【正文】 本文建議采用如表 所示經(jīng)驗?zāi)ψ柘禂?shù) [1922]：表 經(jīng)驗?zāi)ψ柘禂?shù)表泥漿體系水基油鹽 連續(xù)油管工作特性分析 連續(xù)油管彎曲分析(1)連續(xù)油管下入時最小彎曲半徑計算連續(xù)油管從油管滾筒放出，經(jīng)導(dǎo)向架、注入頭，進(jìn)入油井，歷經(jīng) 3 次拉伸—彎曲交替變形。重力平面內(nèi)垂直于空間斜平面方向的側(cè)壓力 N。在 xyz 坐標(biāo)系中，根據(jù)力平衡原理有如下方程： (418)?????????0)(0)(1zzg yygyiyi xxxixiNFF?圖 單元桿柱受力示意圖 圖 單元桿柱笛卡爾坐標(biāo)系在大地坐標(biāo)系中，向量 , ，可分別表示為： ( 419)(sin,sinco,s)i i iiiFF?????? (420)11111,co)iiiiiiiiiF?? ?式中： , —第 i 單元段上端和下端井斜角；i , —第 i 單元段上端和下端方位角。?根據(jù)微元段上的力矩平衡，可得： (410)bndMsKQ??????將(410)式代入(49)式并整理可得全剛度管柱軸向載荷計算公式： (411)2 22cos0()sin0bmfbbfmfnbdTNqKsdMKdqssN?????????????????其中： ， ， ，222sidrs????dKs?ds??1msKf??式中：—井斜曲率， ；Kmad/?—井斜變化率， ；o—方位變化率， ；?Kmad/?—井眼撓率， ；?—管柱單位長度重量，N/m；nQ—管柱微段上的內(nèi)彎矩，N；Mb—管柱軸向力增量，N；dT—微元段上的軸向力，N；—井斜角， ；?mad/?—摩阻系數(shù)。對連續(xù)油管的軸向載荷分析，本文運用兩種模型加以討論：(1)考慮管柱剛度影響的剛桿模型(StiffString Model)；(2)不考慮管柱剛度影響的軟桿模型（SoftString Model)。 雙彎外殼井下馬達(dá)+磨鞋，鉆鋌用于向磨鞋提供所需的鉆壓。導(dǎo)引孔的形狀確定了其他階段的磨銑操作。 鉆井液要求磨銑開窗作業(yè)時會產(chǎn)生巖屑和金屬碎末，因此，要求鉆井液必須具有良好的鐵屑攜帶能力和良好的剪切稀釋性能以及懸浮能力，漏斗粘度一般在 70～100s 之間為宜，屈服值大于 25，使塑性粘度與屈服值之比較小。鉆井液馬達(dá)的外殼彎角從 1176。鉆導(dǎo)引孔時使用 1176。鉆桿連接完成泥漿泵重新開啟循環(huán)后，泡沫、氣體和游離水段塞就會向井筒上推，致使井底壓力產(chǎn)生波動，直到大量段塞被推出井筒恢復(fù)壓力平衡為止。連接管鉆機的強度在于鉆柱的機械性能，較大的“推”“拉”力和旋轉(zhuǎn)鉆柱能力常常帶來較長的水平井段。由于井口壓力隨當(dāng)量循環(huán)密度的變化而變化,因此司鉆和控制節(jié)流的操作人員都要依據(jù)井口壓力的變化情況進(jìn)行操作。另外，使用連續(xù)油管進(jìn)行欠平衡定向斜井或水平鉆井，方向難以控制。(2)鉆井效率高欠平衡鉆井的鉆速比常規(guī)鉆井高，而連續(xù)油管在欠平衡鉆井中不用接單根，省去了接單根的時間，而在起下鉆中的起下速度也比常規(guī)鉆桿柱快，這樣可大大節(jié)約占用鉆機的時間。接完單根恢復(fù)鉆井作業(yè)、開始轉(zhuǎn)動管柱后，巖屑墊層可能會被慢慢碾磨到井筒表面。連續(xù)油管在起下和鉆井過程中，不僅能實現(xiàn)完全動密封，而且承壓高，可靠性好，這就為欠平衡鉆井創(chuàng)造了安全可靠的條件 [13]。(2)小井眼 CT 鉆井另一個優(yōu)點是降低噪聲，在臨近居民區(qū)鉆井作業(yè)時，這一點就顯得特別重要。減少了起下鉆時間，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。CT 鉆井技術(shù)特別適用于小井眼鉆井。小井眼 CT 鉆井技術(shù)是將小井眼和 CT 鉆井技術(shù)結(jié)合起來的一種綜合技術(shù)，既體現(xiàn)了小井眼鉆井技術(shù)的優(yōu)點，又顯示出 CT 鉆井技術(shù)所具有的常規(guī)鉆井技術(shù)不能比擬的優(yōu)越性。連續(xù)油管具有無接頭、無變徑、彎曲大、能連續(xù)起下能動態(tài)密封和強度大、承壓高、體積小等特點,為進(jìn)行短半徑、大位移、多側(cè)向的水平鉆井和欠平衡、小井眼鉆井提供了安全、先進(jìn)、有效的技術(shù)手段。(5)電動連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)研制試驗成功。目前使用的分離機構(gòu)主要有液壓和剪切機構(gòu)兩種，所用的分離機構(gòu)必須能夠抵抗泥漿馬達(dá)的扭矩。圖 底部鉆具組合(BHA) 鉆鋌鉆鋌主要給鉆頭施加鉆壓，提高鉆頭的破巖能量，從而提高機械鉆速。 井控系統(tǒng)與常規(guī)鉆井一樣,連續(xù)油管鉆井中的主要井控設(shè)備也是防噴器組，它是由全封閉閘板、剪切式閘板、帶卡瓦閘板和連續(xù)油管組成。