【正文】 畢業(yè)論文 連續(xù)油管鉆井關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 連續(xù)油管鉆井的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 摘 要 連續(xù)油管是相對于常規(guī)螺紋聯(lián)接油管而言的，它又稱為撓性油管、蛇形管或盤管。本文對連續(xù)油管鉆井技術(shù)應(yīng)用狀況、連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備、工藝和作業(yè)工具分別進(jìn)行了闡述。 通過資料調(diào)研，較為系統(tǒng)地論述了這一技術(shù)所采用的設(shè)備和中外油田的應(yīng)用情況，分析總結(jié)了連續(xù)油管鉆井的工藝特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，并對其在稠油開發(fā)，老井重入等方面的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。 敘述了連續(xù)油管鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)、連續(xù)油管鉆機(jī)系統(tǒng)、欠平衡連 續(xù)油管鉆井及連續(xù)油管側(cè)鉆技術(shù)。較為系統(tǒng)地闡述了連續(xù)油管的工作力學(xué)特性以及連續(xù)油管彎曲、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和外部擠毀壓力分析計(jì)算模型。對連續(xù)油管的疲勞壽命預(yù)測模型進(jìn)行了介紹，根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，分析了影響連續(xù)油管疲勞壽命的因素，并據(jù)此提出了提高連續(xù)油管使用壽命的建議和措施。 關(guān)鍵詞：連續(xù)油管鉆井；設(shè)備；受力分析；力學(xué)特性；疲勞壽命 ABSTRACT The coiled tubing shall be defined relative to conventional thread connection tubing ． This article will analyze the application and research of the coiled tubing technology． The coiled tubing equipment，processing and tools will be also introduced in this article. In this paper， Coiled Tubing Drilling CTD Technology, its equipment and the application of this technology in oil fields are introduced overall. The developing of this technology and the usage in Viscous Oil Development and reentry sidetracking operation. The paper also describes the advantages and disadvantages of CTD， CT drilling rig system，under balanced CTD and through tubing sidetracking technique of CT． Mechanical characteristic of CT is studied． The model of bending，internal pressure strength and external collapse strength， diametric growth and stuckpoint of CT is established. Based on the fatigue life prediction model of the coiled tubing， the main factors influencing the coiled tubing39。s fatigue life are analyzed schematically in the text and some advice for improving the fatigue life is presented in the end． Key words： coiled tubing drilling； equipment ； force analysis；mechanics characteristic ； fatigue life 摘 要 i ABSTRACT ii 目錄 iii 第 1 章 前 言 1 連續(xù)油管發(fā)展概況 1 國內(nèi)外應(yīng)用概況 3 國內(nèi)外研究概況 6 發(fā)展連續(xù)油管鉆井的意義 7 第 2 章 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 9 發(fā)展歷程 9 連續(xù)油管鉆井的優(yōu)缺點(diǎn) 10 地面設(shè)備 11 井下工具 16 連續(xù)油管鉆井 技術(shù)新進(jìn)展 18 第 3 章 連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 19 小井眼鉆井 19 欠平衡鉆井 21 連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù) 25 第 4 章 連續(xù)油管受力分析及工作特性 28 連續(xù)油管軸向載荷分析 28 連續(xù)油管工作特性分析 36 第 5 章連續(xù)油管失效分析及疲勞壽命計(jì)算 42 連續(xù)油管失效分析 42 連續(xù)油管疲勞壽命計(jì)算 45 影響連續(xù)油管疲勞壽命因素分析 47 第 6 章連續(xù)油管鉆井的評價(jià)與未來技術(shù)發(fā)展 52 第 7 章 結(jié) 論 55 參考文獻(xiàn) 57 致 謝 60 第 1 章 前 言 連續(xù)油管發(fā)展概況 連續(xù)油管 Coiled Tubing，簡稱 CT 又稱撓性油管、盤管或柔管。