李壽臣
(黑龍江省九〇四水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院探礦廠,黑龍江 哈爾濱 150027)
地?zé)崾且环N清潔、環(huán)保的綠色能源。我國地處環(huán)太平洋地震帶,地?zé)豳Y源儲量豐富,在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,不包括2000 m以下的地?zé)豳Y源和淺層地溫能,全國地?zé)崴偫妙~估計(jì)為6845×106m3/a,總熱能為 972.28×1015J,相當(dāng)于 3284.8×104t標(biāo)準(zhǔn)煤。如何更好地開發(fā)利用地?zé)崮?,將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,對節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
目前,地?zé)徙@井技術(shù)裝備通過不斷研究、探索,特別是在安全鉆井、水層保護(hù)、完井方式、洗井作業(yè)、隨鉆分析、判斷等方面,加強(qiáng)了研究和改進(jìn),逐步完善成系統(tǒng)化、多樣化、能適應(yīng)不同地質(zhì)條件的鉆井技術(shù)方法、工藝技術(shù)和裝備。而利用石油鉆探技術(shù)裝備優(yōu)勢,開發(fā)地?zé)豳Y源,已成為目前主流地?zé)峋┕ぜ夹g(shù)手段之一。地?zé)崮芾帽貙⒊蔀槲磥硇履茉吹囊淮笾еa(chǎn)業(yè)。
套管護(hù)壁作為鉆采行業(yè)的核心工藝技術(shù)之一,在地質(zhì)、水文及石油等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著近年來地?zé)徙@井技術(shù)裝備的快速發(fā)展,各施工單位為占據(jù)地?zé)衢_發(fā)市場優(yōu)勢,將石油鉆井中先進(jìn)、成熟的工藝裝備與水文、地質(zhì)施工進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。石油套管作為標(biāo)準(zhǔn)化的成熟產(chǎn)品,被大量地應(yīng)用于地?zé)岢删に囍?。加快了地?zé)岢删┕さ倪M(jìn)度和質(zhì)量,促進(jìn)了地?zé)徙@探產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
但同時,隨著地?zé)徙@探市場競爭的加劇,地?zé)崾┕こ杀镜牟粩嗯噬?,如何有效地控制地?zé)岢删杀荆蔀槟壳案鞯責(zé)犴?xiàng)目施工單位的重要訴求之一。套管是構(gòu)成地?zé)峋闹匾b備之一,也是構(gòu)成地?zé)峋杀镜闹匾蛩刂唬宜挤蓊~較大。
目前,國內(nèi)地?zé)峋锰坠芏际遣捎檬蜆?biāo)準(zhǔn)套管為主,由于石油套管多應(yīng)用于地質(zhì)條件更為復(fù)雜的油井中,其設(shè)計(jì)要求、管體材質(zhì)、加工精度和試驗(yàn)條件的要求相對很高,導(dǎo)致石油套管生產(chǎn)成本居高不下。將這樣的石油套管應(yīng)用于要求相對較低的小于2000 m深的地?zé)峋┕ぶ?,將造成很大的浪費(fèi),成為制約地?zé)峋┕こ杀究刂频闹匾蛩刂弧?/p>
研制地?zé)峋畬S锰坠艿哪康木褪菫榱藵M足井深小于2000 m的地?zé)峋┕ば枨?,在保證成井質(zhì)量的同時,通過對套管材質(zhì)、加工工藝流程及生產(chǎn)設(shè)備的合理優(yōu)化,降低套管的生產(chǎn)成本。進(jìn)而控制地?zé)峋氖┕こ杀荆岣呤┕挝坏慕?jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
經(jīng)過調(diào)研論證,結(jié)合目前國內(nèi)地?zé)岢删┕ぬ攸c(diǎn),地?zé)峋畬S锰坠茉O(shè)計(jì)依據(jù)主要是基于井深小于2000 m的絕大多數(shù)地?zé)峋锰坠堋?/p>
主要設(shè)計(jì)要求如下:
(1)管端為帶8牙長圓螺紋或短圓螺紋及接箍供貨;
(2)接頭螺紋類型為API圓螺紋(長或短);
(3)接箍上緊,除訂單上規(guī)定或單獨(dú)運(yùn)輸外,所有套管接箍應(yīng)上緊到管體上,擰緊前,應(yīng)在接箍或管子螺紋的整個嚙合面表面上涂上螺紋脂;
