无缝打桩隔水导管的国产化与技术应用

关键词：打桩

番禺4-2/5-1油田调整项目合计55口井, 充分考虑作业时效和成本, 隔水导管的下入选择打桩下入方式, 需要的打桩隔水导管用量较大。而海上打桩隔水导管多年来依赖进口, 采办周期长, 价格贵。经过对国内外供货商的调研, 发现国外相当多供货商的产品实际上是选用国内生产的管体组装的, 而国内也有企业生产打桩接头向国外供货, 但没有调研到国内公司提供过成品打桩隔水导管业绩。从调研的资料分析, 进口导管价格高的原因, 除了运输与人工成本较高外, 还包括国外公司的技术和专利等因素。通过招标, 选择国内有较丰富销售和使用业绩的专业公司牵头, 由提供过导管的管厂生产无缝管体, 由国内具有打桩接头生产销售业绩的公司负责提供接头及焊接, 通过解决生产制造过程中的一些技术问题, 成功实现了无缝打桩导管的国产化, 实现了降本增效的目的。

1 打桩用隔水导管的主要技术要求

打桩导管及其附件的组成包括打桩鞋、打桩接头、管体、防退扣锁块、替打短节、锁块安装工具及导管提升工具共7个部分, 不同的结构其技术特性有较大的差别。

1.1 打桩鞋

典型打桩鞋主要有以下几种, 第一类为平头结构, 只适合于薄壁打桩鞋, 适用无硬质夹层地层;第二类外倒角结构, 适合于薄壁和中等壁厚的打桩鞋, 优点是下入过程中易过导向槽, 缺点是具有较明显的“群桩效应”;第三类为内外倒角结构, 兼顾了过导向槽与减低“群桩效应”, 但用于大直径的厚壁打桩鞋仍然存在“群桩效应”问题;第四类内倒角结构, 适合于大直径的后壁打桩鞋, 其“群桩效应”最低, 但缺点是过导向槽相对较困难。考虑两个生产平台的井槽数量都较多, 将可能引发井下复杂情况的因素降到最低, 选择内倒角结构的打桩鞋。

1.2 打桩接头

从几何尺寸而言, 接头的外径范围与管端直径相同, O.D等于609.60mm× (1+0-0.5%) ;内径设计分内加厚与内平式, 内加厚接头的最大壁厚接近管体厚度的一倍, 可以设计较大锥度的丝扣, 不易错扣;内平式接头I.D等于558.80mm× (1+0--0.5%) , 优点是接头材料用量相对少, 价格低。考虑下一开井径, 为了确保现场易于上扣, 减少操作时间, 优先选择内加厚打桩接头。

螺纹的设计能自动导向对扣, 有效避免发生错扣;大直径的打桩导管优先选择粗扣、多头螺纹, 本身具备自锁特性;考虑导管柱的抗“波击疲劳”与“涡击疲劳”性能, 要求接头抗弯强度高于管体。

1.3 管体

管体的性能要求除必需符合API 5L标准外, 对于打桩导管, 应适当提高直线度与管端弯曲度要求。由于导管是采用打桩下入, 并长时间承受风、浪及海流的作用力及腐蚀, 在坯料中添加稀土元素提高其冲击韧性, 推荐管体的冲击功至少要求比API 5L规定值高一倍。

1.4 防退扣锁块

对于大口径的导管, 为了现场易于连接, 一般选择粗扣 (少于2.5扣/英寸) 的多头螺纹。带来的问题是接头容易倒扣, 因此, 必需设计用于防止退扣的锁块, 其承受反扭矩的能力应高于额定上扣扭矩。从锁块结构而言, 主要有两种类型, 一种是单向锁块, 只能防止退扣;另一种是双向锁块, 安装后能同时防止进扣与退扣。

1.5 替打短节

为了避免打桩锤直接击打母接头可能产生的损伤, 在打桩导管母接头与打桩锤之间垫一根替打短节, 让锤击力尽量均匀传递到导管母接头承力台阶上。要求替打短节的下端与打桩导管接头有效配合, 并易于插入母接头并能避免损失接头;其上端能与打桩设备配套。

1.6 锁块安装工具

锁块的安装需要锤入, 为了防止伤手, 要求针对不同的锁块结构设计专用安装工具, 使扶锁块的操作手远离榔头锤击位置。

1.7 导管提升工具

打桩导管接头外径与管体相同, 无法直接使用常规导管吊卡下入, 需要专用的提升工具起吊。轻型的提升工具, 两边吊耳的单个提升能力在10吨以内, 需要与导管吊卡配合

使用, 优点是自重通常在100kg以内, 易于手动操作, 缺点是安装提升工具后还要使用导管吊卡才能提升导管柱重量;重型提升工具, 自重通常在400kg左右, 手动操作难度较高, 两边的吊耳单个提升能力30吨以上, 在100m水深左右的海域可以单独使用, 操作人员经过一段时间的熟练后, 其操作速度比使用轻型提升工具还快。

