【正文】 (2)模型建立 圖 微元段管柱受力分析 在井眼軸線坐標(biāo)系上任取一弧長(zhǎng)為 ds 的微元體 AB，并對(duì)其進(jìn)行受力連續(xù)油管受力分析及工作特性 29 分析，以 A 點(diǎn)為始點(diǎn)，其軸線坐標(biāo)為 s， B 點(diǎn)為終點(diǎn)，其軸線坐標(biāo)為 s 十ds，此單元體的受力如圖 所示 [1922]。 一趟磨鞋的逐步成熟 ， 使一趟開(kāi)窗成為可能 ， 不僅節(jié)約了開(kāi)窗時(shí)間 ，節(jié)省了費(fèi)用 ， 而且可以避免第二趟磨鞋下井銜接的準(zhǔn)確性問(wèn)題。 (3)磨銑窗口 開(kāi)窗的最后一個(gè)步驟是磨銑窗口。其中，水泥塞開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛，是 3 種技術(shù)中最可靠、經(jīng)濟(jì)、有效的一種。 水平段 BHA： :鉆水平段所用 BHA 結(jié)構(gòu)與鉆增斜段所用完全相同。彎接頭。 專(zhuān)用 BHA 結(jié)構(gòu) 按照各種工作的專(zhuān)門(mén)需要 ， BHA 可分為 :套管或襯管開(kāi)窗用 BHA、增斜段用 BHA 和水平段用 BHA。對(duì)于欠平衡鉆井作業(yè)來(lái)說(shuō) ， 連續(xù)循環(huán)作業(yè)可以有效控制和維持井底壓力。下入管柱過(guò)程中 ， 不會(huì)沿連續(xù)油管循環(huán)鉆井液 ， 以免造成鉆頭破損 ， 可以靠節(jié)流控制返回的驅(qū)替液 ，維持井口壓力 ； 起出管柱過(guò)程中 ， 同樣不能沿連續(xù)油管循環(huán)鉆井液 ， 但可通過(guò)防噴器組上的 T 型壓力接頭循環(huán) ， 維持井口壓力 ， 當(dāng)井筒內(nèi)充滿流體時(shí) ， 也可利用控制節(jié)流裝置控制井底壓力 ， 當(dāng)管柱逐漸起出 ， 井底當(dāng)量循環(huán)密度對(duì)井筒的影響逐漸減弱 ， 至井口則完全消失這時(shí)可以緩慢減小井口壓力 ， 彌補(bǔ)逐漸減弱的當(dāng)量循環(huán)密度 ,以維持恒定的井底壓力。井口壓力由回流管線上的附加節(jié)流裝置控制 ， 節(jié)流管匯如圖 所示。在這種情況下 ， 如使用有線 MWD工具進(jìn)行測(cè)量 ， 但在測(cè)量時(shí)因需停鉆而失去欠平衡條件。采用連續(xù)油管鉆井，由于連續(xù)不停地循環(huán)鉆井液 ， 井內(nèi)欠平衡狀態(tài)成為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài) ， 從而形成 “ 真正的 ” 欠平衡狀態(tài)。 在常規(guī)欠平衡鉆井施工中，為了降低流體靜壓頭，在井筒獲得欠平衡狀態(tài)，鉆井液同時(shí)使用液相和氣相。這樣，與鉆井液使用和處理有關(guān)的運(yùn)輸和環(huán)境問(wèn)題也明 顯減少。 (1)小井眼 CT 鉆井使用較小的鉆井裝備，使得操作運(yùn)行的場(chǎng)地大大減小，減少對(duì)環(huán)境的影響。 小井眼用 CT 鉆井與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比，用 CT 鉆并操作簡(jiǎn)便，施工安全，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： (1)能夠安全地實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井作業(yè)，有利于保護(hù)油氣層，提高鉆速。 小井眼鉆井的初期投資較小，開(kāi)發(fā)較經(jīng)濟(jì)。 CTD 的發(fā)展趨勢(shì)和主要優(yōu)勢(shì)是小井眼、欠平衡、多側(cè)向、短半徑和重進(jìn)入。該馬達(dá)由地面上的一臺(tái)與變速驅(qū)動(dòng)裝置相連的便攜式計(jì)算機(jī)控制。 連續(xù)油管鉆井技術(shù)新進(jìn)展 (1)連續(xù)油管直徑不斷增大 (最大尺寸達(dá) )， 制造材料由碳鋼發(fā)展到調(diào)質(zhì)合金鋼、鈦合金等合金材料及復(fù)合材料 ， 強(qiáng)度從低強(qiáng)度發(fā)展到高強(qiáng)度 (屈服強(qiáng)度已達(dá) 960MPa)， 焊接技術(shù)由多焊縫發(fā)展到少焊縫 ， 直到無(wú)焊縫。在施工中馬達(dá)必須與所用的鉆頭相匹配 ， 低速高扭矩馬達(dá)適合于 TSD 鉆頭和天然金剛石鉆頭 ， 中速中扭矩馬達(dá)適合 PDC 鉆頭。目前 ,常用的鉆頭有 TSP、天然金剛石鉆頭和 PDC 鉆頭。連續(xù)油管鉆井所應(yīng)用的泥漿循環(huán)系統(tǒng)與小眼井鉆井所使用的泥漿循環(huán)系統(tǒng)大致一樣。前 2 種用于陸上 ， 后者主要用于海洋 [10]?？刂剖疑涎b有各種儀表、開(kāi)關(guān)及有關(guān)控制系 統(tǒng) ， 操作人員在控制室里控制注入頭、卷筒、泥漿泵、防噴器和節(jié)流管匯的工作。它由筒芯和邊凸緣組成。 (4)連續(xù)油管內(nèi)徑較小 ， 泥漿在管內(nèi)摩擦壓耗太高 ， 限制了泥漿排量。在老井側(cè)鉆或加深作業(yè)中 ， 因連續(xù)油管直徑小可進(jìn)行過(guò)油管作業(yè) ， 無(wú)需取出老井中現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備 ， 從而實(shí)現(xiàn)邊采邊鉆的目的 ， 可顯著節(jié)約鉆井成本。目前在美國(guó) Alberta 南部地區(qū) ， 用連續(xù)油管鉆機(jī)鉆井的數(shù)量已占該地區(qū)所有開(kāi)鉆井?dāng)?shù)量的 10%以上。其應(yīng)用范圍包括 :新的淺直井、定向井和水平井 ,老井加深、側(cè)鉆 ,過(guò)油管鉆井 ， 產(chǎn)層取心以及完井鉆井等。該系統(tǒng)曾經(jīng)在德克薩斯州的Marble Falls 附近的采石廠花崗巖地層上鉆了一口 、井深 的試驗(yàn)井 ， 鉆井速度為 ～ 。因此，如何引進(jìn)、吸收和開(kāi)發(fā)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)，是擺在我國(guó)科研人員面前的又一新的課題。法國(guó)、美國(guó)、加拿大和德國(guó)等先導(dǎo)試驗(yàn)表明，連續(xù)油管技術(shù)在己鉆井眼內(nèi)鉆直井或水平井，以及在淺油層鉆新井都是經(jīng)濟(jì)可行的。與國(guó) 外相比，還有不少差距，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題 ： (1)系統(tǒng)研究不夠。大多數(shù)連續(xù)油管作業(yè)服務(wù)公司都有計(jì)算程序來(lái)模擬連續(xù)油管下入井筒后在各種軸向壓載下的幾何形狀和受力狀況，用該程序預(yù)先分析連續(xù)油管進(jìn)入水平段的可行長(zhǎng)度。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出部分力學(xué)分析計(jì)算模型，同時(shí)也研制出適應(yīng)連續(xù)油管作用的井下工具。作業(yè)車(chē)底盤(pán)離合器斷裂。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 1985 年以來(lái) ， 國(guó)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(tái) ， 主要分布在大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、新疆等油田。 