对连续油管的技术优势及其焊接方法的探讨

2015-10-21屈海清

中国机械 2015年3期

屈海清

摘要：连续油管又称挠性油管或柔性油管，被广泛应用于修井、测井和钻井等领域。本论文对连续油管的技术优势和应用做了详细的分析，并对其焊接方法做了详细的阐述，以供同行参考。

关键词：连续油管;技术优势;焊接方法

连续油管（coiled tubing，简称CT）是相对于常规单根螺纹连接油管而言的，又称为挠性油管、蛇形管或盘管，是油田钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域中重要的作业装备。进入21世纪以来，随着全球能源的紧张局势，国外的连续油管得到了飞速的发展，在在性能、规格、长度等方面都有很大提高，新型连续油管作业机性能的改进使得连续油管的应用更为广泛，连续油管在国内的应用处在初级阶段，具有很大的发展空间。本论文对连续油管的技术优势做了详细的分析，并对其焊接方法做了详细的阐述。

1.连续油管的技术优势

1.1降低钻井作业成本。美国应用小井眼连续油管技术钻井的成本目标是比现在常规钻井技术节省40%，50%的开支，最大深度1828.8m。原西德克隆斯用常规技术钻一口1524m油井的总成本为25—35万美元，而用小井眼连续油管钻井的成本为15万美元。

1.2适用于高压油层和欠平衡压力钻井。常规欠平衡钻井作业过程中，由于连接单根油管时暂停钻机液循环，对油藏造成压力波动，同时，停泵后会形成岩屑垫层，而连续油管无需连接单根油管，因而能保持井底压力稳定，不会对地层产生外来的压力波动，也可以避免出现岩屑垫层。

另外还能减少钻井事故，节省钻井液循环时间;更适用于钻小井眼井、老井侧钻、老井加深;有利于提高自动化水平;连续油管内可以放置电缆，有利于实现自动控制和随钻测量;保护油藏。

从以上几个方面来看，用连续油管钻井其技术经济指标是比较先进的，也减少了对环境的污染，这是符合节能环保的技术。连续油管技术之所以能迅速发展，还因为它的技术装备有了很大的进步，达到了现代化水平。

2.连续油管的应用分析

连续油管作业技术应用最初开始于二十世纪60年代，90年代开始向更多的领域推廣应用。随着常规作业项目稳步发展，新开发的作业项目迅速增加。通过相关的调查研究我们可以得出，作为主要常规作业项目的连续油管注氮、洗井和注酸共占连续油管作业量的75%，其中仅洗井一项就占了58%。以下为连续油管钻井的应用范围：

2.1软地层小井眼直井;

2.2水平井欠平衡重钻井;

2.3在不用永久性安装钻井设备的海上平台或浮动生产设施上钻井;

2.4 在88.9mm或更大直径油管中过油管钻井;

2.5加深井钻井;

2.6探井;

2.7浅层气救援井（降压井）;

2.8浅层气无基座钻井;

2.9郊区或环境敏感区（降低噪音、场地限制、防止漫溅、光学干扰）钻井;

2.10老井重入、边远地区勘探、边际油田开发。

3.连续油管焊接的要求

由于连续油管通常用于井下作业，工况条件极其恶劣，要承受高强度的拉伸，挤压，扭转和弯曲。其内表面一般用于传送高速的带有高腐蚀性的油，泥浆和润滑液等液体，对内表面的磨损非常严重。连续油管新用途的开发应用，例如测井、射孔、裸眼钻井、高压井的修井作业和永久性井下安装。以及作业的井口压力不断增大，现在连续油管则需要在井口压力高达10000 psi的井中进行施工应用。因此，对连续油管的材质提出了更为苛刻的要求。虽然复合材料连续油管具有几乎无限长的疲劳寿命，重量较轻，且能够抵御20000 psi的内压，但是其制造费用太高，使其难以投入常规连续油管作业服务市场的应用。或许这种复合材料连续油管将只能在采用常规连续油管不能够实施作业的用途中得以应用。

对连续油管补焊接头的性能要求也随着变得苛刻，焊接接头的热影响区时整个连续油管的薄弱环节，最容易在受到拉伸，挤压等综合作用力时，发生断裂。焊缝强度与母材强度应满足等强匹配原则。连续油管在井下作业中，管体要承受拉伸、压缩、扭转、流体内压以及自重等多种力的作用。

4.连续油管焊接方法的选择

4.1 焊接线能量

4.1.1TIG焊。焊接速度较慢，通过计算线能量较大，但可以通过背面铜垫的作用，有效降低线能量。

4.1.2等离子弧焊。等离子是一种压缩程度很高的离子气流，其方向性好，弧柱中心温度可达8000～10000℃。能量密度高达105～106W/cm2。对于10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成型。

4.2焊缝成型

4.2.1TIG焊。TIG焊为单面焊双面成型工艺，焊接参数选择合适，焊缝正反面成型平整光滑，焊道宽度均在5～7mm 之间，而且反面为自由成型，有利于对接焊后续碾压热处理工作。

4.2.2等离子弧焊。等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的，能较好实现单面焊双面自由成型。焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，但具有小孔效应。

4.3飞溅情况

4.3.1TIG焊。熔池处于惰性气体保护之下，而且惰性气体不发生冶金反应，焊接过程稳定，电弧能量参数可精确控制，飞溅很小。

4.3.2等离子弧焊。焊接时熔池处于离子气（氩气形成的离子弧）和保护气（保护熔池和焊缝不受空气的有害作用主要为氩气）的保护之下。形成温度较低、冲击力较小的等离子弧，焊接过程稳定，但设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。

参考文献：