連續(xù)油管損傷評(píng)價(jià)技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用

呂豐

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司(黑龍江大慶163453)

連續(xù)油管損傷評(píng)價(jià)技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用

呂豐

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司(黑龍江大慶163453)

連續(xù)油管在使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些如劃痕、凹坑、縮徑等，這些損傷都影響連續(xù)油管承載能力。為綜合客觀評(píng)價(jià)連續(xù)油管的承載能力，編制了連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)，結(jié)合連續(xù)油管在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，建立了“連續(xù)油管壽命在線檢測(cè)”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)管承載能力預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果更加全面、客觀。

連續(xù)油管;損傷評(píng)價(jià);壽命預(yù)測(cè);在線監(jiān)測(cè)

連續(xù)油管作為油田現(xiàn)場(chǎng)的一種應(yīng)用工具，具有作業(yè)施工效率高、無(wú)接箍、可連續(xù)起下的優(yōu)勢(shì)，且能滿足一些特殊工藝的需要，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)油田應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在大規(guī)模壓裂中，應(yīng)用日益頻繁。在這樣高強(qiáng)度要求下，如何安全合理利用連續(xù)油管，成為連續(xù)油管應(yīng)用的重要課題[1]。目前，國(guó)內(nèi)、外存在3種連續(xù)管疲勞壽命測(cè)試手段[2]，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法、連續(xù)管疲勞試驗(yàn)機(jī)法、連續(xù)管疲勞壽命預(yù)測(cè)模型法。3種連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)方法，國(guó)、內(nèi)外均有較多應(yīng)用實(shí)例，但均不包含損傷對(duì)連續(xù)油管壽命影響的評(píng)價(jià)[3]。

在使用過(guò)程中，連續(xù)油管不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些如劃痕、凹坑、縮徑以及橢圓等，影響連續(xù)油管承載能力[4]。為更客觀地評(píng)價(jià)在役連續(xù)油管的承載能力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)油管現(xiàn)場(chǎng)的安全應(yīng)用，2011年，中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司引進(jìn)了連續(xù)油管在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，應(yīng)用疲勞試驗(yàn)機(jī)的方法建立了連續(xù)油管損傷壽命預(yù)測(cè)模型，開發(fā)了連續(xù)油管壽命分析與預(yù)測(cè)平臺(tái)，兩者配合應(yīng)用建立“連續(xù)油管在線檢測(cè)及壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)”，對(duì)在役連續(xù)管實(shí)施耐壓極限預(yù)測(cè)，并植入預(yù)測(cè)平臺(tái)，確保連續(xù)油管在一些極限壓力作業(yè)中的安全，尤其是在保證連續(xù)油管大規(guī)模壓裂過(guò)程中的安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外存在3種連續(xù)管疲勞壽命測(cè)試手段。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法

通過(guò)積累大量連續(xù)油管現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)，建立經(jīng)驗(yàn)公式，以連續(xù)油管原始參數(shù)、歷史施工記錄評(píng)估連續(xù)油管的疲勞程度，預(yù)測(cè)連續(xù)油管現(xiàn)有承載能力。同時(shí)需有嚴(yán)格的連續(xù)油管管理制度，建立詳細(xì)的連續(xù)油管施工數(shù)據(jù)庫(kù)(包括從連續(xù)油管出廠到報(bào)廢的全部施工數(shù)據(jù))，為保證經(jīng)驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性，需要積累大量的連續(xù)油管施工數(shù)據(jù)。

1.2 連續(xù)管疲勞試驗(yàn)機(jī)

通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估連續(xù)油管疲勞壽命規(guī)律，建立經(jīng)驗(yàn)公式指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)機(jī)具有局限性，不能模擬所有施工工況。

1.3 連續(xù)管疲勞壽命預(yù)測(cè)模型法

通過(guò)理論研究，建立連續(xù)油管疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，評(píng)測(cè)連續(xù)油管壽命指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)。應(yīng)用時(shí)，需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)添加修正系數(shù)，結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)的符合度需要積累大量現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)。

2 技術(shù)原理

應(yīng)用連續(xù)油管在線檢測(cè)儀，采集連續(xù)油管數(shù)據(jù)，建立連續(xù)油管管理檔案。在疲勞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立連續(xù)油管疲勞及損傷后的壽命預(yù)測(cè)模型，并建立連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)，應(yīng)用形成“在役連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)”。

2.1 連續(xù)油管在線檢測(cè)設(shè)備

在線監(jiān)測(cè)設(shè)備由3部分組成，結(jié)構(gòu)關(guān)系見圖1。

1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，應(yīng)用漏磁檢測(cè)技術(shù)[5]，研制具有環(huán)向及縱向檢測(cè)、壁厚測(cè)量、橢圓度測(cè)量、位置測(cè)定單元的探頭組。

2)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)，記錄檢測(cè)信號(hào)處理后提供給報(bào)警標(biāo)示打印系統(tǒng)。

3)報(bào)警標(biāo)示打印系統(tǒng)，當(dāng)收到超過(guò)報(bào)警值的信號(hào)時(shí)發(fā)出提示，并顯示檢測(cè)曲線。

報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警值可根據(jù)施工需要設(shè)置，收到報(bào)警信號(hào)后需立即停止起下作業(yè)，手動(dòng)檢查報(bào)警部位損傷情況，評(píng)價(jià)其承載能力，并選擇具體處理措施;最后一次的檢測(cè)曲線作為下步施工前連續(xù)油管壽命評(píng)價(jià)的依據(jù)，同連續(xù)油管使用記錄一同存入連續(xù)油管檔案。

2.2 連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)

連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)(圖2)，由數(shù)據(jù)庫(kù)(圖2 (a))和計(jì)算模塊(圖2(b))組成，平臺(tái)應(yīng)用過(guò)程為：

