【正文】 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 )[1,2]。傳統(tǒng)的油氣井鉆井作業(yè)中，操作者要使用平均長度為 來并通過井架支撐。 (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(tái)連續(xù)油管輕便修井裝置，所用連續(xù)油管外徑為 ，主要用于墨西哥海灣油、氣井的沖砂洗 井 作業(yè)。到了 70年代初，又開始生產(chǎn)外徑為 的連續(xù)油管。 1967 年，波紋石油工具公司研制出 12 臺(tái)“ 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 。這一期間，連續(xù)油管主要用于淺井作業(yè)。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 。 1980 年，前 言 3 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。 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。 1992 年初，美國石油學(xué)會(huì)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。由于當(dāng)時(shí)用的是以對(duì)接焊方式將常規(guī)油管焊接成的連續(xù)油管 ， 其強(qiáng)度和可靠性差 ,限制了它的應(yīng)用。目前國外已研制出高強(qiáng)度的大直徑 (φ 89 或φ 127)連續(xù)油管、小直徑鉆井液馬達(dá)及高扭矩定向鉆井工具等連續(xù)油管鉆井井下鉆具組合工具。連續(xù)油管鉆井的另一個(gè)用途是 欠平衡鉆井 ,而且在此領(lǐng)域有著巨大的潛在市場。 目前世界上研究和應(yīng)用連續(xù)油管鉆井技術(shù)的公司大都集中在歐、美地區(qū)的一些發(fā)達(dá)國家 ,如美國、法國、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。北海油田用連續(xù)鉆機(jī)鉆井更為普遍。連續(xù)油管的直徑從 ～ 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 。大慶油田、塔前 言 5 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。連續(xù)油管表面有砂眼、凹坑、劃痕或連續(xù)油管泄漏。注入頭驅(qū)動(dòng)主軸被折斷或鏈條張緊軸被折斷。深度指示位置不準(zhǔn)確。 自連續(xù)油管問世以來，國外就對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行了研究。 八十年代后期至九十年代，國外一些連續(xù)油管制造商為了了解和模擬連續(xù)油管在循環(huán)負(fù)荷和各類型應(yīng)力下的物理機(jī)械性能，進(jìn)行大量研究和試驗(yàn)工作，建立了連續(xù)油管壽命預(yù)測計(jì)算機(jī)模型，可以較好預(yù)測連續(xù)油管的疲勞壽命，如美國 Stewart amp。近幾年來，國外專家學(xué)者不斷研究連續(xù)油管在作業(yè)時(shí)的抗內(nèi)前 言 7 外擠壓力、摩阻力、轉(zhuǎn)輸至井底的松馳力等問題，建立了其抗外擠壓力的理論模型、預(yù)測小橢園度 (≤ 3%)連續(xù)油管抗外擠壓力值的理論模型、在井中彎曲度的力學(xué)模型，設(shè)計(jì)出連續(xù)油管應(yīng)用于水平井的計(jì)算機(jī)模型 (CIRCA)等。 我國正處在引進(jìn)和試驗(yàn)連續(xù)油管階段，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，己有 21 臺(tái)以上連續(xù)油管設(shè)備，主要用于修井作業(yè)，但對(duì)連續(xù)油管的研究甚少。對(duì)連續(xù)油管的機(jī)械物理性能、應(yīng)力、井下壓力等研究較少，現(xiàn)場人員還沒有認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)研究的重要性。 