連續油管在油田中使用至今已有30 多年,目前正朝著超越其自身功能的方向發展,特別是在北美地區,一度曾受限于井的維護和修井作業,現在連續油管正越來越多地用于現場作業,并作為完井工藝的主要手段。許多公司正考慮將連續油管作為一種使能器,以促使各種作業順利實施,如從在封堵和射孔作業中鉆開復合壓裂塞到向井下下入精密的錄井儀等各種復雜作業,大斜度井、水平井完井作業使用連續油管可以帶來更高可靠性和更高施工效率。
連續油管技術備受關注
近幾年,連續油管得到了業內的高度關注。北美非傳統天然氣開發已使連續油管的應用不斷增長,增大油管尺寸、提高作業可靠性以及提高位移的延伸能力都是業內關注的焦點;石油公司對儲層信息的需求讓連續油管在壓裂工藝方面得到越來越多的重視;在北美以外,連續油管的顯著優勢也得到人們的高度關注;使用連續油管仍面臨可靠性方面的挑戰,在高造斜率和高曲率井以及在含硫氣體環境下能更好地承受連續彎曲的油管正在研發之中。
作為對行業需求的回應,連續油管已發展為更長、更結實和壁厚更厚的連續管柱,可以在井深更深、溫度和壓力更高的復雜條件下執行井下作業。除了這些進步以外,判斷油管疲勞壽命的計算機模型和油管連接部位焊接工藝的進步都提高了連續油管現場應用的可靠性。在北美以外,不依靠水力壓裂的領域,連續油管仍是一種具有明顯優勢的作業工具,采用標準的直徑較小的 1 1 / 2〞~1 3 / 4 〞油管,廣泛用于洗井、除砂和氮氣注入等工藝,使井下獲得更好的流動性。
連續油管及其衍生技術應用
1993 年,能夠統計的連續油管市場應用份額為:用于儲層酸化和增產作業占 25%;洗井作業占 25%;注氮替除鉆井液或水、讓油井能夠開始生產的作業占 25%;其它用于打撈、下錄井工具、鉆井等作業占 25%;這就是水力壓裂出現前世界范圍連續油管應用的大致狀況。
在今天的北美地區,約85% 的連續油管用于鉆開壓裂塞和清除壓裂砂的現場作業。北美非傳統油氣市場的持續開發已迫使連續油管增大尺寸、提高使用的可靠性以及用來助力連續油管抵達總深度的工具,使用這些工具可以提高位移的延伸能力。可靠性方面的提高包含了全球使用的所有直徑以及用于海上作業包括深水作業的連續油管。各種水力壓裂技術,包括非干擾解決方案(這種方法是以球體分裂的方式來激活套管,或用可溶性球形物大量流進內徑塞等技術) 。正朝著淘汰連續油管使用的方向發展,如連續油管激活壓裂筒的技術是解決油田重負荷設備進一步延長應用的問題。
另外,由于石油工業已向更深、溫度和壓力更高的儲層實施油氣鉆探,作為一種方法,連續油管已成為輸送井下工具和儀器的有效手段,需要時可以使用這些工具和儀器。國民油井 Varco 公司提供的軟件可以利用井下脈動裝置來模擬追加的水平距離,目的是延長連續油管下井的位移,該軟件能讓作業者檢驗不同的場景,預測連續油管一次作業各階段報出的累計推力和疲勞情況。由于石油公司擴大了連續油管的應用范圍,經常對管柱施加推力,使其下至極限深度或超出最初設想的目標距離,在此情形下,可靠性仍是一個關鍵挑戰,連續油管持續工作在大斜度、高溫高壓和極惡劣環境下可能會使油管受損,導致油管過早損壞,如在含有硫化氫氣體的儲層中作業,迫使制造商開發出應對這類損壞的連續油管,也包括使用預測軟件來幫助我們判斷是否能實現下入總井深的最終目標。
不斷更新發展的連續油管
10 年前,一般采用直徑 1 1 / 2 〞的連續油管進行施工作業,而現在需要直徑 2〞、長度大于 20,000ft(6,096m)的油管。頁巖井、深水井、大斜度井以及大位移井都需要直徑更大、下入更深的連續油管。連續油管必須能支撐自身的重量,在某些頁巖井的施工中還必須要在更高的壓力下輸送更大流量的流體,以增加油氣開采,這種性能的油管空間占用更小、鉆機占用時間更短以及能達到多級分段壓裂的目的和效果。但這種效果要求油管一次下入在不壓死井的前提下移除隔離塞。
今天所生產的連續油管 60% 是直徑 2〞或更大尺寸油管,承壓強度達 130,000psi(896MPa) 或 屈 服強度更高的油管;35 年前生產的連續油管承壓或屈服強度達 70,000psi(483MPa),最初開發這一性能的油管是為了用于海上作業。在海上,當輸送射孔槍時,油管支撐自身重量的軸向負荷或能力受到嚴峻考驗,低強度的連續油管需要作業者鉆出 1,500ft(457m)的附加井眼。由于那時沒有足夠強度的油管將射孔槍拉出井眼,要在點火之后釋放射孔槍。強度更強、直徑更大的連續油管能使其下的更深,輸送射孔槍射孔,還能將設備收回,使其重新使用,同時還減少了鉆井進尺。
2014 年, 被 國 民 油 井 Varco 公司認為是迄今最長的 2〞~ 3,5770ft(1,0902.7m)連續油管在墨西哥灣進行了一次大位移井的下井作業,作業者會問 40,000ft 怎么樣?現在回答這個問題會更加困難,開始耗盡油管可用的力量以支撐其自身的重量,如果轉用一種較小直徑的油管,泵入流體所產生的壓力需要克服油管內的摩擦力,而此時的壓力會變得極高,在油管重量和能提供足夠內徑以完成井下作業之間總是要獲得一種平衡。由于國民油井 Varco 正致力于開發屈服強度大于150,000psi (1,034MPa)的下一代油管,注入器、壓力控制設備以及用來旋轉油管線軸的動力系統也都必須進行升級,而油管的壁厚也會相應增加,以承受作業時的高壓。
Varco公司正在開發油管的連接技術,讓連續油管分成兩段運輸,在井場將兩段油管連接起來,具備這種性能要克服一個主要限制,即有多少這樣直徑的連續油管可以運輸,許多地方的普通公路和高速公路都有運載限制,尤其在北美以外的頁巖氣開發地區確實有這種情況,在一些地方基礎設施不發達,這種技術能多快進入發展中國家的市場,基礎設施是一個很大的限制因素,連接技術也有助于連續油管的運輸和受損部分的修理,延長整個管柱的使用壽命。