国产连续管作业机的研究现状及应用

连续管作业技术及装备是我国油气田勘探开发、提质增效不可或缺的工程利器。介绍了我国连续管作业技术的发展历程,以及连续管作业机的技术现状,对连续管作业机关键部件的技术发展情况进行了分析,总结了我国典型连续管作业机的分类、作业参数、使用场景、适应工艺以及现场应用效果,结合我国油气开发和连续管作业技术的实际情况,提出了连续管作业机的发展方向,为我国连续管作业机的研究和应用提供参考。

连续管注入头振动特性分析

为了解决连续管注入头在运行中的振动问题,以某型号在用连续油管注入头集成装置为研究对象,通过有限元模态分析的方法对注入头的振动特性进行研究。研究表明,引发连续管注入头共振的主要因素为液压马达的振动,当液压马达转速为600~1 800 r/min时,连续管注入头在X向易引起共振,振动幅值为2.6 mm,与实际工况相吻合。通过该文研究可知,在实际工作中如果出现由于注入头共振导致的振幅过大和异响等问题,可以通过控制液压马达的转速或提升注入头的固有频率来降低箱体的振动。

连续油管注入头夹持机构强度分析

针对所设计的连续油管作业机,分析了注入头的组成结构及其工作原理,并对所设计连续油管的轴向力和夹紧液压缸夹紧力进行了计算。相关分析结果表明,每对夹持块的径向力为80.92kN,每对夹持块最大轴向力为32.37kN,连续油管最大应力为197.98Mpa,夹持块的连续油管最大应力为280.45Mpa,满足使用要求。

CT38连续管作业车研制与应用

面对我国日益繁重艰巨的油气勘探开发生产任务和与日俱增的水平井改造及后期作业问题,连续管技术和装备所具有的独特优势得到了进一步认识,对连续管技术与装备的需求迅速扩张。依托国家863计划的重点课题,攻克了整机动力系统设计与优化、整机电-液系统集中控制、注入头与滚筒协同动作、注入头夹持机构与夹持块表面特殊处理工艺、注入头起下时的载荷自适应控制等关键技术,成功研制了拥有自主知识产权的国内首台连续管作业机。现场试验表明,整机各项指标达到设计要求,运行安全平稳,防喷系统在高套压工况下的动密封性能符合现场要求,可以实施带压作业,整机越野性能和移运能力经受了泥泞道路和井场恶劣条件的严峻考验,并取得了良好的增产效果。

连续管在注入头多种夹持方式下的受力分析

连续管作业机在现场作业时,连续管在传送过程中受到的压紧力会使管体形成一定的椭圆度,影响了连续管的工作性能。研究了连续管在双向夹持、3向夹持和4向夹持等3种夹持状态下的受力和变形,并应用Pro/Mechanica对连续管的应力大小及分布进行了分析,计算了连续管的变形量,指出采用4向夹持方式连续管产生的椭圆度仅为0.26%,最大应力为330.3 MPa,远小于其他2种夹持方式,因此连续管的性能可以得到更大程度地发挥。

CT-摩擦块静摩擦因数测定试验研究

为了测定CT-摩擦块的静摩擦因数,进行了相应试验。制造了连续管静摩擦因数测试专用试验装置,并确定了试验测试方法。试验发现,CT与摩擦块之间静摩擦因数与CT的初始曲度有一定关系;当摩擦块与CT之间磨损量加大,管-块之间配合改变,各试件实测静摩擦因数呈下降趋势,最终趋于恒定,保持在0.5以上;注入头优化设计中采用最小试验测定静摩擦因数是安全可靠的。

连续管钻机注入头夹紧系统载荷均布设计方法

为了使连续管钻机注入头链条和夹持块平稳进入推板,防止夹持块咬管等问题,开展了注入头夹紧系统的载荷均布设计。通过建立注入头驱动系统和夹持系统的相关力学模型进行计算分析,得到半圆形夹持块具有最优异的综合力学性能。采用单因素分析法,分别对半圆形夹持块的径向间隙、夹持块曲率半径、夹持块倒角曲率半径、夹持块环槽数、环槽宽度、环槽倒角曲率半径等参数进行优化设计,获得注入头具有较好的驱动性能和夹持性能的主要结构参数。形成的注入头夹持块几何尺寸设计方法可用于指导ZR5803型注入头的设计。

φ60.3mm连续管导入装置的研制与应用

针对连续管作业机相关配套工具不齐全,仅靠人力难以将直径50.8 mm以上的大管径连续管导入注入头等问题,研制了φ60.3 mm连续管导入装置。该装置主要由串联于牵引钢丝绳上的卡瓦式连接头、锁紧套、浮动套和导引头等组成,主体与连续管的等径匹配,使得导入装置不需借助外部动力,即可将连续管顺利导入注入头。现场10余次的应用表明,φ60.3 mm连续管导入装置使导入时间从过去的2 h缩短到40 min,操作人员从过去的5人减少到2人。

川渝地区页岩气专用连续管作业机的研制

现有的连续管作业机中,超过?50.8 mm-5 000 m的作业机均为拖装结构,受山区多陡坡、急转弯等道路条件限制,底盘动力和转弯半径等不满足要求;同时,研制的?50.8 mm-6000 m连续管作业机作业时须两车并排放置,操作员只能依靠摄像头监测滚筒排管情况,不符合作业习惯。为此,研制了两车一橇结构的车载式连续管作业机。该作业机采用主车+辅车+操作橇的结构形式,将控制室、控制室软管滚筒和发电机等部件安装在一个可升降的运输橇中,形成操作橇,作业机主车底盘安装连续管滚筒处采用框架式结构,可实现滚筒下沉1.05 m,确保滚筒具有?50.8 mm-6 000 m连续管的缠绕能力。现场应用结果表明,该作业机可实现通井作业,最大下井深度达5 075 m,满足川渝地区页岩气井的各类作业要求。

