對連續(xù)油管的技術(shù)優(yōu)勢及其焊接方法的探討

屈海清

摘要：連續(xù)油管又稱撓性油管或柔性油管，被廣泛應(yīng)用于修井、測井和鉆井等領(lǐng)域。本論文對連續(xù)油管的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用做了詳細(xì)的分析，并對其焊接方法做了詳細(xì)的闡述，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)油管;技術(shù)優(yōu)勢;焊接方法

連續(xù)油管（coiled tubing，簡稱CT）是相對于常規(guī)單根螺紋連接油管而言的，又稱為撓性油管、蛇形管或盤管，是油田鉆井、完井、試油、采油、修井和集輸?shù)阮I(lǐng)域中重要的作業(yè)裝備。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球能源的緊張局勢，國外的連續(xù)油管得到了飛速的發(fā)展，在在性能、規(guī)格、長度等方面都有很大提高，新型連續(xù)油管作業(yè)機(jī)性能的改進(jìn)使得連續(xù)油管的應(yīng)用更為廣泛，連續(xù)油管在國內(nèi)的應(yīng)用處在初級階段，具有很大的發(fā)展空間。本論文對連續(xù)油管的技術(shù)優(yōu)勢做了詳細(xì)的分析，并對其焊接方法做了詳細(xì)的闡述。

1.連續(xù)油管的技術(shù)優(yōu)勢

1.1降低鉆井作業(yè)成本。美國應(yīng)用小井眼連續(xù)油管技術(shù)鉆井的成本目標(biāo)是比現(xiàn)在常規(guī)鉆井技術(shù)節(jié)省40%，50%的開支，最大深度1828.8m。原西德克隆斯用常規(guī)技術(shù)鉆一口1524m油井的總成本為25—35萬美元，而用小井眼連續(xù)油管鉆井的成本為15萬美元。

1.2適用于高壓油層和欠平衡壓力鉆井。常規(guī)欠平衡鉆井作業(yè)過程中，由于連接單根油管時(shí)暫停鉆機(jī)液循環(huán)，對油藏造成壓力波動，同時(shí)，停泵后會形成巖屑墊層，而連續(xù)油管無需連接單根油管，因而能保持井底壓力穩(wěn)定，不會對地層產(chǎn)生外來的壓力波動，也可以避免出現(xiàn)巖屑墊層。

另外還能減少鉆井事故，節(jié)省鉆井液循環(huán)時(shí)間;更適用于鉆小井眼井、老井側(cè)鉆、老井加深;有利于提高自動化水平;連續(xù)油管內(nèi)可以放置電纜，有利于實(shí)現(xiàn)自動控制和隨鉆測量;保護(hù)油藏。

從以上幾個(gè)方面來看，用連續(xù)油管鉆井其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是比較先進(jìn)的，也減少了對環(huán)境的污染，這是符合節(jié)能環(huán)保的技術(shù)。連續(xù)油管技術(shù)之所以能迅速發(fā)展，還因?yàn)樗募夹g(shù)裝備有了很大的進(jìn)步，達(dá)到了現(xiàn)代化水平。

2.連續(xù)油管的應(yīng)用分析

連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)應(yīng)用最初開始于二十世紀(jì)60年代，90年代開始向更多的領(lǐng)域推廣應(yīng)用。隨著常規(guī)作業(yè)項(xiàng)目穩(wěn)步發(fā)展，新開發(fā)的作業(yè)項(xiàng)目迅速增加。通過相關(guān)的調(diào)查研究我們可以得出，作為主要常規(guī)作業(yè)項(xiàng)目的連續(xù)油管注氮、洗井和注酸共占連續(xù)油管作業(yè)量的75%，其中僅洗井一項(xiàng)就占了58%。以下為連續(xù)油管鉆井的應(yīng)用范圍：

2.1軟地層小井眼直井;

2.2水平井欠平衡重鉆井;

2.3在不用永久性安裝鉆井設(shè)備的海上平臺或浮動生產(chǎn)設(shè)施上鉆井;