(4)管體材質(zhì)為20無縫鋼管;
(5)管體不直度符合標(biāo)準(zhǔn)要求;
(6)當(dāng)管子帶螺紋和接箍供貨時,現(xiàn)場端和接箍應(yīng)帶上螺紋保護(hù)器。
參照石油套管技術(shù)參數(shù),確定地?zé)峋坠芑炯夹g(shù)參數(shù)為:
(1)7 in套管管端螺紋為API長圓螺紋,8牙/in,錐度1∶16;
(5)管體材質(zhì)為20無縫鋼管,熱處理為供貨狀態(tài),20鋼的屈服強(qiáng)度 σS≥245 MPa,拉伸強(qiáng)度 σb≥410 MPa,許用應(yīng)力與材料強(qiáng)度接近API5CT H40鋼級的水平;
(7)螺距P=3.175 mm,螺距累計(jì)誤差≯ ±0.15 mm;
(8)在每端1.5 m長度范圍內(nèi)的偏離距離≯3.18 mm。
研制的地?zé)峋锰坠芘cAPI5CT石油套管在性能、強(qiáng)度方面對比如表1所示。
表1 管體機(jī)械性能對比
研制的地?zé)峋锰坠芰W(xué)性能接近API5CT H40鋼級的水平,其與API5CT石油套管在幾何精度方面對比如表2所示。
表2 地?zé)峋坠芘c石油套管幾何精度比較
研制的地?zé)峋锰坠苷w質(zhì)量接近API5CT石油套管的水平。其與水文水井套管在性能參數(shù)方面對比如表3所示。
表3 地?zé)峋坠芘c水文水井套管性能參數(shù)對比
可見,相對于研制的2000 m地?zé)峋锰坠?,水文水井套管在螺紋強(qiáng)度,螺紋連接密封性和地?zé)峋删Y(jié)構(gòu)適應(yīng)性等方面都存在一定的局限性。
地?zé)峋锰坠芸傮w結(jié)構(gòu)及螺紋設(shè)計(jì)是基于API5CT和API5B標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行的,可以與石油套管互聯(lián)互換使用。圖1為地?zé)峋锰坠芸傮w結(jié)構(gòu),圖2為螺紋結(jié)構(gòu)及牙型。
在保證套管產(chǎn)品質(zhì)量,滿足2000 m地?zé)峋褂靡蟮那疤嵯?,通過優(yōu)化工藝流程、減少不必要的環(huán)節(jié),采用高效生產(chǎn)設(shè)備等措施,進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。
3.2.1 生產(chǎn)工藝
四是水資源管理不斷加強(qiáng)?!逗幽鲜∪嗣裾P(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施意見》和《河南省人民政府辦公廳關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》即將正式頒布施行。首次確立了水資源控制指標(biāo)體系,各項(xiàng)控制指標(biāo)已全部分解到各省轄市,2013年年底前將全部分解到各縣市區(qū),該項(xiàng)工作走在了全國前列。在全國率先開展了省、市、縣水資源系統(tǒng)平臺建設(shè)和水資源信息管理軟件研究開發(fā)工作。突出抓好節(jié)水型社會和水生態(tài)文明試點(diǎn)建設(shè),試點(diǎn)數(shù)量位居全國前列。
地?zé)峋锰坠苤魃a(chǎn)工藝流程如下:上料→外觀檢驗(yàn)與通徑→螺紋加工與檢驗(yàn)→接箍控制上緊→測長→管體噴漆→噴標(biāo)→包裝。
3.2.2 生產(chǎn)設(shè)備
圖1 地?zé)峋锰坠芸傮w結(jié)構(gòu)
圖2 螺紋結(jié)構(gòu)及牙型圖
套管生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)是管體車絲,因此,車絲機(jī)床的精度和效率對套管生產(chǎn)率的高低有決定性影響。在滿足生產(chǎn)要求的同時,為進(jìn)一步降低對生產(chǎn)設(shè)備的投資,我們通過對普通管螺紋車床進(jìn)行數(shù)控改造,既保證了車絲工藝對生產(chǎn)設(shè)備的性能要求,又降低了固定資產(chǎn)的投入,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
改造的管螺紋數(shù)控車床主要參數(shù)如下:
管螺紋車床型號:CK350×1M
最大加工外徑:350 mm
最大加工長度:1 m
數(shù)控系統(tǒng):GSK980TA2、分辨率為0.001 mm
