【正文】 生。作業(yè)時(shí)使用加重壓井液 ， 特別是使用聚合物稠化壓井液時(shí) ， 必須防止壓力波動(dòng)和超高當(dāng)量循環(huán)密度出現(xiàn)。當(dāng)?shù)撞裤@具組合起出地面 ， 井底壓力已達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí) ， 底部鉆具組合中的配置接頭就與底部鉆具組合斷開 ， 并經(jīng)過防噴器組上的管子閘板 /卡瓦閘板 ， 關(guān)閉防噴器 ， 隔離井口壓力 ， 然后利用防噴管內(nèi)的電纜移開底部 鉆具組合 ， 最后關(guān)閉井口總閥 ， 恢復(fù)井口壓力。該節(jié)流裝置由人工輪換 操作 ,需隨時(shí)與司鉆保持聯(lián)系。如果需要振動(dòng)來(lái)釋放卡在井內(nèi)的鉆具組合 ， 連續(xù)油管管柱根本無(wú)法承受常規(guī)鉆鋌和鉆桿所能承受的惡劣機(jī)械操作工況。 (5) 節(jié)約鉆井費(fèi)用 連續(xù)油管欠平衡鉆井 ， 因不需龐大的鉆井設(shè)備 ， 井場(chǎng)用地少 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ,有利于節(jié)約鉆井費(fèi)用。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 ， 采用連續(xù)油管在起下鉆作業(yè)時(shí)可連續(xù)循環(huán)鉆井液 ， 消除了在起下鉆產(chǎn)生的壓力抽吸及壓力激動(dòng)所引起的井噴事故。 (1)減少對(duì)地層或產(chǎn)層的損害 欠平衡鉆井要求在鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等作業(yè)過程中始終保持負(fù)壓條件 ， 這樣能有效地減少對(duì)地層或產(chǎn)層的損害。采用連續(xù)油管無(wú)需接單根，能夠保持井底壓力穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生外來(lái)的壓力波動(dòng)。 在接單根時(shí)暫停循環(huán)，井筒內(nèi)液相和氣相分離 (氣體上升，液體下沉 )，對(duì)油藏造成壓力波動(dòng) [14]。欠平衡鉆井具有污染小 ， 鉆速快 ， 易發(fā)現(xiàn)油氣的優(yōu)點(diǎn)。小井眼 CT 鉆井技術(shù)比常規(guī)鉆井技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井作業(yè)，不僅是因?yàn)樗孛嬖O(shè)備少，占地面積小，所需操作人員少等特點(diǎn)滿足自動(dòng)化鉆井的需要，最重要的是在 CT 內(nèi)可以內(nèi)置電纜，能實(shí)現(xiàn)井底和地面的雙向信息傳送，并能配有動(dòng)力電纜和智能井底鉆具組合所必需的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，更有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和隨鉆測(cè)量，更容易實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、自動(dòng)化遙控鉆井。 (3)隨著廢液處理費(fèi)用的不斷上升，人們認(rèn)識(shí)到應(yīng)重視減少?gòu)U物的產(chǎn)生。小井眼 CT 鉆機(jī)和 CT 也比常規(guī)鉆機(jī)和鉆桿輕得多。 (4)小井眼 CT 鉆井作業(yè)中起下鉆和鉆臺(tái)工作量少，所需操作人員少，提供了一個(gè)安全的工作環(huán)境。安裝在防噴器上方的環(huán)形橡膠，其作用相當(dāng)于始終處于關(guān)閉狀態(tài)的環(huán)形防噴器，它能在鉆進(jìn)和起下鉆作業(yè)過程中密封環(huán)空，使鉆井作業(yè)得以在欠平衡壓力下進(jìn)行，從而可防止地層傷害并提高鉆速。小井眼鉆井使用 CT 鉆井的工具和設(shè)備，將占據(jù)更小的井場(chǎng)，能夠大大地減少搬運(yùn)費(fèi) ； 減少鉆機(jī)重量即減少鉆機(jī)租用費(fèi) ； 小井眼鉆井使用CT 鉆井技術(shù)，與常規(guī)井相比所需工作人員少，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)少，減少勞動(dòng)費(fèi)用。實(shí)踐證明，與常規(guī)井眼相比，小井眼探井和評(píng)價(jià)井的鉆井成本可降低 40%～ 60%或更大，生產(chǎn)井和注人井的鉆井成本可降低 25%～ 40%或更大。以 CT 技術(shù)為手段的小井眼鉆井在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上將會(huì)取得巨大的成功。小井眼鉆井的井眼尺寸小 ，套管尺寸小 ， 井場(chǎng)占地面積小 ， 鉆井時(shí)設(shè)備數(shù)量少 ， 鉆井液用量少 ， 材料消耗少 ， 有利于降低鉆井成本 ， 保護(hù)自然環(huán)境。 近年來(lái)世界各國(guó)石油公司爭(zhēng)相配套應(yīng)用該技術(shù) ， 特別是加拿大、美國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 ， 在短短的幾年內(nèi) CTD 技術(shù)的配套應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展 ， 初步顯示了 CTD 技術(shù)旺盛的生命力和巨大的吸引力。連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 19 第 3 章 連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 連續(xù)油管鉆井 (簡(jiǎn)稱 CTD)， 是國(guó)外九十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。