2.4 在88.9mm或更大直徑油管中過油管鉆井;

2.5加深井鉆井;

2.6探井;

2.7淺層氣救援井（降壓井）;

2.8淺層氣無基座鉆井;

2.9郊區(qū)或環(huán)境敏感區(qū)（降低噪音、場地限制、 防止漫濺、光學(xué)干擾）鉆井;

2.10老井重入、邊遠(yuǎn)地區(qū)勘探、邊際油田開發(fā)。

3.連續(xù)油管焊接的要求

由于連續(xù)油管通常用于井下作業(yè)，工況條件極其惡劣，要承受高強(qiáng)度的拉伸，擠壓，扭轉(zhuǎn)和彎曲。其內(nèi)表面一般用于傳送高速的帶有高腐蝕性的油，泥漿和潤滑液等液體，對內(nèi)表面的磨損非常嚴(yán)重。連續(xù)油管新用途的開發(fā)應(yīng)用，例如測井、射孔、裸眼鉆井、高壓井的修井作業(yè)和永久性井下安裝。以及作業(yè)的井口壓力不斷增大，現(xiàn)在連續(xù)油管則需要在井口壓力高達(dá)10000 psi的井中進(jìn)行施工應(yīng)用。因此，對連續(xù)油管的材質(zhì)提出了更為苛刻的要求。雖然復(fù)合材料連續(xù)油管具有幾乎無限長的疲勞壽命，重量較輕，且能夠抵御20000 psi的內(nèi)壓，但是其制造費(fèi)用太高，使其難以投入常規(guī)連續(xù)油管作業(yè)服務(wù)市場的應(yīng)用?；蛟S這種復(fù)合材料連續(xù)油管將只能在采用常規(guī)連續(xù)油管不能夠?qū)嵤┳鳂I(yè)的用途中得以應(yīng)用。

對連續(xù)油管補(bǔ)焊接頭的性能要求也隨著變得苛刻，焊接接頭的熱影響區(qū)時(shí)整個(gè)連續(xù)油管的薄弱環(huán)節(jié)，最容易在受到拉伸，擠壓等綜合作用力時(shí)，發(fā)生斷裂。焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度應(yīng)滿足等強(qiáng)匹配原則。連續(xù)油管在井下作業(yè)中，管體要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、流體內(nèi)壓以及自重等多種力的作用。

4.連續(xù)油管焊接方法的選擇

4.1 焊接線能量

4.1.1TIG焊。焊接速度較慢，通過計(jì)算線能量較大，但可以通過背面銅墊的作用，有效降低線能量。

4.1.2等離子弧焊。等離子是一種壓縮程度很高的離子氣流，其方向性好，弧柱中心溫度可達(dá)8000～10000℃。能量密度高達(dá)105～106W/cm2。對于10～12mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成型。

4.2焊縫成型

4.2.1TIG焊。TIG焊為單面焊雙面成型工藝，焊接參數(shù)選擇合適，焊縫正反面成型平整光滑，焊道寬度均在5～7mm 之間，而且反面為自由成型，有利于對接焊后續(xù)碾壓熱處理工作。

4.2.2等離子弧焊。等離子弧焊與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的，能較好實(shí)現(xiàn)單面焊雙面自由成型。焊縫的深/寬比大，熱影響區(qū)窄，工件變形小，但具有小孔效應(yīng)。

4.3飛濺情況

4.3.1TIG焊。熔池處于惰性氣體保護(hù)之下，而且惰性氣體不發(fā)生冶金反應(yīng)，焊接過程穩(wěn)定，電弧能量參數(shù)可精確控制，飛濺很小。

4.3.2等離子弧焊。焊接時(shí)熔池處于離子氣（氬氣形成的離子?。┖捅Ｗo(hù)氣（保護(hù)熔池和焊縫不受空氣的有害作用主要為氬氣）的保護(hù)之下。形成溫度較低、沖擊力較小的等離子弧，焊接過程穩(wěn)定，但設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。

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