目前在美國(guó) Alberta 南部地區(qū) ,用連續(xù)油管鉆機(jī)鉆井的數(shù)量已占該地區(qū)所有開(kāi)鉆井?dāng)?shù)量的 10%以上。其應(yīng)用范圍包括 :新的淺直井、定向井和水平井 ,老井加深、側(cè)鉆 ,過(guò)油管鉆井 ,產(chǎn)層取心以及完井鉆井等。但是連續(xù)油管鉆井并不是新的鉆井概念 ， 早在 1976 年 ,加拿大的 Flex Tube公司就使用φ 60 連續(xù)油管作為鉆柱在加拿大 Alberta 東南部地區(qū)鉆淺氣井。 80 年代后期，外徑為 。 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(guó)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的制造廠商開(kāi)始針對(duì)其設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)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。繼第一臺(tái)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)。 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(guò)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。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]。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。 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。使用連續(xù)油管則可將繞在 Φ3180m。到了 70年代初，又開(kāi)始生產(chǎn)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)。 1980 年，前 言 3 開(kāi)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。 1992 年初，美國(guó)石油學(xué)會(huì)開(kāi)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。目前國(guó)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。 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(guó)家 ,如美國(guó)、法國(guó)、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。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 。連續(xù)油管表面有砂眼、凹坑、劃痕或連續(xù)油管泄漏。深度指示位置不準(zhǔn)確。 八十年代后 期至九十年代，國(guó)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(lèi)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(cè)計(jì)算機(jī)模型，可以較好預(yù)測(cè)連續(xù)油管的疲勞壽命，如美國(guó) Stewart amp。 我國(guó)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。 發(fā)展連續(xù)油管鉆井的意義 根據(jù)國(guó)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(kāi)采和提高最終采收率的主導(dǎo)技術(shù)。國(guó)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(kāi)采具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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。 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(zhēng)的需要。近年來(lái) ， 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。 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(guó)家 ， 如美國(guó)、法國(guó)、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。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(guò)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。 (2)盡管連續(xù)油管可以用來(lái)下入較短的襯管 ， 但如果要下入較長(zhǎng)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。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。動(dòng)力系統(tǒng)主要為作業(yè)機(jī)和各部件提供動(dòng)力源。 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(guó)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。加拿大公司開(kāi)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(chē)上。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。在使用導(dǎo)向工具或 MWD 系統(tǒng)時(shí) ， 必須使用無(wú)磁鉆鋌以避免電磁干擾 ， 避免導(dǎo)向和測(cè)量錯(cuò)誤。 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(kāi)始憋壓 ， 當(dāng)壓力達(dá)到某一高度時(shí) ， 連接工具的剪切銷(xiāo)釘被剪斷 ， 使下部鉆具組合與連續(xù)油管分離。該系統(tǒng)的核心部件是井底電動(dòng)鉆具總成。與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比 ， CTD 操作簡(jiǎn)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。 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。 CT 鉆井裝備比小井眼鉆機(jī)小且易移動(dòng)。 (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。同時(shí)，來(lái)自常規(guī)管柱操作的噪音也因采用 CT 鉆井而幾乎被消除。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。 而連續(xù)油管具有連續(xù)作業(yè)的特性，就成為欠平衡鉆