技术CoiledTubingOperationTechnology李宗田中国石化石油勘探开发研究院2014.2主要内容第一部分：连续油管发展与性能第一部分：连续油管作业工具第一部分：连续油管作业技术第一部分：连续油管发展与性能CoiledTubingDevelopmentandProperty连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能当前主要连续油管服务成套连续油管作业设备连续油管的发展历史•1945–在北海用于输油管线•1950’s–SubmarineAntenna–第一套使用盘根的连续油管•1962–第一套连续油管服务设备•1989–螺旋焊接连续油管•1991–高强度连续油管•1990’s–强度和使用寿命得到提高•目前–强度达到120,000lbs(磅)(1磅=0.45359公斤)时间跨度相应阶段20世纪60-70年代产生与探索阶段：强度低、技术不完善，仅用于洗井、打捞等简单作业。20世纪80-90年代技术进步阶段：井下工具配套，工艺技术得到改进，尺寸进一步增加。20世纪90年代以来技术成熟和迅速发展阶段：应用在水平井钻井、侧钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域。历经三个发展阶段世界三大连续油管生产公司：美国精密油管技术公司、优质油管公司和西南管材公司。连续油管的直径从12.17-168.14mm共有100多种规格；屈服强度为48.213-96.416MPa；单根长度可达9000m，作业设备车的数量已达到600多台，并且以每年20%的速度增长。仅美国普拉得霍湾西部作业区每年使用连续油管作业超过1000井次。现在，全世界的年耗量近500万米，作业工作量以每年25%的速度增加。国外发展现状1985年以来，国内陆上各油田共引进连续油管作业设备20多台，主要分布在大庆、胜利、中原、河南、大港、辽河、新疆等油田。大庆油田、塔里木油田、吐哈油田利用连续油管作业技术进行了气举、清蜡、洗井、冲砂、测井、挤水泥作业，成功地解决了油田生产中的一些特殊难题，取得了良好的效果。与国外相比，国内在连续油管和作业车的制造方面尚属空白，技术不配套，作业服务范围小，设备利用率低，接受和认识程度不高。国内发展现状GlobalCTUCount(1316Total)共1316台套连续油管分布状况历年全球连续油管服务产值状况•年增长20%•2005年产值18亿美元–19996.11亿美元–20008.27–200111.23–20029.04–200310.54–200413.24–200517.59–200620.23(估计)2006年全球连续油管市场状况地区产值亿美元)份额%美国9.050%加拿大3.017%其他(包括中国)6.033%总计18.0发展趋势早期主要作为传输流体的通道，基本用于洗井、基质酸化和氮气举升。目前这些应用仍然是主要的应用领域，2001年占连续油管服务收入的77%。现在，已经扩展到钻井(DRILLING)、作业(WORKOVER)、测井和射孔(LOGGINGandPERFORATION)增产措施(STIMULATION)等领域发展趋势：压裂、浅油气层钻井和在老井上钻多枝井。第一部分：连续油管发展与性能连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能当前主要连续油管服务连续油管作业车连续油管作业车示意图导管器注入头连续油管动力系统控制系统井口连续油管设备机械组成连续油管装配图第一部分：连续油管发展与性能连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能连续油管机械性能连续油管制造厂家续油管主要制造商集中在美国QualityTubing(优质油管公司)PrecisionTechnology(精密管技术公司)SouthWesternPipe(西南管子公司)整机装配和注入系统生产的公司有Hy-draRig公司Bowen工具公司Otis工程公司。连续油管制造材料碳素钢调质钢钛合金钢(质量轻和强度高等优点，但价格贵，是普通钢制连续油管的6倍。)早期连续油管焊接HAZHAZ30ft对接焊连接1000-2000ft对接焊连接焊接质量差有薄弱点焊缝较长油管强度降低50%经常出现质量问题螺旋焊接-现在使用•平面螺旋焊接使热影响区分布均匀•热影响区降低70+%•抗拉强度接近本体•焊接的同时可以检验•螺旋焊代替了对接焊（对接焊热影响区强度降低50%，多数施工管柱不使用对接焊。高强度连续油管•屈服强度：70号钢70,000PSI80号钢80,000PSI90号钢90,000PSI1980s–通过热处理加工高强度管目前--使用合金材料，不需要热处理防腐蚀连续油管•2000’s–出现铬防腐蚀连续油管-更长使用周期(Cycle/寿命Life)-悬挂在腐蚀性井中•非金属-复合管–外径大,滚筒小–现场不能维修–没有广泛应用CoiledTubingTechnicalDataTableSelectorSelectDesiredTechnicalDataTablebyClickingonListedDimensions(USorMetric)CoiledTubingQT-700QT-800QT-900QT-1000QT-1200HO-70DimensionsAreas&VolumesSpecifiedMinimumYieldStrengthCoiledTubingUtilizationSpoolCapacityChartOD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)OD(in)OD(mm)70,000to90,000PSI100,000to120,000PSILoadFactor.0.62515.900.62515.900.62515.90....0.62515.900.62515.90...00to.35AllSizes0.75019.100.75019.100.75019.10....0.75019.100.75019.100.750..40to.801.00025.401.00025.401.00025.401.00025.40..1.00025.401.00025.401.0001.0001.