發(fā)展連續(xù)油管鉆井的意義 根據(jù) 國外發(fā)展方向，采用連續(xù)油管技術(shù)進(jìn)行水平井欠平衡鉆井將成為油田增產(chǎn)、難動(dòng)用儲(chǔ)量開采和提高最終采收率的主導(dǎo)技術(shù)。 連續(xù)油管也可以用來在現(xiàn)有井中開窗側(cè)鉆、取心或電測、下尾管并固井、沖洗作業(yè)等。國內(nèi)遼河、新疆等油田稠油資源豐富，采用連續(xù)油管鉆井技術(shù)鉆短半徑多層多側(cè)向水平井開采具有獨(dú)特的優(yōu)勢，不僅有利于防止 邊水水竄和底水推進(jìn)，更有利于提高單井產(chǎn)量和采收率。 隨著我國東部油田增產(chǎn)挖潛工作的深入 ， 需要采取在套管內(nèi)側(cè)鉆水平井的方法對(duì)一批復(fù)雜斷塊油田開采剩余油 ， 以及對(duì)待廢井、工程事故井、停產(chǎn)井進(jìn)行挖潛復(fù)產(chǎn)或增產(chǎn)。 在二戰(zhàn)期間 ,盟軍曾用連續(xù)油管從海底輸送能源 ,以滿足戰(zhàn)爭的需要。 在此后的 20 多年內(nèi) ， 連續(xù)油管技術(shù)雖然取得了一些進(jìn)步 ， 并在修井和完井作業(yè)中獲得了一些應(yīng)用 ， 也進(jìn)行過鉆井嘗試 ， 但由于連續(xù)油管可靠性問題 ，未能在石油界取得大范圍的推廣應(yīng)用。近年來 ， 世界上用連續(xù)油管所鉆井的數(shù)量急劇增加 ， 1996年為 410 口 ， 1997 年猛增至 600 多口 ， 目前仍在繼續(xù)增加。連續(xù)油管鉆井的另一個(gè)用途是欠平衡鉆井 ， 而且在此領(lǐng)域有著巨大的潛在市場。 目前世界上研究和應(yīng)用連續(xù)油管鉆井技術(shù)的公司大都集中在歐、美地區(qū)的一些發(fā)達(dá)國家 ， 如美國、法國、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。北海油田用連續(xù)鉆機(jī)鉆井更為普遍。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。 (4)地面設(shè)備少 ， 占地面積小 ， 特別適合于條件受限制的地面或海上平臺(tái)作業(yè) ， 能減少對(duì)周圍環(huán)境的影響 ,降低井場建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用 ， 同時(shí)設(shè)備移運(yùn)安裝快捷、方便、靈活。 (2)盡管連續(xù)油管可以用來下入較短的襯管 ， 但如果要下入較長的套管柱或尾管柱 ， 則需要借助常規(guī)鉆機(jī)或修井機(jī)才能完成。 (5)鉆壓、轉(zhuǎn)矩、水力參數(shù)和井底鉆具組合受到限制。它的主要功能是克服連續(xù)油管在井筒內(nèi)的浮力及摩連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 12 擦力使油管下入井內(nèi) ； 在不同情況下控制連續(xù)油管的下入速度 ； 懸掛油管和 圖 鏈條牽引總成剖面示意圖 控 制從井內(nèi)起出油管的速度。卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓馬達(dá)控制 ， 液壓馬達(dá)的作用是在連續(xù)油管起下時(shí)在油管上保持一定的拉力 ， 使其緊繞在卷筒上。動(dòng)力系統(tǒng)主要為作業(yè)機(jī)和各部件提供動(dòng)力源。 (5)連續(xù)油管。 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 13 目前 ， 世界上較大的連續(xù)油管作業(yè)供應(yīng)商主要有美國的哈里伯頓公司、Hydra Rig 公司、 CVDD 公司、 Bowen 工具公司、 Stewart Stevenson 公司、加拿大 DRECO 能源公司。復(fù)合型 CTU可用 CT 和鉆桿柱進(jìn)行作業(yè)。加拿大公司開發(fā)的用于北極或沙漠地區(qū)使用的 ，連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 16 安裝在該公司制造的重型自走式車上。與常規(guī)鉆井相比 ， 其泥漿循環(huán)系統(tǒng)的容積要小一些。