相對于用螺紋連接的常規(guī)油管而言，連續(xù)油管 CT 是卷繞在卷筒上拉直后直接下井的長油管。連續(xù)油管作業(yè)最初用于下入生產(chǎn)油管內(nèi)完成特定的修井作業(yè) 如洗井、打撈等 。到上世紀(jì) 90 年代，連續(xù)油管作業(yè)裝置已被譽(yù)為萬能作業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于油氣田修井、鉆井、完井、測井等作業(yè)，在油氣田勘探與開發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用。 連續(xù)油管是一項(xiàng)正在引起油氣工業(yè)界高度重視的新技術(shù)。典型的連續(xù)油管長達(dá)是一根連續(xù)管狀的高強(qiáng)度、 低碳合金鋼 楊氏模量 、屈服強(qiáng)度～ 連續(xù)管柱。傳統(tǒng)的油氣井鉆井作業(yè)中，操作者要使用平均長度為 m 的鉆桿一節(jié)一節(jié)地連接起來并通過井架支撐。使用連續(xù)油管則可將繞在Φ m。卷筒上的連續(xù)管柱連續(xù)地從井中下入和起出。與常規(guī)技術(shù)相比，連續(xù)油管技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)用且作業(yè)效率高，在油氣工業(yè)中已獲得廣泛認(rèn)可。 現(xiàn)代連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)迄今己有 30 多年的歷史，其發(fā)展過程大致可分為三個(gè)階段，即 :60 年代初至 70 年代初的初期快速發(fā)展階段、 70 年代初至 80 年代發(fā)展停滯階段和 80 年代以后的擴(kuò)大發(fā)展階段。 1 初期快速發(fā)展階段 1962 年，美國加里福尼亞石油 California Oil 公司和波紋石油工具 Bowen Oil Tools 公司聯(lián)合研制了第一臺連續(xù)油管輕便修井裝置，所用連續(xù)油管外徑為 mm，主要用于墨西哥海灣油、氣井的沖砂洗并作業(yè)。由于連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)從一開始投入使用便顯示了其諸如不需上卸扣、接單根，從而可節(jié)省起下油管的時(shí)間，并可連續(xù)向井下循環(huán)液體，減少對地層的傷害等優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在 60 年代初至 70 年代初得到迅速發(fā)展，在油、氣田生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。1964 年，美國布朗石油工 具公司 Brown Tools Co. 建立了連續(xù)油管生產(chǎn)線，生產(chǎn)外徑為 mm 的連續(xù)油管，此后不久又開始生產(chǎn)外徑為 mm 的連續(xù)油管。波紋公司于 1967 年建立了連續(xù)油管生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)外徑為 mm 和 mm 的連續(xù)油管。到了 70 年代初，又開始生產(chǎn)外徑為 mm 的連續(xù)油管。西南管材公司 Southwesten Pipe Inc. 于年開始生產(chǎn)連續(xù)油管，采用屈服強(qiáng)度為 345～ 379MPa 的鋼板，并改進(jìn)制造工藝，從各個(gè)方面提高了連續(xù)油管的性能。 在連續(xù)油管的發(fā)展過程中，其應(yīng)用裝備也隨著不斷發(fā)展和完善。繼第一臺連續(xù)油管輕 便修井裝置之后， 1964 年，布朗石油工具公司和埃索 ESSO 石油公司共同研制出一種修井用注入頭，使用的連續(xù)油管外徑為 mm，用于陸上和海上油井清砂作業(yè)。 1967 年，波紋石油工具公司研制出 12 臺 5M”型連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，使用外徑為 的連續(xù)油管，其提升能力為 。 1968 年，波紋石油工具公司又開發(fā)出 8M”型連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，使用外徑為 的連續(xù)油管，其提升能力為 。至 70 年代初，已有 200 多臺連續(xù)油管作業(yè)機(jī)廣泛用于油、氣井的清砂和注氮作業(yè)。 19641967 年，油、 氣工業(yè)用連續(xù)油管外徑為19. 05～ 年至 70 年代初則主要使用外徑為 ～ 的連續(xù)油管。這一期間，連續(xù)油管主要用于淺井作業(yè)。 2 發(fā)展停滯階段 70 年代初，人們將外徑為 的連續(xù)油管從常規(guī)淺井的沖砂和噴射作業(yè)擴(kuò)大應(yīng)用到深井作業(yè)，但由于當(dāng)時(shí)連續(xù)油管的材料強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度為345379MPa 及其直焊縫強(qiáng)度不能滿足重復(fù)循環(huán)及深井作業(yè)時(shí)所需要的高軸向載荷要求，連續(xù)油管在深井中無法得到成功應(yīng)用。進(jìn)入 70 年代后，由于連續(xù)油管焊縫失效、設(shè)備故障及井下連續(xù)油管作業(yè)事 故增多等多種綜合因素，人們開始對連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的可靠性及安全性持懷疑態(tài)度，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。 70 年代是連續(xù)油管技術(shù)發(fā)展史上的灰色歲月，但到了 70 年代末至 80年代初，美國連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的制造廠商開始針對其設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用情況，著重在連續(xù)油管作業(yè)設(shè)計(jì)和制造上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)而提高了設(shè)備的性能，擴(kuò)大了連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的適用管徑范圍，并大大降低了設(shè)備的失效率。與此同時(shí)，美國連續(xù)油管制造廠商也開始投入力量改進(jìn)連續(xù)油管制造技術(shù)，并于 1978 年開發(fā)出外徑 。的連續(xù)油管。 3 擴(kuò)大發(fā)展階段 進(jìn)入 80 年代后，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)機(jī)。隨著鋼材材質(zhì)和管材制造技術(shù)的改進(jìn)，以及連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備性能的不斷更新，各連續(xù)油管制造廠商抓緊時(shí)機(jī)，不斷開發(fā)出新的連續(xù)油管投入市場應(yīng)用。 1980 年，開始采用屈服強(qiáng)度為 的鋼板軋制連續(xù)油管，明顯地改善了連續(xù)油管的性能。 1983年在阿拉斯加，連續(xù)油管開始被用于擠注水泥作業(yè)。到了 80 年代中期，連續(xù)油管己被應(yīng)用于各類泵送作業(yè)、輸送井下工具及替換生產(chǎn)管柱，各連續(xù)油管制造廠商致力于較大直徑連續(xù)油管的開發(fā)。 80 年代后期，外連續(xù)油管相繼問世 。 進(jìn)入 90 年代后，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，連續(xù)油管作業(yè)已涉及所有常規(guī)修井作業(yè)領(lǐng)域，并向更廣、更復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。至 1993 年底，全世界在用的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)數(shù)量己達(dá) 561 臺，連續(xù)油管的年消耗量達(dá) 426 萬米，連續(xù)油管的最大作業(yè)深度達(dá) 7125m，并且更大直徑的連續(xù)油管不斷問世。 1990 年，外徑為 的連續(xù)油管投入完井作業(yè) 1992 年 1 月，外徑為 的連續(xù)油管問世 1993 年，外徑為 的連續(xù)油管已用于深井試油 1994 年，連續(xù)油管的最大直徑己達(dá) 。 至今，連續(xù) 油管作業(yè)已涉及鉆井、完井、試油、采油、修并和集輸?shù)榷鄠€(gè)作業(yè)領(lǐng)域。 1992 年初，美國石油學(xué)會開始編制連續(xù)油管作業(yè)和應(yīng)用作為 API的推薦作法，以宣傳和規(guī)范有關(guān)連續(xù)油管的工程、設(shè)計(jì)、制造、配套、安裝、試驗(yàn)及操作。 目前，世界上幾大主要連續(xù)油管與連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的制造廠商均集中在美國，它們是精密油管技術(shù)公司 Precision Tube Technology 、優(yōu)質(zhì)油管公司 Quality Tubing Inc 和西南管材公司 Southwesten Pipe Inc 三大連續(xù)油管制造公司及 Bowen, Hydra Rig 1991 年與 Drexel 公司合并 和 Otis 等連續(xù)油管作業(yè)機(jī)制造公司。 國外的連續(xù)油管技術(shù)已得到了較廣泛的應(yīng)用以美國普拉得霍灣西部作業(yè)區(qū)為例 ,每年使用連續(xù)油管作業(yè)超過 1000 井次?，F(xiàn)在全世界連續(xù)油管的年耗量近500 m，井下作業(yè)量以每年 25%的速度增加。世界上主要的連續(xù)油管制造廠商均集中在美國它們是精密油管技術(shù)公司、優(yōu)質(zhì)油管公司和西南管材公司。連續(xù)油管的直徑從Φ ～Φ 共有 100 多種規(guī)格屈服強(qiáng)度為 ～ 可以滿足不同作業(yè)需要 。單根長度可達(dá) 9000m。連續(xù)油管作業(yè) 設(shè)備作業(yè)車的數(shù)量已達(dá)到 600 多臺并且每年以 20%的速度增長它們是由美國 HULLIBUTON 公司、 BOVEN工具公司、 CVDD 公司、加拿大和俄羅斯的一些公司生產(chǎn) ,這些作業(yè)車集氣、液、電一體化 ,自動化程度高、可靠性好能完成多種作業(yè)。 1985 年以來國內(nèi)陸上各油田共引進(jìn)連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備 20 多臺主要分布在大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、新疆等油田。大慶油田、塔里木油田、吐哈油田利用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)進(jìn)行了氣舉、清蠟、洗井、沖砂、測井、擠水泥作業(yè)成功地解決了油田生產(chǎn)中的一些特殊難題取得了良好的效果 ,但與國外相比作業(yè)設(shè) 備的利用率還比較低。（見表） 1 國內(nèi)陸上油田連續(xù)油管作業(yè)分布表 長慶井下 技術(shù)作業(yè)處 1 沖砂、打撈、氣舉助排（排液） 土哈井下 技術(shù)作業(yè)公司 2 洗井、氣舉排液鉆磨、酸化解堵 四川井下 技術(shù)作業(yè)公司 吉林井下 技術(shù)作業(yè)公司 3 通井、沖砂洗井 大慶試油 試采公司 1 替噴、氣舉、氮?dú)馀乓?、洗井、沖砂解卡、解除蠟堵蠟卡 遼河沈陽 工程技術(shù)處 2 198 198 1991 新疆準(zhǔn)東石油技術(shù)有限公司 3 華北井下 作業(yè)技術(shù)公司 1 克拉瑪依 試油處 3 大港油田 井下作業(yè)公司 1 勝利油田 1 南陽油田 1 中原油田 1 合 計(jì) 21 使得整體應(yīng)用水平一般，有待于研究開發(fā)新的作業(yè)工藝及工具，解決各油田存在的作業(yè)難題；設(shè)備動力下降、液路系統(tǒng)內(nèi)漏 !配件供應(yīng)不及時(shí)，使得作業(yè)效率下