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.2501.2501.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.5001.5001.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.7501.7502.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.0002.0002.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.3752.3752.62566.702.62566.702.62566.702.62566.702.62566.70..2.62566.702.6252.6252.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.8752.8753.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.5003.500检测•螺旋焊平面检测（flat）•常用磁通量检测•现场检测检测仪器装在连续油管轮毂上连续油管地面设备•连续油管–陆上卡车/拖车–海上撬装设备–注入器–指重仪–深度仪–检测设备–导入弧–导链/夹管器•连续油管.–滚筒尺寸，驱动能力–动力单元–控制室–监测设备–压力控制设备(TheStack)•防喷器•夹管器-盘根盒•针形阀/变径•井口联结•管线–旋转头/水龙头，接头，管汇连续油管地面设备陆地设备布置•场地布置–场地租赁•环境限制/问题•管理部门的要求•紧急关井和撤离计划•临近地区的其他作业•对环境的影响陆地连续油管设备摆放•场地限制–上级要求,场地尺寸,道路限制•危险地带的识别•设备的尺寸和重量•设备的摆放方向•远程控制台和紧急关断装置的位置•逃生通道和设备•绳索的栓系点海上连续油管的摆放•设备类型(漂浮平台/固定平台)•吊车的能力•环保要求和废物存放•附近的其他作业•地面和水下的支撑能力•后勤支持•管理部门的规定•紧急关井和撤离计划•对环境的影响•平台和平台道路的尺寸•危险区域的识别•平台空间的限制(设备,管材等)•设备的尺寸和重量•设备的摆放方向•远程控制台和紧急关断装置的位置•逃生路线和装备，救生艇…•钻机位置/起重机位置•栓系点和安全点海上连续油管的摆放第一部分：连续油管发展与性能连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能连续油管机械性能连续油管的机械性能•屈服强度55,000–用于管线•屈服强度70,000–广泛应用于各种作业•屈服强度80,000/90,000/100,000逐渐普及90,000已用于各种作业屈服强度110,000–120,000特殊需要–Cr合金管用于特殊服务(QTI)•外径1OD–4.5OD–作业:1–2.875OD–管线:3.5and4.5OD•壁厚.080to.250•台阶管柱，下入更深，强度更大–3500’of.175”wall–4000’of.156”wall–8500’of.134”wall•通常台阶管柱有5-6个壁厚•锥形管柱•以下网站提供数据–QualityTubing:–Precision:连续油管的机械性能台阶管柱焊接记录连续油管的硬度高强度连续油管需要使用经过特殊硬化处理的连接头和卡瓦屈服强度标准洛氏硬度范围连续油管的受力/极限/失效•由于压力和拉力导致油管失效•连续油管的主要受力:–轴向力–径向力–周向力–剪切力•连续油管的形状尺寸和•载荷决定了受力的大小–内压力–外压力–轴向力(+拉,-压)–剪切力连续油管强行下入时弯曲图连续油管受力•预测受力极限–软件–手册•如果vonMises方法计算的载荷超过了屈服强度，连续油管就会失效•失效形式:–破裂–挤毁–断裂注:vonMises方法中没有考虑椭圆度连续油管受力•vonMises可以预测–破裂–挤毁(不考虑椭圆度)–屈曲–最大承压–直径尺寸随内压力的增加–剪切vonMises方法中没有考虑椭圆度–考虑到椭圆度，必须增加一个安全系数.–椭圆度在实际使用中增大，必须测量和记录连续油管受力•连续油管受力分析软件–MaurerEngineering–C.T.E.S.•C.T.E.S.CoiledTubingHandbook提供了所有的力学计算公式–C.T.E.S.,Conroe,Texas.•以下公司/网站提供技术数据，图片:–QualityTubingInc.,Houston,Texas–PrecisionTubeTechnology,Houston,Texas–InterventionandCoiledTubingAssociation(ICoTA)–CavoDrillingMotors–Petro-TechTools(nowaDivisionofSchlumberger-CoilTOOLS)–PCE(nowpartofNationalOilwellVarco)–BakerHughes–WellheadControlProducts连续油管使用寿命•连续油管下入和起出时都要经历三次塑性变形–1–滚筒–2–进入导弧–3–离开导弧•每一次的变形都会最终导致连续油管破裂失效•