在欠平衡壓力鉆井中 ， 通常采用兩套防噴器組 ， 一套用在連續(xù)油管上 ， 一套用在井底鉆具組合上。 彎接頭、定向工具 用連續(xù)油管鉆定向井和水平井過程中 ， 在下部鉆具組合中應(yīng)配有彎接頭和定向工具。在使用導(dǎo)向工具或 MWD 系統(tǒng)時(shí) ， 必須使用無磁鉆鋌以避免電磁干擾 ， 避免導(dǎo)向和測量錯(cuò)誤。 連續(xù)油管適配器 連續(xù)油管適配器用來聯(lián)接連續(xù)油管和底部鉆具組合 ， 它所承受的扭矩必須大于泥漿馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩 ， 同時(shí)還需處理下部鉆具組合的振動(dòng) ， 以確保連續(xù)油管免遭損壞。 液壓機(jī)構(gòu)的工作原理是從地面往連續(xù)油管內(nèi)泵入一個(gè)小球 ， 當(dāng)小球下行到球座上時(shí) ， 連續(xù)油管開始憋壓 ， 當(dāng)壓力達(dá)到某一高度時(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。 (2)連續(xù)油管疲勞破壞的精確模擬 ， 提高了鉆井作業(yè)的可靠性。該系統(tǒng)的核心部件是井底電動(dòng)鉆具總成。該井下電動(dòng)鉆具總成經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)證明 ， 具有很多優(yōu)點(diǎn) ： 可以使鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆井液流量無關(guān) ；可以獲得井下數(shù)據(jù) ； 可以改變旋轉(zhuǎn)方向 ； 可以采用欠平衡壓力鉆井 ； 可以使循環(huán)壓力與地層壓力獲得動(dòng)態(tài)平衡 ； 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制井斜和方位 ， 降低起下井底鉆具總成的次 數(shù) ， 提高連續(xù)油管的使用壽命。與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比 ， CTD 操作簡便 ， 施工安全污染小和占地少 ， 操作人員僅需 4 人 ， 作業(yè)效 率很高 ， 施工效果好 ， 從而倍受人們的歡迎。 小井眼鉆井 小井眼鉆井是指井徑小 于 120mm的井眼。 CT 鉆井技術(shù)特別適合于鉆小井眼井，并為完成高效益的小井眼井提供了潛在的能力。小井眼鉆井技術(shù)是被實(shí)踐證明能大幅度降低油田勘探開發(fā)鉆井成本的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。 CT 鉆井裝備比小井眼鉆機(jī)小且易移動(dòng)。 CT 沒有接頭，為實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井創(chuàng)造了有利條件。 (3)采用 CT 鉆井，免去了鉆井人員在鉆臺(tái)上進(jìn)行接卸鉆桿作業(yè)，這樣，可避免在接卸鉆桿時(shí)人員的傷亡，明顯的改善鉆井工人的安全性。一個(gè)常規(guī)鉆機(jī)的占地面積至少是小井眼 CT 鉆機(jī)的 4 倍。同時(shí)，來自常規(guī)管柱操作的噪音也因采用 CT 鉆井而幾乎被消除。 當(dāng)前，國際石油鉆井技術(shù)發(fā)展的總趨勢是以信息化、智能化、自動(dòng)化為特點(diǎn)，向自動(dòng)化鉆井階段發(fā)展。也為采用油基鉆井液 ， 氣體鉆井和泡沫鉆井提供了安全保證。這就要求在山鉆桿 連接組成的鉆柱內(nèi)連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 22 安裝浮子，在每次接單根之前把浮子以上的流體替換成單相流體 (液相 )。 而連續(xù)油管具有連續(xù)作業(yè)的特性，就成為欠平衡鉆井施工一個(gè)極佳的選擇。 連續(xù)油管欠平衡鉆井的特點(diǎn) 在欠平衡壓力條件下采用連續(xù)油管鉆井已顯示出較大的優(yōu)越性 [15]， 主要優(yōu)點(diǎn)如下。 (3) 鉆井安全可靠 欠平衡鉆井中采用連續(xù)油管 ， 免去了鉆井人員在鉆臺(tái)上進(jìn)行接卸鉆桿作業(yè) ， 這樣 ， 可避免在接卸鉆桿時(shí)人員的傷亡。