logo
专注油气领域
与独立思考者同行

CrushFree深水下放系统承受250万磅之重

CrushFree深水下放系统承受250万磅之重

在深水作业中,由于面临的环境条件更为恶劣,技术更为复杂,因此要下放的工具也变得更大、更重,这就为下放工具提出了更严格的要求。

来自 | E&P
编译 | 周诗雨

社会对能源的需求在不断增加,而人们也开始到越来越远的地方寻找能源。人类所涉足的海域变得更深,环境也更为严酷。在石油行业,一些油公司正在水深深达3658米(12000英尺)的海域进行先导性勘探开发项目,而这其中则会涉及到大量的技术挑战。严酷的深水环境,加之不断增加的总钻进深度,这些都为油藏的开发提出了新的技术及服务要求。在这样的环境中,要想完成完井和井干预作业,就要安装下放更大、更重的套管柱,那么大钩上的负载将接近、甚至超过250万磅。

如果是在较浅水域中进行上述作业,通常钻杆就可以用作为下井管柱。但是由于卡瓦挤坏现象的存在,钻杆无法在深水环境中承受高负载的大钩。卡瓦是井口转盘处悬持钻杆用的工具。卡瓦对钻杆的夹持会造成夹持处出现应力集中的现象,从而可能导致钻杆的损坏。最坏的情况下,钻杆甚至会在高负载的情况被压坏。因此人们对卡瓦和下井管柱的设计都重新进行了修正,以期解决卡瓦挤坏的现象,为深水项目中重型套管的下放提供更安全的作业方式。

面临的难题

在深水作业中,卡瓦挤坏现象是下井管柱和卡瓦设计过程中存在的一个主要问题。这些管柱需要下放又长又重的套管、回接管道或者衬管等;在泥浆线处,所有这些管柱加起来的总重量可能接近、甚至超过200万磅。在转盘处给下放管柱增加额外的重量,无论是对管柱自身还是对夹持设备而言,都存在很严重的问题。卡瓦夹持系统在大多数情况下都能正常工作,但卡瓦的卡进会产生双向拉伸载荷和径向载荷。在双轴载荷的作用下,下井管柱的轴向额定载荷会降低。

因此钻杆(下放管柱)和卡瓦设备生产商需要采用新的设计来提高下放系统的防卡瓦挤坏能力。此外,还必须对卡瓦和钻杆的增强设计进行测试,以确保解决方案的完整性。

新型下放系统

为了能够在大钩负载接近,甚至超过250万磅的情况下,安装下放更大、更重的套管柱, CrushFree重型下放系统问世。CrushFree下放系统能够防止卡瓦挤坏现象,完成重负载下的下放作业。该系统包括一个采用了增强设计的加长卡瓦(内置一款新型润滑系统)、一个额定负载250万磅的下放输送器、一个厚壁高强度钻杆,以及轻型油管和旋转台阶接头(图1)。

CrushFree深水下放系统承受250万磅之重

图1. CrushFree下放管柱短节设计了一段卡瓦加长区

现有重型下放管柱面临的一项作业难题就是如何定位卡瓦,特别是在使用卡瓦加长设计时。卡瓦区域的长度有限,需要额外花时间来进行定位和安装。为了解决这些问题,人们开发了一种新的防卡瓦挤坏设计,即一个加长防挤压区,并设计为了无热影响区。这样不仅减少了下放时间,同时还完全避免了卡瓦安装在薄弱点上的风险。这种设计灵活功能多,能够量身定做防挤段的长度。

为了能够提供确保作业所需的抗拉强度,人们对卡瓦和油管的其余部分都进行了热处理,抗拉强度可达到每平方英寸(ksi)或165ksi的150kips,远远高于美国石油学会(API)5DP S-135标准中所定义的最高等级。但是施加在连接器上的上扣扭矩应在上扣钳能承受的范围内。为此,要将下放接头的连接区域进行进一步的热处理,将材料的最小屈服强度恢复到更常规的值(135ksi)。无焊接下放管柱接头的制造流程如图2所示。

CrushFree深水下放系统承受250万磅之重

图2.制作过程包括多个热处理步骤

通过设计种加长卡瓦,可以减小管柱挤压的现象。卡瓦越长,接触面积越长。而接触面积的增加会对降低管道的挤压力。但是如果卡瓦继续增长,这种效应就会减弱。

解决管柱挤压的主要难点是卡瓦之间存在间隙。如果使用三个卡瓦,那么在卡瓦一侧的压铸模上,就会形成一个很大的间隙,或者损害支撑效果。对此,人们开发了一种新型的双半体系统,可以安装四个卡瓦。这样就能把间隙降至最小,甚至一侧的压铸模都能完美地被支撑在卡瓦背部。在设计新型卡瓦时,稳定均匀的应力分布是一个主要标准。而四卡瓦的设计,能够形成完美的应力分布,很好地解决了这一问题。

摩擦因子会影响管柱挤压的程度,适量使用润滑油非常重要。润滑系统也进行了改进。在新设计中,空气和润滑油通过双管系统被投放,内管中充满润滑油,外管中充满空气。该系统可对卡瓦背面进行大范围的润滑油喷洒,给卡瓦系统引入适量的润滑油剂量,保证了系统的正常运行。在卡瓦旁还设置有导轨,保证卡瓦能够准确被安装。

英文原文请点击 (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章: