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如何防止压力表过度超压以保护钢套管并减少意外停机时间

编辑:ca88会员登录入口发表时间:2018-09-27

    降低环形压力增加的风险,预防等于海底石油和天然气运营的保护。


图:两种不同的泡沫组合物安装在管道上以保证额外的环形体积  


    由于对碳氢化合物的需求不断增加,海上石油和天然气的勘探已经越过浅层油藏进入更深的地方。因此,深水海底生产系统现在必须更加深入,并且比以往任何时候都更进一步,从世界各地的新地点的更苛刻的商店中提取更多的石油和天然气。随着勘探和钻探的深入,在井的整个生命周期中降低地层流体不受控制的释放风险的需求是至关重要的。


    与油井套管之间的环形压力累积相关的风险不容忽视。鉴于不断发展的完整性市场,ca88会员登录入口带您回顾如何防止压力表过度超压可以保护钢套管并减少意外停机时间。


    在压力之下:

    压力表的环形压力增加(APB)是指在深水井的正常生产寿命期间或在最坏情况的排放条件下由井筒中的温度变化引起的压力增加。当生产过程中产生的热量增加了限制在套管的环形空间内的流体的温度时,就会发生这种情况。温度的这种升高将导致流体的体积膨胀并因此导致压力增加,因为它们在密封的环形空间内。作为流速和流体组成的函数,温度将随着井的寿命而变化。


    在陆地上,通过打开套管阀并将压力排放到油箱可以减轻压力,但这在深水井中是不可能的。由于没有流体排放的方法,来自正常钻井和生产操作的热量可能导致被困流体膨胀。由此产生的超过10,000psi的可能压力会在外壳上产生爆裂载荷并在内壳上产生坍塌载荷。


    如果管理不当,APB引起的负载可能会影响生产操作期间的完整性。这可能潜在地导致流体泄漏或内壳的灾难性破裂,停止生产并关闭操作。


    缓解方案

    在过去的20年中,ca88会员登录入口已经部署了各种各样的APB缓解技术,以防止APB破坏井设计。目前可用的主要缓解解决方案包括爆破片,坍塌盘,硝化间隔物,开口鞋,复合泡沫和真空绝缘管。这些解决方案可分为两种类型APB缓解:

    I型减缓技术通过减少从生产油管到井筒的热量损失来控制APB,从而减少环空中的APB。

    II型减缓技术通过修改环空内容物和井眼边界或将压力调节装置放置在环空中来降低环形刚度(psi /°F)来控制APB。


    复合泡沫被归类为II型缓解技术,真空绝缘管被归类为I型缓解技术。虽然这些创新技术随着时间的推移而发展并有助于扩展APB缓解工具包,但选择适当的缓解技术取决于井,流体和管道特性。


    APB最有效的缓解解决方案允许捕获在套管环内的流体膨胀。目前可用的一种这样的解决方案称为可压碎泡沫包装(CFW),一种由具有闭孔泡沫微结构的刚性聚合材料制成的可折叠材料。CFW被归类为II型缓解技术,是一种被动APB缓解系统,专门设计用于在指定的温度和压力范围内坍塌。


    该可折叠屏障通常在浸入环空流体之前安装在海底井的B或C环内的套管外壁上。当井完成时,这会使套管环空中的液体移位。当来自钻井和生产操作的热量导致被捕获的液体膨胀时,可收缩的屏障充当机械熔断器并在预定的压力和温度范围内坍塌,允许环空流体的膨胀和任何潜在危险压力的消散增加。


    在压力表套管环空中安装可折叠屏障可以防止在发生任何潜在危险压力之前发生灾难性故障。


    设计崩溃:

    CFW设计为在狭窄的温度和压力范围内坍塌,这限定了井的压力和温度的上限。这增加了环空中的剩余体积并有助于减压。


图:分类为II型缓解技术,可压碎泡沫包装在指定的温度和压力范围内坍塌


    在启动阶段,CFW保持完好,没有显着的体积变化,除非温度增加超过预定的压力和温度崩溃标准。随着操作期间井中的压力和温度升高,材料开始压缩并释放环的狭窄,受限空间中的压力。如果条件达到某些预设极限,则CFW会逐渐地发生明显的坍塌,从而防止过大的过压,从而保护压力表钢套管免于失效。


图:可压缩的阻挡层,如可压碎的泡沫包裹物,安装在套管环空中


    挤压机制发生在套管坍塌压力之前,防止过度超压并降低开裂风险。通常,在完全密封的环空中,一旦泡沫被压碎,就不需要额外的破碎循环。然而,为了保护压力表钢壳免受可能的第二压力增加,可以安装不同的泡沫组合物以保证额外的环形体积。


    控制问题

    坍塌体积由客户指定,并且定义为由安装(或环境)温度与操作温度之间的热膨胀引起的环空流体的计算体积增加。压碎百分比定义为等静压载荷下的压缩量; 泡沫将占合成泡沫体积的百分比。该值通常在25%至35%之间,具体取决于具体的泡沫配方。根据坍塌值和压碎百分比,可以计算所需泡沫的总体积。在此设计阶段采用安全因素以确保始终达到目标标准。


    案例分析

    ca88会员登录入口在主要运营商的北海油井中制造并安装了CFW。当生产暂停时,该井已服役数年。当井没有生产时,一部分可压碎的泡沫包装被回收并返回进行实验室测试,以确定其是否在使用中倒塌。


    在测试之后,确定泡沫仍然具有其整个坍塌能力,这意味着没有发生过压情况。该信息反馈给操作员,操作员确认井内监测到的压力在其服务期间没有飙升。操作员也很高兴地知道,经过几年的操作,泡沫仍然完整的坍塌能力,表明随着时间的推移没有出现浮力或体积。


图:可压碎的泡沫包装是一种专门设计用于折叠的被动APB缓解系统。


    结论

    在世界范围内,许多深水井已经被确定为具有可能导致环空被困的条件,并且允许APB影响井的完整性,从而在石油和天然气工业中造成真正的风险 - 由于压力表管道损坏和故障导致不定期的停机。


    当存在海底环形压力增加的风险时,井设计者应考虑在基础井设计中进行适当的缓解,并查看整个APB缓解工具包,以确保他们在井的使用寿命中选择最合适的缓解技术。随着钻井在许多工作温度下继续行进到更深的深度,这一要求将变得更大。


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