主軸伺服驅(qū)動單元:DAY3150-ZJY265-18.5BM(含18.5 kW主軸伺服電機(jī))
改造后的管螺紋數(shù)控車床具有主軸可實(shí)現(xiàn)無級變速,低轉(zhuǎn)速時不會悶車,主軸扭矩大等特點(diǎn)。
地?zé)峋锰坠茉谕瓿闪水a(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),管螺紋機(jī)床的數(shù)控改造后,參照標(biāo)準(zhǔn)《套管和油管規(guī)范》(API5CT)和《套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)規(guī)范》(API5B)的相關(guān)要求,在廠內(nèi)進(jìn)行了小批量試生產(chǎn),經(jīng)檢驗(yàn)地?zé)峋坠芨黜?xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。
試生產(chǎn)的部分地?zé)峋锰坠苷掌妶D3。
圖3 地?zé)峋锰坠芡庥^照片
經(jīng)過檢驗(yàn)試生產(chǎn)套管主要性能和螺紋參數(shù)指標(biāo)如下:
(1)螺紋表面光滑,無明顯撕裂、刀痕、磨痕、臺肩式破壞螺紋連接連續(xù)性的任何其它缺陷;
(3)經(jīng)過螺紋量規(guī)綜合檢驗(yàn)合格;
(4)接箍控制上緊,滿足使用要求;
(5)全頂螺紋最小長度符合設(shè)計(jì)要求。
可見試生產(chǎn)的地?zé)峋锰坠芫C合產(chǎn)品生產(chǎn)成本相對于石油套管降低約20%左右。
近期,大慶市三環(huán)鉆井工程有限公司使用試生產(chǎn)的7 in和13in套管,在大慶地區(qū)施工了一口地?zé)峋?,目前尚無任何質(zhì)量問題出現(xiàn),通過現(xiàn)場試用跟蹤了解,發(fā)現(xiàn)該套管在接箍控制上緊方面還有待作進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化。實(shí)踐應(yīng)用表明研制的地?zé)峋锰坠芙Y(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理,產(chǎn)品材質(zhì)及性能可靠,能夠滿足地?zé)峋删?,同時可適當(dāng)降低施工成本,提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。
表4 主要項(xiàng)目成本對比
研制地?zé)峋锰坠艿乃悸泛头椒?,相對于傳統(tǒng)地?zé)峋褂檬吞坠?,在管體材質(zhì)、生產(chǎn)工藝流程及主要生產(chǎn)設(shè)備方面均有不同程度的優(yōu)化和改善,在保證產(chǎn)品使用性能的前提下,使地?zé)峋锰坠艿木C合生產(chǎn)成本降低了20%左右,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。該產(chǎn)品的研制、試產(chǎn)和試用實(shí)踐表明,地?zé)峋锰坠懿粌H可以降低地?zé)峋┕こ杀荆矠榻窈筮M(jìn)一步探索向其它領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能性,具有較好的推廣借鑒意義。
[1] 李悅,關(guān)鋅.我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用優(yōu)勢對比分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2011,(6):1 -3.
[2] 李俊,楊甘生,于好善.不同約束方式下膨脹套管的旋轉(zhuǎn)膨脹有限元分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(1):39-42.
[3] 王慧嶺,程林,朱立強(qiáng).新型SPT-600拖車鉆機(jī)的研制[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(6):26 -28.
[4] API spec 5CT,套管和油管規(guī)范[S].
[5] API SPEC1FICATION 5B,套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)規(guī)范[S].