连续管技术与装备在深层页岩气开发中的浅析

为了促进深层页岩气连续管技术进步,提高连续管装备在深层页岩气井的作业能力和安全水平,总结深层页岩气连续管作业技术与装备发展现状,调研深层页岩气连续管作业技术与装备面临的挑战;分析深层页岩气连续管作业技术与装备的发展需求,总结深层页岩气连续管作业技术与装备研究难点。基于此,提出了深层页岩气连续管作业技术与装备发展方向和研究建议,即配备大管径、超长下深能力连续管作业装备,推进延长下深技术发展,持续提升作业安全性,加强数字化连油建设及发挥辅助配套的作用等。同时提出了大管径、超长下深能力连续管作业装备的结构形式和现场作业流程,大管径、大容量滚筒的结构和作业模式,延长下深新作法、提升连续管作业安全性的具体措施和辅助配套的用法和配套要求,对深层页岩气连续管作业具有很强的指导意义。未来连续管应用需适应深层超深层、超长水平段、套管变形井等复杂井作业需求,是深层页岩气连续管作业技术与装备发展及现场应用的主要方向。

LG90/50Q型轨道式一体化连续管作业机研制

目前,国内外丛式平台井、大斜度长水平井数占比逐步攀升,大部分油气田已步入生产开发中后期,采油、修井作业任务频繁,对现场作业设备的自动化、智能化程度提出了更高要求。针对现有采油、修井机以及连续管作业设备进行平台井采油、修井作业时存在频繁运移、拆装调整井口设备、作业劳动强度大等问题,研制了一种可适应采油、修井及其它常规作业工艺的轨道式一体化连续管作业机。该作业机采用双轨道撬装形式,可实现井口设备快速运移、拆装及高度和水平方位调整,连续管装备与井口支架可同时实现修井及采油作业配套设备快速转换等。应用结果表明:轨道式一体化连续管作业机整体操控运行灵敏且满足作业要求,配套设备拆装自动化程度高,修井采油作业工艺设备实现快速转换,减轻了现场人员劳动强度。

连续管测控系统配套信号传输装置研究

作为油田开发、油气储层改造的重要技术,连续管测井、射孔和压裂酸化等工艺作业需求激增,且必须通过井下数据采集传输及控制信号完成井下测试及控制作业,但目前国内外主要采用的特制电缆连续管滚筒装置及测井滚筒作业机,存在功能单一、成本高且结构复杂和通用差等问题。因此,基于常规连续管作业机结构特点、通过对现有连续管测试及控制数据信号传输系统分析,完成多适应性连续管测控系统配套信号传输装置研究设计,研究并设计一类通用性强且传输高效的多适应性连续管信号测试、采集传输及反馈控制系统配套信号传输装置,省去传统设备定制化加工制造及作业工艺适应性单一导致的高成本、繁杂结构导致的作业及检修操作的高劳动强度,对于实现连续管作业机智能测控一体化多功能转型升级意义重大,同时对于未来油田开发的数字化网络实时监测系统创新极为重要。

风电变桨轴承套圈应力及失效分析

某风场风力发电设备中部分变桨轴承在使用2年后轴承外圈安装孔处产生裂纹,裂纹宽度约5mm。基于赫兹接触理论建立静力学平衡模型计算了双排4点接触球轴承每个滚动体的载荷分布情况,使用有限元方法计算了在倾覆力矩的作用下套圈安装孔位置应力分布情况。结果表明,在安装孔附近螺栓松弛4颗的情况下安装孔位置的拉应力达到415.35MPa,代入ASME疲劳设计曲线得出的寿命不能满足实际工作需要,螺栓的松弛是导致套圈开裂的原因。该研究对实际变桨轴承工作有一定的指导意义。