2 焊逢管与无缝管的特性比较

2.1 UOE焊缝管生产工艺与特性

根据焊接钢管的生产工艺特点, 在以后的作业中可能产生以下安全隐患:1) 焊接钢管产生包辛格效应, 给应力腐蚀的产生创造了条件;2) 焊接过程焊缝与板材化学成份不一致, 给电化学腐蚀的产生创造了条件;3) 焊接过程中不可避免产生缺陷, 即熔合线和热影响区的性能较差, 且由于无损检测有一定的检测率和发现细小缺陷的限制, 导致无损检测和水压试验检查合格, 但缺陷依然存在, 存在隐患。

2.2 热扎无缝钢管生产工艺与特性

与焊接钢管相比, 制造过程中没有冷变形, 无缝钢管克服了焊缝钢管的缺点。为降低管体的应力腐蚀与电化学腐蚀速度, 在价格可接受的情况下, 优先选择无缝钢管。

3 监造生产过程确保产品质量

为了确保产品的质量, 委派第三方专业人员进行生产监督。除按照标准检查外, 有如下几点要求:1) .检查管端弯曲度;2) .检查钢管直线度;3) .不推荐用“坡口机”切管端坡口, 使用车床切坡口时, 夹紧位置应当离管端超过1.00m (36in.) ;4) .API 5L要求的壁厚均匀度为-12.5-+15%, 管体进行UT探伤后仍应进行目测检查确定无裂纹。

打桩接头的对焊, 应当避免重复加热, 采用双焊工成180度进行打底焊。API标准对焊口冲击功的要求较低, 打桩导管焊口的冲击功应至少比API标准要求值高一倍。

4 海上下入无缝隔水导管的技术应用

根据锤入段地层的特性和打桩管允许最大锤击力选择打桩锤型号, 项目初期选用D62型打桩锤。第一口井的打桩作业, 因D62型打桩锤的单次锤击能量不足, 打至入泥32m左右的硬夹层出现拒锤, 被迫下444.50mm钻具钻领眼再锤入, 耗时增加近2天。本批打桩导管最大允许锤击力分析计算, 可以使用D80锤。更换打桩设备型号后, 都顺利通过中间的硬质夹层。

刚开始进行打桩作业时, 出现了过导向槽困难的问题。综合分析认为, 每根打桩导管都有一定的弯曲度, 即公母接头的端面是不平行的, 若顺一个弯曲方向, 最终可以连接成一个圆环。采用拉线检查导管连接后的弯曲方向, 使管柱连接成“空间螺旋线”, 虽然拉线检查需要时间, 但有效地解决了遇阻问题, 避免遇阻起管柱损失作业时间, 反而提高了作业实效。

5 应用效果分析

番禺油田调整井项目打桩作业时效统计分别见图1和图2。从统计数据分析, 每一批的开始作业时间较长, 随着作业人员的配合熟练程度提高, 作业时间缩短, 55口井总共作业时间39.95天 (958.75h) , 平均单井作业时间0.73天 (17.43h) , 最快单井作业时间0.35天 (8.50h) 。

6 成功国产化带来的效益

无缝打桩导管的国产化, 首先是直接降低了采办费用, 当国外公司得知会将国产打桩导管纳入采办范围后, 也较大程度地降低了投标价格。其次, 使用国产打桩导管, 在作业过程中遇到问题时, 可较快获得技术支持, 提高了作业时效。

7 结语

7.1 虽然中国国内尚没有厂家提供打桩导管成品, 通过项目组的精心策划, 将国内外相关资源整合在一起, 完全能够生产出优质的国产化打桩隔水导管。

7.2 兼顾过导向槽与降低“群桩效应”, 设计大内倒角加小外倒角的双倒角打桩鞋是较好的方案。

7.3 充分理解API标准的相关要求, 根据项目的实际需求适当提高技术要求, 有助于降低项目综合成本。

7.4 适当改变作业习惯, 选用重型打桩导管提升工具, 省去再扣导管吊卡步骤, 预先检查连接后导管柱整体直线度, 虽然增加了单一步骤的作业时间, 但提高了整体作业时效。

7.5 打桩初期遭遇无法穿过硬夹层的问题时, 及时根据隔水导管的允许最大锤击力, 放弃原计划的备用钻领眼方案, 选用更大的打桩锤作业, 极大地缩短了后续井的作业时间。

7.6 无缝打桩导管的国产化, 既降低了采办费用, 又能通过快速获得技术支持、及时解决作业过程中遇到的问题, 提高了整个项目的作业时效。

摘要：海洋平台打桩用隔水导管多年来依赖进口, 采办周期长, 价格贵。通过综合考虑技术要求与成本, 对打桩用无缝隔水导管的国产化进行研究和应用。本文从打桩鞋、打桩接头、无缝管体、以及配套附件分析了国产化隔水导管的主要技术要求, 比较了焊逢管与无缝管的技术特点, 优选了无缝管, 并提出了生产过程的质量要求。还介绍了该型无缝打桩隔水导管在海上打桩下入的施工工艺, 并对隔水导管在番禺油田的国产化应用进行综合评价:在番禺调整项目中应用获得成功, 创造了平均安装时间17.43h/井, 单井最快安装时间8.50h的纪录。

关键词：无缝管,隔水导管,打桩,国产化,现场应用