為解決這方面的連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 23 問題 ， 在目前情況下采用連續(xù)油管具有獨(dú)特的優(yōu)勢 ， 因連續(xù)油管內(nèi)裝的電纜可進(jìn)行實(shí)時(shí)定向測量、實(shí)時(shí)環(huán)空壓力測量和實(shí)時(shí)伽馬測井 ， 同時(shí)也能維持連續(xù)的欠平衡條件。如果在鉆井過程中井眼穩(wěn)定性方面出現(xiàn)問題 ， 連續(xù)油管便無法轉(zhuǎn)動(dòng)。有了這種控制節(jié)流裝置 ,可以不用防噴器管匯節(jié)流 ， 防噴器節(jié)流管匯主要用于井控。 圖 向回流管線提供井口壓力維持井底近平衡條件的控制節(jié)流簡圖 連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 24 (2)壓力調(diào)配 更換底部鉆具組合時(shí) ， 必須保持井底壓力的恒定。 (4)下襯管時(shí)的壓力控制 襯管按常規(guī)方法在近平衡條件下下入 ， 承壓狀態(tài)下 ， 下襯管特別是下割縫襯管 ， 作業(yè)方法將受到一定限制 ， 因此 ， 下襯管之前 ， 應(yīng)先循環(huán)加重壓井液 ， 控制井底壓力 ， 然后裸眼下襯管。連接管還對(duì)處理井眼問題和井下打撈作業(yè)有更多的用武之地。 事實(shí)上 ， 對(duì)于鉆井時(shí)易傷害地層來說 ， 欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)的一個(gè)最大的優(yōu)勢就是可以防止井內(nèi)壓力波動(dòng)。 一旦壓力波動(dòng)超過儲(chǔ)層壓力 ， 大量的鉆井液就會(huì)侵入地層 ， 迅速傷害到脆弱的滲透體系 。 套管或襯管開窗用 BHA:在套管或襯管上磨銑開窗前 ， 先由 CT油管下入一 77L/m3 的纖維水泥造斜塞。彎角的彎外殼鉆井馬達(dá)和拋物線狀的金剛石速磨鉆頭。在磨銑穿過套管或襯管壁時(shí)使用短刃凹面金剛石速磨鉆頭。～ 176。為維持水平軌跡并能小范圍定向校正 ,使用彎度為 176。有條件時(shí)可采用正電膠鉆井液體系。其工藝簡述于下： (1)注開窗水泥塞 目前用于注水泥塞的水泥漿體系是 2039kg/m3 的 G 級(jí)配方 ， 添加,水泥成批混合 ， 通過連續(xù)油管作業(yè)機(jī)注入開窗部位 ，在井底條件下有 5h 的稠化時(shí)間 。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。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(dá)彎外殼產(chǎn)生所需的切削力。 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(shí)間磨銑套管 ， 從而使磨鞋磨進(jìn)套管 。 (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。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 )。 曲線坐標(biāo) S 處 (A點(diǎn) )的集中力 )(sF?為 ： ()( ) ( ( ) ( ) ( ) ) ( )()tsF s T s Q n s Q b s n sbs?????? ???????? (41) 微元段 dss? 處 (B 點(diǎn) )的集中力 )( dssF ?? 為 ： ()( ) ( ( ) ( ) ( ) ) ( )()t s d tF s ds T s dT Q n dQ n Q b dQ b n s d nb s d b?? ???? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? (42) 微元段 ds 上的均布接觸力 )(sqc? 為 ： ()( ) ( ) ( )()c n btsq s N N N n sbs??????? ???????? (43) 單位長度管柱浮重 pW 為 ： p m fW q K?? (44) 式中 ： fK 浮力系數(shù)， smfK ?? /1?? 為作業(yè)液密度， s? 為管柱材料