集成控制气化采煤连续管装备的研制

为了满足无井式煤炭地下气化技术的需要,研制了集成控制气化采煤连续管装备。采用集成控制连续管装备在可控条件下向井内注入煤层气化所需的氧气和水等介质,为煤层地下气化提供必要的气化剂,同时井底气化区的温度达到设定值时,连续管装备自动启动,拖动注入点后退设定距离,该技术是实现注入点后退式地下气化采煤工艺的关键环节。装备研制过程中攻克了集成远程自动控制、集束式连续管、举升解卡装置、复合式闸板防喷器以及动力系统合理配置与优化等关键技术。型式试验和现场试验结果表明:设备运行平稳,性能可靠,满足气化采煤作业工艺要求。该装备的成功研制加快了气化采煤技术国产化进程。

水平井测井连续管导向注入装置设计及应用

采用导向注入一体化的结构设计理念,自主研制了用于水平井测井的小直径连续管注入头装置,该装置与井口安全作业距离为15 cm,满足机采水平井边生产边测试需求。装置安装在臂吊上,具有翻转/横向移动功能,可实现测井仪器与井口的快速对接,最大注入力为35 kN,适用于1 in~*以下连续管的带压起下要求。现场应用效果表明该装置可在抽油机不停产的情况下,将连接在连续管上的测井仪器安全、精确地送至水平井段,获取油藏、地质参数,与传统连续管车测井相比降低成本60%以上。

井口处连续油管最大允许轴向载荷分析

针对井口处的连续油管,考虑残余曲率,通过梁弯曲理论推导出连续油管的形态方程和挠度方程,建立了连续油管截面应力模型和最大允许轴向载荷模型。研究表明,连续油管易在凹侧外表面产生过大压应力,发生强度失效;连续油管最大允许轴向载荷随着井口处长度增大而减小,随着连续油管壁厚增大而增大。井口处长度对最大允许轴向载荷起主要作用,在实际应用过程中应尽可能缩短注入头下端和井口位置上端之间的长度。

测井用大管径连续油管电缆注入装置研制

在进行测井作业时,为了解决大管径连续油管的穿电缆难题,对比常规连续油管穿电缆方式,结合连续油管的应用环境,选用水动力牵引形式将电缆注入盘绕的连续油管中。通过电缆注入方案的研究,开发了电缆注入装置。电缆注入装置由电缆转盘装置、电缆密封系统、电缆记录装置、液压动力控制装置、电缆滚筒组成。现场测试与应用表明:该套连续油管电缆注入装置能满足大管径连续油管穿电缆的要求,无需移动运输滚筒上的连续油管,节省时间,降低劳动强度,安全可靠。

连续油管注入头液压同步控制系统设计

为了解决连续油管注入头闭式驱动系统的双液压马达输出不同步问题,设计了一种用于注入头马达液压同步控制系统。该系统可对同步马达转速、扭矩、压力等性能参数与驱动马达进行匹配,通过同步控制系统的强制同步迫使两侧液压马达输出转速一致,最终达到实现双液压马达同步运转的目的。模拟油田现场实际工况,对配备液压同步控制系统的注入头进行了动载试验,注入头双侧马达同步性大幅度提高,链条驱动系统低速同步运转平稳。试验结果表明,注入头液压同步控制系统提高了注入头运行的可靠性,降低了注入头工作中对油管造成损伤的风险,提升了连续油管作业设备系统运行的稳定性。

SLG450/73拖挂连续油管作业机的研制

为满足大管径、大容量连续油管承载及运输要求,根据国内外油田用户的实际作业需求及特殊地域和环境特点,研发了SLG450/73大管径拖挂式连续油管作业设备。重点介绍了该装备的大吨位注入头、高效换装油管滚筒、动力装置与牵引车集成、注入头及鹅颈管整体举升以及液压控制系统的技术特点。该作业机注入头额定提升能力450 k N,适应连续油管直径50.8-73.0 mm,整体装备成本低,移运性能良好,操作维护简便,即将进行产品试制和油田现场工业试验。

双管注气井口装置油管头结构设计及性能分析

在二氧化碳驱油生产工艺中,为了满足工艺分层可调入要求,开发了双管注气井口装置,对其工作原理进行阐明,利用有限元方法对六通油管头承载能力及疲劳寿命进行分析,油管头承载能力会随着侧开孔直径增大先提高后降低,从整体上来看其结构安全性与疲劳特性较好,并为二氧化碳分层驱油装置的设计与开发提供了理论依据。

LGQ360B分体式海洋防爆型连续管作业橇组开发

连续管作业技术在海洋平台的应用中具有高效率、低成本和可带压作业等优点,但是海洋作业严格的要求和苛刻的工作环境制约了连续管设备在海洋平台的应用。为此,研发了LGQ360B分体式海洋防爆型连续管作业橇组。该橇组由动力橇、控制橇、连续管滚筒橇、注入头与井控橇组成。橇组采用液压驱动、电液控制,发动机通过分动箱驱动液压泵组,通过橇组之间快速连接液压管线为注入头、连续管滚筒及防喷器等提供动力与控制,实现连续管在井内的起下作业。现场测试及应用结果表明:橇组各项指标达到设计要求,机组运行稳定,性能可靠,使用效果良好。该设备的开发成功有助于推动海洋平台连续管作业的快速发展。