圖 專用連續(xù)油管鉆井裝備美國Ｈydra Rig 公司研制的復(fù)合型 CTU，除了配備常規(guī) CTU 外，還裝備有鉆臺、天車、井架、游車、液壓大鉗等，注入頭、導(dǎo)向器與控制室置于鉆臺上，采用自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對整套裝備實施全面監(jiān)控，具有自動司鉆功能。隨著連續(xù)油管應(yīng)用的增加,這三家公司近年來開展了激烈的競爭，使連續(xù)油管的制造技術(shù)不斷發(fā)展，質(zhì)量不斷提高。(3)動力系統(tǒng)。 連續(xù)油管作業(yè)機連續(xù)油管作業(yè)機組成示意圖如圖 所示圖 連續(xù)油管作業(yè)機組成示意圖(1)連續(xù)油管注入頭。 局限性與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，連續(xù)油管鉆井雖有許多優(yōu)點，但由于其尚處于發(fā)展的初級階段，遠(yuǎn)未成熟，因此也有一些局限性：（1）用連續(xù)油管鉆井之前，通常需要借助常規(guī)鉆井或修井機作好鉆前準(zhǔn)備工作，如起出油管和封隔器等。連續(xù)油管沒有接頭，為實現(xiàn)欠平衡壓力鉆井創(chuàng)造了有利條件。連續(xù)油管鉆井深度目前已達(dá)到 3000m 左右，過油管側(cè)鉆的深度已達(dá)到5000m。1991 年，美國、加拿大、法國相繼成功地試驗應(yīng)用了連續(xù)油管鉆井技術(shù)。第 2 章 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 發(fā)展歷程早在 20 世紀(jì) 30 年代以前，人們就對連續(xù)鉆井管柱的概念和優(yōu)點有了初步的認(rèn)識。利用連續(xù)油管鉆小井眼井，可以大幅度降低勘探開發(fā)的費用，預(yù)計將降低勘探鉆井成本 1/3，降低開發(fā)鉆井成本 1/2。(4)使用連續(xù)油管在修井、完井等作業(yè)中的費用偏高，存在讓用戶不能接受的成本問題。美國莫爾工程公司(Maurer Engineering InC．)在這方面的研究處于領(lǐng)先地位，該公司采用實驗與理論研究相結(jié)合的方法開發(fā)了連續(xù)油管疲勞壽命預(yù)測的計算機軟件，隨大型鉆井與完井技術(shù)分析軟件一起向世界各大油田推出。八十年代制造商對連續(xù)油管加工工藝及熱處理進(jìn)行研究，提高了連續(xù)油管的疲勞強度和使用壽命。液壓系統(tǒng)故障?，F(xiàn)場使用中遇到的主要問題有 [5]：連續(xù)油管被腐蝕或銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。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)油管鉆井深度目前已達(dá)到 3000m 左右,過油管側(cè)鉆的深度已達(dá)到 5000m[3]。為了提高連續(xù)油管鉆井的能力和應(yīng)用,過去 10 年間,不少公司還投入巨資研究和開發(fā)連續(xù)油管鉆井技術(shù)及其裝備,并取得了巨大成就。 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€作業(yè)領(lǐng)域。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機，不斷開發(fā)出新的連續(xù)油管投入市場應(yīng)用。19641967 年，油、氣工業(yè)用連續(xù)油管外徑為 19. 05～,1967 年至 70 年代初則主要使用外徑為 ～ 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 和 的連續(xù)油管。傳統(tǒng)的油氣井鉆井作業(yè)中，操作者要使用平均長度為 的鉆桿一節(jié)一節(jié)地連接起來并通過井架支撐。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。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。到上世紀(jì) 90 年代，連續(xù)油管作業(yè)裝置已被譽為“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。 (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 ，主要用于墨西哥海灣油、氣井的沖砂洗并作業(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，使用外徑為 的連續(xù)油管，其提升能力為 。與此同時，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 。 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)域擴展。由于當(dāng)時用的是以對接焊方式將常規(guī)油管焊接成的連續(xù)油管，其強度和可靠性差,限制了它的應(yīng)用。連續(xù)油管鉆井的另一個用途是欠平衡鉆井,而且在此領(lǐng)域有著巨大的潛在市場。