1)數(shù)據(jù)庫(kù)中存有每盤連續(xù)油管的原始參數(shù)及歷次使用中在線檢測(cè)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)(包括損傷、壁厚、橢圓度等)，總稱為連續(xù)油管歷史檔案數(shù)據(jù)，在疲勞壽命計(jì)算前調(diào)出導(dǎo)入計(jì)算模塊，成為計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2)計(jì)算模塊是根據(jù)連續(xù)管疲勞試驗(yàn)機(jī)的連續(xù)油管壽命評(píng)價(jià)原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算疲勞和損傷對(duì)連續(xù)油管壽命的影響規(guī)律，建立的計(jì)算模塊。該模塊有3種計(jì)算方法可供選擇，隨計(jì)算數(shù)據(jù)的積累，各計(jì)算方法的參數(shù)可適當(dāng)修正以提高預(yù)測(cè)精度。

3)結(jié)合連續(xù)油管歷史檔案數(shù)據(jù)應(yīng)用計(jì)算模塊可計(jì)算連續(xù)油管的極限承載能力，施工前輸入本次連續(xù)油管施工工藝參數(shù)(施工壓力曲線、軸向載荷、下深等)，在給定安全系數(shù)條件下，應(yīng)用計(jì)算模塊計(jì)算后平臺(tái)會(huì)返回一個(gè)數(shù)字，該數(shù)字表示本盤連續(xù)油管在該種工況條件下所能承擔(dān)的作業(yè)次數(shù)，該數(shù)字大于1時(shí)說(shuō)明本盤連續(xù)油管可滿足本次施工需求，否則不能滿足。

4)施工后將本次施工參數(shù)數(shù)據(jù)及檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)保存，更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

連續(xù)油管在線檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)小巧安裝方便(現(xiàn)場(chǎng)安裝位置見圖3)，不影響現(xiàn)場(chǎng)施工，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)連續(xù)油管物理參數(shù)(圖4)，提高連續(xù)油管使用安全性;結(jié)合連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)，充分考慮了施工中的磨損減薄、橢圓度、疲勞、傷痕對(duì)其現(xiàn)有連續(xù)油管施工能力的影響;系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，具有預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、跟蹤記錄的綜合功能，隨著施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，預(yù)測(cè)平臺(tái)計(jì)算模塊會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性會(huì)逐步提升。

圖4 中各曲線波動(dòng)峰值體現(xiàn)檢測(cè)項(xiàng)異常程度，可根據(jù)需要設(shè)置峰值的報(bào)警值，即調(diào)整系統(tǒng)檢測(cè)報(bào)警的靈敏度。

4 技術(shù)指標(biāo)

連續(xù)油管在線監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)為：

1)設(shè)備檢測(cè)的鋼管范圍：連續(xù)管厚度1.91～6.35mm，直徑φ31.8～60.3mm。

2)檢測(cè)速度：50m/min。

3)檢測(cè)靈敏度：缺陷檢測(cè)靈敏度外表面刻槽深度0.2mm±0.05mm、長(zhǎng)度3mm±0.10mm、寬度0.5mm，內(nèi)表面刻槽深度0.4mm±0.05mm、長(zhǎng)度3mm± 0.10mm、寬度0.5mm，孔洞檢測(cè)靈敏度φ0.8mm± 0.05mm通孔，直徑測(cè)量精度±0.13mm，壁厚測(cè)量精度±0.13mm，缺陷位置精度10mm。

5 應(yīng)用情況

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司自系統(tǒng)建立以后在杏13-丁4-平42、朝103-72及南238-平234井等多口井應(yīng)用證明：

1)設(shè)備檢測(cè)報(bào)警閥值可按需設(shè)置，靈活好用且靈敏度高，可直觀地反映檢測(cè)結(jié)果(圖4)。

2)由于現(xiàn)場(chǎng)施工中連續(xù)油管外壁潔凈程度較低，影響檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證誤報(bào)率5%～7%。

3)同盤連續(xù)油管連續(xù)應(yīng)用，壽命評(píng)測(cè)結(jié)果遞減規(guī)律明顯，損傷疲勞擴(kuò)展預(yù)測(cè)符合性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)符合率大于90%。

4)連續(xù)油管檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)速度50m/min，檢測(cè)時(shí)不影響施工效率。

5)檢測(cè)系統(tǒng)定位滾輪只能單向記錄連續(xù)油管長(zhǎng)度，需要改進(jìn)為正負(fù)雙向長(zhǎng)度記錄功能。

6)分析在線監(jiān)測(cè)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)時(shí)，需手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)到連續(xù)油管壽命預(yù)測(cè)平臺(tái)，接口轉(zhuǎn)換軟件尚待開發(fā)。

6 結(jié)論

1)連續(xù)油管在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能對(duì)φ60.3mm、φ50.8mm、φ38.1mm、φ31.75mm規(guī)格的連續(xù)油管進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得最新連續(xù)油管數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)原有傷痕的擴(kuò)展情況并檢測(cè)新傷痕，可直接估算連續(xù)油管耐壓能力，有效地保證連續(xù)油管施工安全。

2)在線檢測(cè)設(shè)備最大檢測(cè)速度50m/min，高于連續(xù)油管作業(yè)起下速度，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3)該系統(tǒng)評(píng)價(jià)連續(xù)油管承載能力時(shí)考慮了損傷的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果更加全面、客觀。

[1]張運(yùn)翹.連續(xù)油管應(yīng)力和壽命分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，1995，24(1)：21-25.

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coiled tubing;damage assessment;life prediction;on-line monitoring

左學(xué)敏

2015-03-10

呂豐(1977-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事修井技術(shù)研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)工作。