它采用了電潛泵馬達(dá)而不是常規(guī)的容積式馬達(dá)。 (3)連續(xù)油管注入頭進(jìn)展顯著 ， HR480 型注入頭的強(qiáng)行下入能力可達(dá)180kN， 低速最大拉力達(dá) 450kN， 高速最大拉力達(dá) 180kN， 注入頭鏈條可以更換。 剪切機(jī)構(gòu)的工作原理是當(dāng)發(fā)生卡鉆時(shí) ， 上提連續(xù)油管 ， 當(dāng)連續(xù)油管被施加到一定的拉力時(shí) ， 連接工具的剪切銷釘被剪斷 ， 使下部鉆具組合與連續(xù)油管分離。它的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于連續(xù)油管本身的抗拉強(qiáng)度。 容積 式馬達(dá) 容積式馬達(dá)用來(lái)旋轉(zhuǎn)鉆頭。用常規(guī)鉆柱鉆定向井或水平井時(shí) ， 底部鉆具組合的工具面方位可在地面通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱進(jìn)行調(diào)整。 井下工具 連續(xù)油管鉆井用的井下工具主要有鉆頭、彎接頭、馬達(dá)、鉆鋌、分離機(jī)構(gòu)、連續(xù)油管配合接頭。固控設(shè)備也包括振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和離心機(jī)。該型適合于 45~+45℃ 的環(huán)境下 作業(yè)各部件封裝在防碰框架結(jié)構(gòu)內(nèi) ,液壓動(dòng)力系統(tǒng)采用封閉和隔音結(jié)構(gòu)。此外 ,一些專用連續(xù)油管設(shè)備的相繼問世 ， 如處理大直徑連續(xù)油管完井管柱的連續(xù)油管完井作業(yè)機(jī)、能夠操作連續(xù)油管和接頭連接管柱的連續(xù)油管鉆井作業(yè)機(jī)、湖泊和沼澤地區(qū)使用的駁船式作業(yè)機(jī)、北極地區(qū)使用的全封閉式作業(yè)機(jī)等 ， 使得地面設(shè)備的品種和型式更加豐富。 總體來(lái)說 ,過去的 40 余年，地面設(shè)備得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀具體表現(xiàn)在地面裝備多樣化。連續(xù)油管是一種高強(qiáng)度高韌性管材。大多數(shù)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)是柴油機(jī)和水力泵。卷筒前上方裝有排管器和計(jì)數(shù)器。連續(xù)油管注入頭的關(guān)鍵部位是鏈條總成 [9](見圖)。 (6)連續(xù)油管使用壽命較短。因此 ， 目前的連續(xù)油管作業(yè)裝置還不能完成從開鉆到完井的所有作業(yè)。 (5)連續(xù)油管 內(nèi)可以內(nèi)置電纜 ， 有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和隨鉆測(cè)量。 (2)在鉆進(jìn)過程中不 需停泵接單根 ， 可實(shí)現(xiàn)鉆井液的連續(xù)循環(huán) ， 減少了起下鉆時(shí)間 ， 縮短了鉆井周期 ， 提高了起下鉆速度和作業(yè)的安全性 ， 避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發(fā)生。 連續(xù)油管鉆井的優(yōu) 缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 在鉆井工程中 ,連續(xù)油管的應(yīng)用包括 :取心、安放造斜器和開窗側(cè)鉆、無(wú)線隨鉆測(cè)量、導(dǎo)向工具的有線測(cè)量、下尾管和懸掛器等。美國(guó)是目前應(yīng)用連續(xù)油管鉆井最多且技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家。對(duì)于裂縫性壓力遞減儲(chǔ)層和酸氣井 ， 用連續(xù)油管鉆機(jī)進(jìn)行欠平衡鉆井最為理想、有效。 近年來(lái) ， 隨著連續(xù)油管器材和制造工藝的進(jìn)一 步發(fā)展 ， 可靠性高的高強(qiáng)度大直徑連續(xù)油管、小直徑容積式馬達(dá)、先進(jìn)的定向工具及測(cè)量系統(tǒng)和金剛石鉆頭的相繼問世 ， 極大地推動(dòng)了連續(xù)油管鉆井技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用 [6]。 80 年代中后期 ， 世界范圍內(nèi)原油價(jià)格下跌 ， 迫使國(guó)內(nèi)外作業(yè)公司和服務(wù)公司研究和采用可降低鉆井成本的新方法 ，再加上連續(xù)油管質(zhì)量和可靠性的提高 ， 連續(xù)油管在修井和完井等作業(yè)中的應(yīng)用急劇增加 ， 并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。據(jù)報(bào)道 ， 1962 年加利福尼亞石油公司及勃溫工具廠研制了第一個(gè)原始型“ 連續(xù)管輕型修車裝置 ” ， 用來(lái)清除海岸區(qū)油氣井中的砂橋。我國(guó)西部油田的開采也以大量的深 井、超深井及水平井、叢式井為主。 比較國(guó)內(nèi)外連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用、研究水平與現(xiàn)狀可以看出，我國(guó)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用與研究均處于起步階段。在完井過程中，可使用鉆井 用連續(xù)油管作業(yè)機(jī)直接進(jìn)行射孔、增產(chǎn)措施、地層誘噴以及下入連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱進(jìn)行生產(chǎn)等。