北海油田用連續(xù)鉆機鉆井更為普遍。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。注入頭驅(qū)動主軸被折斷或鏈條張緊軸被折斷。自連續(xù)油管問世以來，國外就對連續(xù)油管進(jìn)行了研究。近幾年來，國外專家學(xué)者不斷研究連續(xù)油管在作業(yè)時的抗內(nèi)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)計出連續(xù)油管應(yīng)用于水平井的計算機模型(CIRCA)等。對連續(xù)油管的機械物理性能、應(yīng)力、井下壓力等研究較少，現(xiàn)場人員還沒有認(rèn)識到這項研究的重要性。 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。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)鉆水平井的方法對一批復(fù)雜斷塊油田開采剩余油，以及對待廢井、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。連續(xù)油管鉆井的另一個用途是欠平衡鉆井，而且在此領(lǐng)域有著巨大的潛在市場。北海油田用連續(xù)鉆機鉆井更為普遍。(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作業(yè)，能減少對周圍環(huán)境的影響,降低井場建設(shè)和維護(hù)費用，同時設(shè)備移運安裝快捷、方便、靈活。(5)鉆壓、轉(zhuǎn)矩、水力參數(shù)和井底鉆具組合受到限制。卷筒的轉(zhuǎn)動由液壓馬達(dá)控制，液壓馬達(dá)的作用是在連續(xù)油管起下時在油管上保持一定的拉力，使其緊繞在卷筒上。(5)連續(xù)油管。復(fù)合型 CTU 可用 CT 和鉆桿柱進(jìn)行作業(yè)。與常規(guī)鉆井相比，其泥漿循環(huán)系統(tǒng)的容積要小一些。 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。 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，同時還需處理下部鉆具組合的振動，以確保連續(xù)油管免遭損壞。(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。該井下電動鉆具總成經(jīng)現(xiàn)場試驗證明，具有很多優(yōu)點：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態(tài)平衡；可實現(xiàn)自動控制井斜和方位，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。 小井眼鉆井小井眼鉆井是指井徑小于 120mm 的井眼。小井眼鉆井技術(shù)是被實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 沒有接頭，為實現(xiàn)欠平衡壓力鉆井創(chuàng)造了有利條件。一個常規(guī)鉆機的占地面積至少是小井眼 CT 鉆機的 4 倍。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、自動化為特點，向自動化鉆井階段發(fā)展。這就要求在山鉆桿連接組成的鉆柱內(nèi)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)。 連續(xù)油管欠平衡鉆井的特點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)點如下。為解決這方面的問題，在目前情況下采用連續(xù)油管具有獨特的優(yōu)勢，因連續(xù)油管內(nèi)裝的電纜可進(jìn)行實時定向測量、實時環(huán)空壓力測量和實時伽馬測井，同時也能維持連續(xù)的欠平衡條件。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。(4)下襯管時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。事實上，對于鉆井時易傷害地層來說，欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)的一個最大的優(yōu)勢就是可以防止井內(nèi)壓力波動。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。在磨銑穿過套管或襯管壁時使用短刃凹面金剛石速磨鉆頭。為維持水平軌跡并能小范圍定向校正,使用彎度為 176。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 級配方，添加,水泥成批混合，通過連續(xù)油管作業(yè)機注入開窗部位，在井底條件下有 5h 的稠化時間。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