【正文】 利于保護油氣層，提高鉆速。(3)連續(xù)油管鉆井特別適用于小眼井鉆井、老井側(cè)鉆、老井加深。(6)減少作業(yè)人員。(3)因連續(xù)油管不能像常規(guī)鉆桿那樣旋轉(zhuǎn)，無法攪動可能形成的巖屑床，增大了卡鉆的風(fēng)險。 地面設(shè)備連續(xù)油管鉆井的地面設(shè)備主要由連續(xù)油管作業(yè)機、泥漿循環(huán)系統(tǒng)和井控系統(tǒng)組成 [8]。(2)卷筒。卷筒所能纏繞連續(xù)油管的長度和直徑的大小主要取決于卷筒的外徑、寬度、筒芯的直徑、運輸設(shè)備的要求等。(4)控制室。目前，美國有三家公司( 均位于休斯敦) 制造連續(xù)油管，即精密管技術(shù)公司、優(yōu)質(zhì)管公司、西南管子公司。CTU 可分為常規(guī)型和復(fù)合型 2 種型式，以適應(yīng)不同的作業(yè)用途、工況和道路條件的要求，其中,常規(guī)型主要有拖車式、車裝式、橇裝式 3 種型式。圖 至圖 展示了幾種典型的地面設(shè)備，其中圖 所示的車裝式連續(xù)油管作業(yè)機結(jié)構(gòu)相對較為簡單，移運方便靈活，適合我國的道路和井場條件，較小直徑的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采取這種結(jié)構(gòu)形式；圖 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的拖車式連續(xù)油管作業(yè)機將各個工作機構(gòu)集中布置在拖車上，采用通用的牽引車移運，適合較好的道路和井場條件，較大直徑的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采取這種結(jié)構(gòu)形式；圖 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)連續(xù)油管作業(yè)機的機構(gòu)特點，將其主要部件劃分為合適的模塊，因此制造相對較為簡單，用于海上平臺的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采用這種結(jié)構(gòu)形式；圖 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖 和圖 所示的自帶吊車和井架的連續(xù)油管作業(yè)機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其突出特點是，作業(yè)時不需要另外的起吊設(shè)備，但移運時對道路和井場條件的要求較高；圖 拖車帶吊車式連續(xù)油管作業(yè)機圖 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的專用連續(xù)油管鉆井裝備結(jié)構(gòu)齊全而復(fù)雜，造價昂貴,移運困難，其突出的結(jié)構(gòu)特點是，這種裝置將滾筒置于注入頭上方，作業(yè)時，省去了注入頭的導(dǎo)向器消除了因?qū)蚱饕鸬膹澢推谄茐模虼四艽蟠筇岣叩氖褂脡勖?泥漿循環(huán)系統(tǒng)連續(xù)油管鉆井中所選擇的泥漿，既不能損壞泥漿馬達橡膠定子，同時能最大限度地減少連續(xù)油管內(nèi)的摩擦壓力損失，使泥漿在環(huán)空中具有足夠的攜巖能力。泥漿泵的功率應(yīng)滿足井下泥漿馬達和井眼清潔的要求。一般呈井下鉆具組合形式 [11]，見圖 鉆頭用于連續(xù)油管鉆井的鉆頭應(yīng)具備：(1)在低鉆壓和高轉(zhuǎn)速下應(yīng)具有足夠的破巖能力；(2) 在鉆井過程中,鉆頭對扭矩的要求要低，以避免高扭矩使連續(xù)油管疲勞破壞。但用連續(xù)油管鉆井時，因連續(xù)油管不能旋轉(zhuǎn)，必須用一種專門的井下工具即定向工具來調(diào)整底部鉆具組合的工具面方位。連續(xù)油管鉆井中所用的容積式馬達主要有三種類型：高速低扭矩、中速中扭矩和低速高扭矩。 緊急分離機構(gòu)連續(xù)油管施工過程中，如果下部鉆具組合發(fā)生卡鉆或其它井下事故，就應(yīng)該使用分離機構(gòu)使連續(xù)油管與下部鉆具組合分離。當(dāng)連續(xù)油管起出井口以后，使用打撈工具來回收下部鉆具組合。(4)在過程控制系統(tǒng)、電纜安裝系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等方面也取得了明顯進展。電潛泵馬達與行星式變速箱連接，能夠把輸出軸轉(zhuǎn)速降低到與鉆井條件相適應(yīng)的轉(zhuǎn)速。連續(xù)油管鉆井技術(shù)通過側(cè)鉆、小井眼、欠平衡鉆井和過油管作業(yè)等，開發(fā)常規(guī)鉆井技術(shù)難以達到的、隱蔽的、枯竭的油氣藏。連續(xù)油管鉆機(CTD)在普魯?shù)没魹?(Prudhoe)延伸現(xiàn)有水平井或水平側(cè)鉆，其成本是常規(guī)鉆機的 40%，利用此項技術(shù)鉆斜井，平均日產(chǎn)油量由以前的 900 桶升至2022 桶,經(jīng)濟效益顯著。連續(xù)油管尺寸小，強度高,用其進行小井眼鉆井具有獨特的優(yōu)勢 [12]。這兩項技術(shù)的結(jié)合，將大大地降低鉆井成本和鉆井對產(chǎn)層造成的損害，能給鉆井人員提供一個安全的工作環(huán)境，能在海上及陸上邊遠地區(qū)、環(huán)境敏感地區(qū)和一些惡劣自然環(huán)境下進行常規(guī)鉆井技術(shù)所不能完成的作業(yè)，并且比常規(guī)鉆井技術(shù)更易于實現(xiàn)自動化、智能化鉆井，此技術(shù)有著巨大的市場潛力。目前，小井眼鉆井技術(shù)越來越多地采用 CT 鉆井技術(shù)，為降低鉆井成本和提高采收率提供了一個有效的途徑。這些費用的減少加上使用小直徑的井下馬達與 PDC 等小尺寸鉆頭所得到的較高鉆速，成本減少可達 50 %。(2)在鉆進過程中不需停泵接單根，可實現(xiàn)鉆井液的連續(xù)循環(huán)，不必壓井就可以進行換鉆頭和起下鉆作業(yè)。環(huán)保問題日趨重要，減少對環(huán)境的影響己成為鉆井的主要問題之一，小井眼 CT 鉆井技術(shù)為最大程度地減少廢物和改善對整個環(huán)境的影響提供了一個有效的途徑。另外，由于小井眼 CT 鉆井所需裝備少于常規(guī)鉆機，小井眼 CT 鉆井所需的功率減小，燃油消耗和排放到大氣的廢氣也相應(yīng)地減少，對空氣的污染也就隨之減少。小井眼 CT 鉆井通過減小井眼尺寸，大大地減少了鉆屑和泥漿體積，從而減少了廢液、廢氣的產(chǎn)生。 欠平衡鉆井欠平衡鉆井是井筒內(nèi)靜液柱壓力低于地層壓力的情況下進行的鉆井。特別是水平井鉆井，可實現(xiàn)邊噴邊鉆，既有利于保護油氣層不受傷害，又有利于用產(chǎn)出地層流體增大環(huán)空流量，更好地將水平段巖屑攜帶出來，提高機械鉆速。另外，停泵后會形成巖屑墊層。如果井筒流體力學(xué)設(shè)計合理，可以避免出現(xiàn)巖屑墊層。用常規(guī)的連接鉆桿柱進行欠平衡鉆井，在連接鉆桿時，會失去其優(yōu)勢，而采用連續(xù)油管,因鉆井期間不用連接鉆桿，可始終維持欠平衡條件，從而充分地顯示出了欠平衡鉆井的優(yōu)越性。(4) 可實時進行環(huán)空壓力測量在通常情況下，鉆井液脈沖 MWD 工具不能在欠平衡鉆井所用的可壓縮鉆井液中使用，這樣,就無法進行測量。雖然欠平衡連續(xù)油管鉆井具有明顯的優(yōu)越性，但也有它的局限性，由于連續(xù)油管的柔性，使其易堵；所以，目前可達水平的長度受到限制。 保持動態(tài)近平衡狀態(tài)的作業(yè)要求(1)井底壓力控制 [16]如果當(dāng)量循環(huán)密度設(shè)計值不變，可以利用井口壓力，通過生產(chǎn)油管環(huán)空作用到連續(xù)油管上，就能維持近平衡條件。作業(yè)中泵速變化與設(shè)計的井底壓力變化一致。(3)起下管柱時的壓力控制起下管柱時，必須保持井底壓力的恒定。最近 10 年來,連續(xù)油管和常規(guī)的鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在欠平衡鉆井市場的競爭很激烈。更重要的是這種方式不需要進行鉆桿上卸扣作業(yè)而中斷鉆井液循環(huán)。因泵油而非剪切時，60%～85% 氣體泡沫鉆井液超時分解，容易在井筒中分離成氣體和自由水的兩相體系。 連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù)連續(xù)油管過油管開窗側(cè)鉆技術(shù)與常規(guī)側(cè)鉆技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于可以不起下油管，直接通過油管進行套管開窗側(cè)鉆，即過油管側(cè)鉆，加上連續(xù)油管無接頭以及連續(xù)油管鉆機固有的結(jié)構(gòu)特點，使連續(xù)油管側(cè)鉆能顯著節(jié)約鉆井成本,是一種可靠、安全、經(jīng)濟的對現(xiàn)存老井眼進行側(cè)鉆的有效方法 [17]。在浮動接頭和非旋轉(zhuǎn)型接頭之間接有 4～6 節(jié)直徑 的鉆鋌，以增加鉆壓和工具面的穩(wěn)定性。彎外殼鉆井馬達，馬達上安裝有 176。增斜段 BHA：鉆增斜段不需使用鉆鋌，造斜使用無磁馬達和 PDC 鉆頭。不使用 MWD 穩(wěn)定器，為減少鉆壓傳遞問題 ,鉆井液馬達的抗磨墊塊限制在 3mm 以內(nèi)。 的彎外殼鉆井馬達。 開窗側(cè)鉆工藝 連續(xù)軟管過油管側(cè)鉆技術(shù)包括水泥塞開窗側(cè)鉆技術(shù)、水泥環(huán)內(nèi)置造斜器開窗側(cè)鉆技術(shù)和過油管造斜器開窗側(cè)鉆技術(shù) [18]。(2)鉆導(dǎo)引孔在水泥塞上鉆導(dǎo)引孔至開窗點，該點位于新老井眼交匯處。導(dǎo)引孔有近邊導(dǎo)引、遠邊導(dǎo)引和曲線導(dǎo)引三種幾何形狀，大多數(shù)井中采用曲線導(dǎo)引，因其易于定向和可預(yù)測造斜，且從直井眼段經(jīng)過平緩的導(dǎo)引曲率段到窗口的最高曲率處過渡平滑，減小了井下鉆具組合穿過窗口的阻力?！?176。隨著起始磨鞋和導(dǎo)引孔的改進，吊打的時間已經(jīng)大大縮短。為了便于分析，本文將整個管柱分為若干桿柱單元段，通過對每一個單元桿柱進行受力分析，疊加摩擦力的影響，從而求得整個連續(xù)油管柱的軸向載荷。 管柱三維剛桿模型(1)基本假設(shè)條件 管柱與井壁連續(xù)接觸，管柱軸線與井眼軸線一致； 井壁為剛性； 管柱單元體所受重力、正壓力、摩阻力均勻分布； 計算單元體為空間斜平面上的一段圓弧。22bN??式中： 、 曲線坐標(biāo) S 處的主法線和付法線方向的剪切力， N；nQ、 一主法線和付法線方向的均布接觸力，N ；b摩阻系數(shù)，提管柱時取“+”，下管柱時取“”號。)(EIKsb式中：E—彈性楊氏模量，kN/m 2 ； I—管柱慣性矩， m4；各段的段長，m。(2)模型建立取任一單元桿柱 ，如圖 所示，作用在單元桿柱上的力見下表Li[1922]：表 作用在單元桿柱上的力根據(jù)基本假設(shè)，它位于空間斜平面 Ri 上，為了便于分析，分別以集中力代替分布力，并以單元桿柱的中點為原點建立笛卡兒坐標(biāo)系—xyz 坐標(biāo)系，如圖 所示，x 軸為切線方向，xy 平面與 Ri 平面重合，z 軸與 Ri平面垂直向下。 模型的邊界條件鉆頭處的邊界條件對模型的計算結(jié)果影響很大，連續(xù)油管鉆井的工況大概分為:起鉆、下鉆、正常鉆進等三種。對于每跨梁之間的橫向載荷集度可由下式計算： (428)sini iQw???其中參考(425)式進行計算。摩阻系數(shù)的變化將會引起管柱軸向載荷的極大變化。不同泥漿體系下的摩擦系數(shù)取值，需要通過實驗測定或現(xiàn)場試驗確定。當(dāng)連續(xù)油管進人導(dǎo)引架時，油管由直變彎、導(dǎo)引架彎曲半徑從 54 英寸( 米) 到 98 英寸( 米) ，油管發(fā)生塑性彎曲變形，圖中示。因此，它在一次起、下作業(yè)過程就要經(jīng)受 6 次拉伸一彎曲交替變形。眾多的研究表明：摩阻系數(shù)的大小取決于多種因素，它是材料與各種條件的綜合特性，而不是材料自身的固有特性。由下式計算： (429) (cos)/2biiNwL??于是，將式(429)、式(427)帶入(426)可得作用在支撐點上的側(cè)壓力 (430)21/nb? 摩阻系數(shù)的處理在前面推導(dǎo)的公式中，摩阻系數(shù)(181。 側(cè)壓力求解如前所述，作用在各支撐點上的側(cè)壓力應(yīng)該是空間斜平面上的支撐點側(cè)壓力 力平面內(nèi)垂直于空間斜平面方向的側(cè)壓力 的合成，即：nNbN (426)22nb??空間斜平面上的支撐點側(cè)壓力 下式計算：nN (427)12iiinqLM?式中： —兩跨之間均布橫向載荷集度；f —兩跨之間的長度；i—兩跨之間的彎矩。i?1?利用余弦定理，以上兩向量的夾角 2δ 可表示為： (421)22211iii iiFF???????????斜平面 Ri 的傾角 θ 為合向量 與向量 的夾角，可由下式求解： (422)222111arcosi igigiigiNNF????? ????? ??? ?方程(418)可以表示為如下形式： (423)?????????0sinco 0cossinsico1????????NNFggi為正壓力 N 與 Y 軸的夾角，通過(423)可消除 ，由此可得單元管?柱軸向載荷的求解模型： (424)?????????????????????22 221F 0cossinsinsicocbneg ggiiNLWNFF????????鋼鉆 井 液注：管柱向上運動時?。?，向下運動時取－號當(dāng)己知單元桿柱下端的軸向力 ，則由上述方程組可求出單元桿柱上iF端的軸向力 ，由此向上計算，可求得整個管柱的軸向力。其公式為： (415)0cossusmfuNdTqK?????????式中： 微元段上的摩擦力，N， “ ”代表起下管柱工況，起管柱取“+ ”，下管柱取 “”，以后同。?如前所述，本文認(rèn)為井眼軸線相鄰兩測點為空間斜平面上的一段圓弧，井眼撓率始終位于密切面內(nèi)，由密切面定義可知： 。曲線坐標(biāo) S 處(A 點)的集中力 為： )(sF? (41)()()tsTQnsb????????微元段 處(B 點)的集中力 為： ds?)(dsF?? ()()()()(tsdtFTnQbnb?????????? (42)微元段 ds 上的均布接觸力 為： )(sqc? (43)())(btqsNs?????????單位長度管柱浮重 為： pW (44)pmfqK??式中： 浮力系數(shù)， 為作業(yè)液密度， 為管柱材f smf?/1??s?料密度。兩種模型在石油鉆井中都得到了廣泛的應(yīng)用，軟桿模型主要用于井眼曲率變化較小的井眼，而剛桿模型在井眼曲率變化大的井眼中具有更高的精確度(如中小曲率半徑的水平井、側(cè)鉆水平井)。(4)側(cè)鉆開窗完成后，首先鉆造斜段和穩(wěn)斜段，最后鉆水平井段，側(cè)鉆工藝與常規(guī)側(cè)鉆類似。在開窗作業(yè)中，最重要的技術(shù)之一是吊打,吊打的關(guān)鍵是鎖住注入頭一段時間磨銑套管，從而使磨鞋磨進套管 。導(dǎo)引孔鉆至接觸套管壁，使磨銑井下鉆具組合保持在正確的方位上，水泥斜面從開始就支持著磨鞋和馬達彎外殼產(chǎn)生所需的切削力。鉆導(dǎo)引孔采用常規(guī)的短拋物線型金鋼石鉆頭，接著下 1176。其工藝簡述于下：(1)注開窗水泥塞目前用于注