垂直井中连续管的纵向振动分析

直井中连续管运动时的阻尼较小,如果激励频率与固有频率相同,在较小的周期性激励下就有可能产生较大幅度的振动,这种振动有可能导致连续管的表面损伤,或加速连续管的疲劳损伤。鉴于此,建立了直井中连续管的纵向振动微分方程,经过简化,得到了连续管振动频率的特征方程,通过数值计算可以得到不同长度连续管纵向振动的固有频率。应用差分方法,计算了共振条件下振幅的增长趋势。研究结果表明:连续管下入越深,基频的频率越低;越高阶固有频率的共振,井口连续管应力振幅增加越快;激励力的频率与连续管起升或下降速度成正比,速度越大,共振时井口连续管应力振幅越大。研究结果可为连续管振动损伤预防研究奠定理论基础。

水平管中残余变形管柱的摩擦力实验

连续油管钻井技术已经广泛应用到油井的各作业中,由于连续油管平时缠绕在滚筒上,塑性变形很大,虽然经过注入头的矫直,仍然会有较大的残余弯曲变形,会严重影响水平井延伸长度。本文通过相似实验得到管柱不同曲径比下所受到的摩擦力曲线拟合函数,然后再通过相似分析验证模型实验的正确性并得到各相似常数,进而求得连续油管与管壁之间的摩擦阻力。经实验数据分析得出5.08 cm(2 in)的连续油管在经过多次弯曲变形后在水平井段所受到的阻力是理想未发生变形的2.3倍。由此可以按摩擦系数的两倍来估算管柱所受到的实际延伸摩阻。

氢能储运关键技术研究现状及前景分析

介绍了氢能开发领域中各类氢能储运关键技术及相关装备的应用现状,包括气氢(GH_(2))、液氢(LH_(2))、固氢(SH_(2))、有机液氢(LOHC)储运技术,天然气掺氢管道输送技术,相关储氢材料及设备,并结合储氢密度、安全性、操作便捷性、经济性,阐述了各类氢能储运技术与装备的优势及不足。指出液体和固体形式储氢密度高、安全、运输方便,有望与燃料电池技术结合,广泛应用于交通运输领域;天然气掺氢管道输送是氢能规模化、大面积区域性辐射应用的必然趋势,相关技术、标准需完善。最后提出了未来氢能储运技术及关键装备的发展方向。

氢燃料电池汽车关键技术研究现状与前景分析

系统介绍了氢燃料电池关键技术及相关核心部件应用现状,对比分析了各类氢能燃料电池技术优势与不足,重点阐述了质子交换膜燃料电池技术研究现状。同时,结合燃料电池技术详细介绍了氢能燃料电池汽车工作原理与动力系统,重点分析了燃料电池发动机技术以及配套核心材料、关键零部件应用现状与研制成本。最后,对氢能燃料电池汽车发展趋势与技术路线进行了深入思考与展望,未来氢能燃料电池汽车应当从降低燃料电池关键部件研制成本、提高有效使用寿命出发,推动燃料电池汽车商业化发展;此外,着力研发天然气掺氢(HCNG)内燃机将是未来拓展氢能交通运输领域的重要方向。

连续管倒管器优化设计

国内现有倒管器存在工作时主轴不旋转导致其磨损严重,且运转不平稳;无法适应运输滚筒上不同中心孔布局;排管臂无法调整排管角度以适应注入头导向器高度,可能使连续管进出排管器时大角度弯折,从而导致连续管表面损伤等问题。研制了一种新型连续管倒管器,采用有限元分析方法以及现场应用,验证了该倒管器设计可靠性及现场适应性。现场应用结果表明,该倒管器适用连续管外径38.1~63.5 mm,运输滚筒外径2700~3700 mm,运输滚筒宽度1780~2300 mm,最高倒管速度20 m/min,既能实现运输滚筒的快速安装、高效倒管,也能驱动运输滚筒直接实现连续管起下作业。相关研究加快了连续管配套装备国产化进程,有助于推动油田现场实现降本增效。

