连续油管损伤评价技术在大庆油田的应用

吕丰

中国石油大庆油田有限责任公司井下作业分公司(黑龙江大庆163453)

连续油管损伤评价技术在大庆油田的应用

吕丰

中国石油大庆油田有限责任公司井下作业分公司(黑龙江大庆163453)

连续油管在使用过程中，不可避免地会产生一些如划痕、凹坑、缩径等，这些损伤都影响连续油管承载能力。为综合客观评价连续油管的承载能力，编制了连续油管寿命预测平台，结合连续油管在线监测设备，建立了“连续油管寿命在线检测”系统，实现了连续管承载能力预测。结果表明，该系统适应性强，评价结果更加全面、客观。

连续油管;损伤评价;寿命预测;在线监测

连续油管作为油田现场的一种应用工具，具有作业施工效率高、无接箍、可连续起下的优势，且能满足一些特殊工艺的需要，近年来在国内油田应用越来越广泛。在大规模压裂中，应用日益频繁。在这样高强度要求下，如何安全合理利用连续油管，成为连续油管应用的重要课题[1]。目前，国内、外存在3种连续管疲劳寿命测试手段[2]，现场试验法、连续管疲劳试验机法、连续管疲劳寿命预测模型法。3种连续油管寿命预测方法，国、内外均有较多应用实例，但均不包含损伤对连续油管寿命影响的评价[3]。

在使用过程中，连续油管不可避免地会产生一些如划痕、凹坑、缩径以及椭圆等，影响连续油管承载能力[4]。为更客观地评价在役连续油管的承载能力，实现连续油管现场的安全应用，2011年，中国石油大庆油田有限责任公司引进了连续油管在线监测设备，应用疲劳试验机的方法建立了连续油管损伤寿命预测模型，开发了连续油管寿命分析与预测平台，两者配合应用建立“连续油管在线检测及寿命预测系统”，对在役连续管实施耐压极限预测，并植入预测平台，确保连续油管在一些极限压力作业中的安全，尤其是在保证连续油管大规模压裂过程中的安全生产发挥了重要作用。

1 国内外技术现状

国内外存在3种连续管疲劳寿命测试手段。

1.1 现场试验法

通过积累大量连续油管现场施工数据，建立经验公式，以连续油管原始参数、历史施工记录评估连续油管的疲劳程度，预测连续油管现有承载能力。同时需有严格的连续油管管理制度，建立详细的连续油管施工数据库(包括从连续油管出厂到报废的全部施工数据)，为保证经验公式的准确性，需要积累大量的连续油管施工数据。

1.2 连续管疲劳试验机

通过大量试验数据评估连续油管疲劳寿命规律，建立经验公式指导现场施工。现有的疲劳试验机具有局限性，不能模拟所有施工工况。

1.3 连续管疲劳寿命预测模型法

通过理论研究，建立连续油管疲劳寿命预测模型，评测连续油管寿命指导现场。应用时，需结合现场添加修正系数，结果与现场的符合度需要积累大量现场施工数据。

2 技术原理

应用连续油管在线检测仪，采集连续油管数据，建立连续油管管理档案。在疲劳试验的基础上建立连续油管疲劳及损伤后的寿命预测模型，并建立连续油管寿命预测平台，应用形成“在役连续油管寿命预测系统”。

2.1 连续油管在线检测设备

在线监测设备由3部分组成，结构关系见图1。

1)数据采集系统，应用漏磁检测技术[5]，研制具有环向及纵向检测、壁厚测量、椭圆度测量、位置测定单元的探头组。

2)计算机数据分析处理软件系统，记录检测信号处理后提供给报警标示打印系统。

3)报警标示打印系统，当收到超过报警值的信号时发出提示，并显示检测曲线。

报警系统的报警值可根据施工需要设置，收到报警信号后需立即停止起下作业，手动检查报警部位损伤情况，评价其承载能力，并选择具体处理措施;最后一次的检测曲线作为下步施工前连续油管寿命评价的依据，同连续油管使用记录一同存入连续油管档案。

2.2 连续油管寿命预测平台

连续油管寿命预测平台(图2)，由数据库(图2 (a))和计算模块(图2(b))组成，平台应用过程为：

1)数据库中存有每盘连续油管的原始参数及历次使用中在线检测设备采集的数据(包括损伤、壁厚、椭圆度等)，总称为连续油管历史档案数据，在疲劳寿命计算前调出导入计算模块，成为计算基础数据。

2)计算模块是根据连续管疲劳试验机的连续油管寿命评价原理，通过实验数据分别计算疲劳和损伤对连续油管寿命的影响规律，建立的计算模块。该模块有3种计算方法可供选择，随计算数据的积累，各计算方法的参数可适当修正以提高预测精度。