特別在構(gòu)造小、井距小的油田中增產(chǎn)和稠油開發(fā)及難動(dòng)儲(chǔ)量的開采中將發(fā)揮積極作用。 (2)缺乏必要的連續(xù)油管疲勞壽命、應(yīng)力、摩阻分析的試驗(yàn)裝置，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用連續(xù)油管缺乏理論依據(jù)。 國(guó)內(nèi)在連續(xù)油管和作業(yè)車的制造方面均屬空白 ,在研究上也只限于理論探索。 有關(guān)連續(xù)油管在作業(yè)時(shí)的摩阻分析、疲勞壽命及破壞機(jī)理的研究，更為國(guó)外專家學(xué)者所重視。 Stevenson 公司開發(fā)出“連續(xù)油管疲勞試驗(yàn)裝置”。六十年代到七十年代末，主要研究連續(xù)油管的物理機(jī)械性能，并研制了不同尺寸、屈服強(qiáng)度的連續(xù)油管。 國(guó)內(nèi)外研究概況 為了推廣應(yīng)用好連續(xù)油管，有效地解決連油管在使用中出現(xiàn)的故障。注入頭的鏈條被損壞。連續(xù)油管被卡斷或拉斷。（見表 ） 連續(xù)油管技術(shù)和裝備在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要局限于直井的簡(jiǎn)單作業(yè) ， 應(yīng)用情況有好有差 ， 但總體應(yīng)用情況不如人意 ， 沒有反應(yīng)和顯示此項(xiàng)技術(shù)的真實(shí)水平和特點(diǎn) ， 其主要原因是 ： 每臺(tái) (套 )設(shè)備年作業(yè)能力 100~120 井次 ， 實(shí)際平均年作業(yè)量不到 40 井次 ；大部分油田配套工具不完善 ， 使得應(yīng)用的作業(yè)工藝少 ， 有些油田適合連續(xù)油管作業(yè)的井次少 ， 作業(yè)成本比較高 。單根長(zhǎng)度可達(dá) 9000m。 國(guó)外的連續(xù)油管技術(shù)已得到了較廣泛的應(yīng)用 ， 以美國(guó)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。美國(guó)是目前應(yīng)用連續(xù)油管鉆井最多且技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家。對(duì)于裂縫性壓力遞減儲(chǔ)層和酸氣井 ,用連續(xù)油管鉆機(jī)進(jìn)行欠平衡鉆井最為理想、有效。這些新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用 ,大大加快了連續(xù)油管鉆井的應(yīng)用。 1991 年 ,ELF 公司首次使用新研制的連續(xù)油管在巴黎盆地鉆井取得成功 ,并證實(shí)了它的可行性。 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(guó)，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。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(tái)，連續(xù)油管的年消耗量達(dá) 426萬(wàn)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。 1983 年 ， 在阿拉斯加，連續(xù)油管開始被用于擠注水泥作業(yè)。的連續(xù)油管。 (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345～ 379MPa)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(wú)法得到成功應(yīng)用。 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 。西南管材公司 (Southwesten 前 言 2 Pipe Inc.)于 1969 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。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(duì)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。使用連續(xù)油管則可將繞在 Φ3180m 卷筒上的連續(xù)管柱連續(xù)地從井中下入和起出。到上世紀(jì) 90 年代，連續(xù)油管作業(yè)裝置已被譽(yù)為 “ 萬(wàn)能作業(yè)設(shè)備 ” ，廣泛應(yīng)用于油氣田修井、鉆井、完井、測(cè)井等作業(yè)，在油氣田勘探與開發(fā)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 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 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii 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。 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(shì)，并對(duì)其在稠油開 發(fā)，老井重入等方面的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。本文對(duì)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。對(duì)連續(xù)油管的疲勞壽命預(yù)測(cè)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。