连续管速度管柱滚筒控制系统研究

针对下放连续管速度管柱时,只考虑下放而不考虑起升的特殊工况,对速度管柱滚筒工作过程中的受力和载荷进行分析与计算,并对传统的滚筒制动控制系统进行改进,利用盘刹制动系统代替原有的双向液压马达以提供下放所需要的反扭矩。所设计的制动系统能够在满足连续管速度管柱的工况前提之下,提高其下放效率和精度,并降低作业成本。

制氢关键技术及前景分析

针对日益严峻的全球能源危机、环境污染以及温室效应,全球能源结构正逐步经历从油气时代向低碳新能源时代的转变,其中氢能作为清洁、高效、可再生的低碳二次能源被普遍称为最理想的利用能源。介绍了各类制氢关键技术的工艺方法、原理,对比分析了其各自工艺特点与工业应用,最后归纳分析各类制氢技术的应用前景及其未来发展方向。

氢能储运关键技术及前景分析

可开发利用的化石能源储量有限并且正在被迅速消耗,导致全球能源危机日趋严峻,并且化石燃料的大量使用所产生的SO_(2)、CO等气体的排放将直接导致环境污染以及温室效应的加剧,对此,全球能源利用结构正逐步从化石燃料向无碳的新型能源时代的过渡。其中,氢能作为环保、高效、清洁的低碳二次能源被称为“最理想的新型能源”。介绍了各类氢能储存、运输等关键技术的工艺方法,对比分析了其各自工艺特点及工业应用情况,最后,归纳分析各类氢能储存、运输等技术的应用前景及其发展方向。

制氢与CCUS关键技术耦合研究进展及展望

系统介绍了氢能开发领域中各类制氢关键技术的工艺原理、应用现状,包括化石能源制氢、工业副产气制氢、化工原料高温裂解制氢、电解水制氢以及其他制氢技术,对比分析了各类氢能制备技术的优势与现存不足。详细展示了碳捕获、利用与封存(CCUS)技术的工艺原理、适用场合以及研究现状。最后,综合分析了耦合CCUS技术的低碳制氢关键技术研究进展,并为实现我国“双碳”目标、推动氢能源低碳可持续发展进行了展望。

新型一体化连续管作业机辅车研制及应用

为了进一步提升一体化连续管作业机的作业效率、降低作业成本,促进连续管装备配套技术发展,推进连续管装备和配套装置的集成化设计与应用,研制了新型一体化连续管作业机辅车,实现了配套泵注装置与连续管装备的集成。该辅车由II类底盘车、泵注装置、液压与控制系统、随车吊、防喷系统、发电机、长短支腿和附件等组成,配合一体化连续管作业机主车进行通井、洗井,一体化快速修井以及清蜡、解堵、冲砂、水力机械切割等作业。现场应用结果表明:该辅车与一体化连续管作业机主车配套使用,创下了单机组年作业300口井以上的国内小修作业记录,进一步提高了作业效率,不仅减少了现场泵注设备的配备,而且节约了整体作业成本,节省了井场空间,达到了降本提速增效的目的。

一种下连续油管速度管柱滚筒的设计

针对连续油管速度管柱作为生产管柱存放井筒中不需要起升这一特殊的工况,本文设计了一种新型的连续油管滚筒,对传统的滚筒结构改进,旨在既可以满足连续油管速度管柱的下放,又能提高连续油管速度管柱下放效率,降低作业成本。

拖装式连续管作业机研制及工业化拓展应用

连续管技术是以一根能盘卷的数千米连续钢制管沟通地面与井底,实现高效、安全、便捷、环保地修复井筒和改造储层任务的技术。为此中国石油在国家863计划支持后继续设立集团科技重大专项,以“科技攻关-现场试验-专项推广”的一条龙思路,重点推进该技术的攻关与应用。中石油江汉机械研究所有限公司于2009年完成大管径滚筒。