3)结合连续油管历史档案数据应用计算模块可计算连续油管的极限承载能力，施工前输入本次连续油管施工工艺参数(施工压力曲线、轴向载荷、下深等)，在给定安全系数条件下，应用计算模块计算后平台会返回一个数字，该数字表示本盘连续油管在该种工况条件下所能承担的作业次数，该数字大于1时说明本盘连续油管可满足本次施工需求，否则不能满足。

4)施工后将本次施工参数数据及检测结果数据输入数据库保存，更新数据库。

3 技术优势

连续油管在线检测设备结构小巧安装方便(现场安装位置见图3)，不影响现场施工，可以实时检测连续油管物理参数(图4)，提高连续油管使用安全性;结合连续油管寿命预测平台，充分考虑了施工中的磨损减薄、椭圆度、疲劳、伤痕对其现有连续油管施工能力的影响;系统适应性强，具有预测、实时监测、跟踪记录的综合功能，随着施工经验数据的积累，预测平台计算模块会进一步优化，系统预测准确性会逐步提升。

图4 中各曲线波动峰值体现检测项异常程度，可根据需要设置峰值的报警值，即调整系统检测报警的灵敏度。

4 技术指标

连续油管在线监测设备应用技术指标为：

1)设备检测的钢管范围：连续管厚度1.91～6.35mm，直径φ31.8～60.3mm。

2)检测速度：50m/min。

3)检测灵敏度：缺陷检测灵敏度外表面刻槽深度0.2mm±0.05mm、长度3mm±0.10mm、宽度0.5mm，内表面刻槽深度0.4mm±0.05mm、长度3mm± 0.10mm、宽度0.5mm，孔洞检测灵敏度φ0.8mm± 0.05mm通孔，直径测量精度±0.13mm，壁厚测量精度±0.13mm，缺陷位置精度10mm。

5 应用情况

中国石油大庆油田有限责任公司自系统建立以后在杏13-丁4-平42、朝103-72及南238-平234井等多口井应用证明：

1)设备检测报警阀值可按需设置，灵活好用且灵敏度高，可直观地反映检测结果(图4)。

2)由于现场施工中连续油管外壁洁净程度较低，影响检测系统检测精度，现场验证误报率5%～7%。

3)同盘连续油管连续应用，寿命评测结果递减规律明显，损伤疲劳扩展预测符合性强，现场符合率大于90%。

4)连续油管检测系统检测速度50m/min，检测时不影响施工效率。

5)检测系统定位滚轮只能单向记录连续油管长度，需要改进为正负双向长度记录功能。

6)分析在线监测设备获得的数据时，需手动录入数据到连续油管寿命预测平台，接口转换软件尚待开发。

6 结论

1)连续油管在线监测系统，能对φ60.3mm、φ50.8mm、φ38.1mm、φ31.75mm规格的连续油管进行实时监测，获得最新连续油管数据，监测原有伤痕的扩展情况并检测新伤痕，可直接估算连续油管耐压能力，有效地保证连续油管施工安全。

2)在线检测设备最大检测速度50m/min，高于连续油管作业起下速度，满足现场使用要求。

3)该系统评价连续油管承载能力时考虑了损伤的影响，评价结果更加全面、客观。

[1]张运翘.连续油管应力和寿命分析[J].石油矿场机械，1995，24(1)：21-25.

[2]李斌.连续油管失效的机理与原因分析[J].石油机械，2007，35(12):73-75.

[3]徐从武.连续油管技术在井下作业中的应用现状及思考[J].中国石油和化工标准与质量，2014(2)：189.

[4]齐高良.影响连续油管使用寿命的因素及其对策[J].中国高新技术企业，2014(23)：82-83.

[5]韩兴，康宜华，李雪辉.连续油管椭圆度恒磁检测技术及装置研究[J].石油机械，2000，28(10)：17-19.

In the use of coiled tubing，some damage，such as scratches，pits，shrinkage，etc.，will inevitably affect the load-bearing capacity of coiled tubing.For an objective and comprehensive evaluation of coiled tubing load-bearing capacity，a coiled tubing life forecasting platform is developed，“an online coiled tubing life detection system”is established by combining the platform with coiled tubing on-line monitoring equipment，and the prediction of the coiled tubing load-bearing capacity can be achieved.The application results show that the system is of strong adaptability and the prediction results are comprehensive and objective.

coiled tubing;damage assessment;life prediction;on-line monitoring

左学敏

2015-03-10

吕丰(1977-)，男，工程师，现主要从事修井技术研发和现场技术服务工作。