【正文】 層，迅速傷害到脆弱的滲透體系。連接管還對處理井眼問題和井下打撈作業(yè)有更多的用武之地。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(2)壓力調(diào)配更換底部鉆具組合時，必須保持井底壓力的恒定。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。(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上進(jìn)行接卸鉆桿作業(yè)，這樣，可避免在接卸鉆桿時人員的傷亡。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極佳的選擇。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。同時，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。(3)采用 CT 鉆井，免去了鉆井人員在鉆臺上進(jìn)行接卸鉆桿作業(yè)，這樣，可避免在接卸鉆桿時人員的傷亡，明顯的改善鉆井工人的安全性。CT 鉆井裝備比小井眼鉆機小且易移動。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。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。該系統(tǒng)的核心部件是井底電動鉆具總成。液壓機構(gòu)的工作原理是從地面往連續(xù)油管內(nèi)泵入一個小球，當(dāng)小球下行到球座上時，連續(xù)油管開始憋壓，當(dāng)壓力達(dá)到某一高度時，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。在使用導(dǎo)向工具或 MWD 系統(tǒng)時，必須使用無磁鉆鋌以避免電磁干擾，避免導(dǎo)向和測量錯誤。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。加拿大公司開發(fā)的用于北極或沙漠地區(qū)使用的，安裝在該公司制造的重型自走式車上。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。動力系統(tǒng)主要為作業(yè)機和各部件提供動力源。它的主要功能是克服連續(xù)油管在井筒內(nèi)的浮力及摩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。(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)鉆機或修井機才能完成。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。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。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。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。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。 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)、難動用儲量開采和提高最終采收率的主導(dǎo)技術(shù)。我國正處在引進(jìn)和試驗連續(xù)油管階段，據(jù)不完全統(tǒng)計，己有 21 臺以上連續(xù)油管設(shè)備，主要用于修井作業(yè)，但對連續(xù)油管的研究甚少。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)力下的物理機械性能，進(jìn)行大量研究和試驗工作，建立了連續(xù)油管壽命預(yù)測計算機模型，可以較好預(yù)測連續(xù)油管的疲勞壽命，如美國 Stewart amp。深度指示位置不準(zhǔn)確。連續(xù)油管表面有砂眼、凹坑、劃痕或連續(xù)油管泄漏。連續(xù)油管的直徑從 ～ 共有 100 多種規(guī)格；屈服強度為 ～，可以滿足不同作業(yè)需要 。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。目前國外已研制出高強度的大直徑(φ89 或 φ127)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。1992 年初，美國石油學(xué)會開始編制“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、制造、配套、安裝、試驗及操作。1980年，開始采用屈服強度為 的鋼板軋制連續(xù)油管，明顯地改善了連續(xù)油管的性能。這一期間，連續(xù)油管主要用于淺井作業(yè)。到了 70 年代初，又開始生產(chǎn)外徑為 的連續(xù)油管。使用連續(xù)油管則可將繞在 Φ3180m。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ABSTRACTThe 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。本文對連續(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。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]?，F(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)展過程大致可分為三個階段，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 年代以后的擴大發(fā)展階段。繼第一臺連續(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)。 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，美國連續(xù)油管作業(yè)機的制造廠商開始針對其設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用情況，著重在連續(xù)油管作業(yè)設(shè)計和制造上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)而提高了設(shè)備的性能，擴大了連續(xù)油管作業(yè)機的適用管徑范圍，并大大降低了設(shè)備的失效率。80 年代后期，外徑為 和 的連續(xù)油管相繼問世。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 φ60 連續(xù)油管作為鉆柱在加拿大 Alberta 東南部地區(qū)鉆淺氣井。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,過油管鉆井,產(chǎn)層取心以及完井鉆井等。目前在美國 Alberta 南部地區(qū),用連續(xù)油管鉆機鉆井的數(shù)量已占該地區(qū)所有開鉆井?dāng)?shù)量的 10%以上。 國內(nèi)現(xiàn)狀1985 年以來，國內(nèi)陸上各油田共引進(jìn)連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備 20 多臺，主要分布在大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、新疆等油田。作業(yè)車底盤離合器斷裂。在現(xiàn)場實踐和實驗觀察的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出部分力學(xué)分析計算模型，同時也研制出適應(yīng)連續(xù)油管作用的井下工具。大多數(shù)連續(xù)油管作業(yè)服務(wù)公司都有計算程序來模擬連續(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)入水平段的可行長度。與國外相比，還有不少差距，主要存在以下幾個方面的問題：(1)系統(tǒng)研究不夠。法國、美國、加拿大和德國等先導(dǎo)試驗表明，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)濟可行的。因此，如何引進(jìn)、吸收和開發(fā)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)，是擺在我國科研人員面前的又一新的課題。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 的試驗井，鉆井速度為 ～。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 ,過油管鉆井，產(chǎn)層取心以及完井鉆井等。目前在美國 Alberta 南部地區(qū)，用連續(xù)油管鉆機鉆井的數(shù)量已占該地區(qū)所有開鉆井?dāng)?shù)量的 10%以上。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)行過油管作業(yè)，無需取出老井中現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，從而實現(xiàn)邊采邊鉆的目的，可顯著節(jié)約鉆井成本。(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。它由筒芯和邊凸緣組成?？刂剖疑涎b有各種儀表、開關(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。前 2 種用于陸上，后者主要用于海洋 [10]。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。目前,常用的鉆頭有 TSP、天然金剛石鉆頭和 PDC 鉆頭。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。 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，強度從低強度發(fā)展到高強度( 屈服強度已達(dá) 960MPa)，焊接技術(shù)由多焊縫發(fā)展到少焊縫，直到無焊縫。該馬達(dá)由地面上的一臺與變速驅(qū)動裝置相連的便攜式計算機控制。CTD 的發(fā)展趨勢和主要優(yōu)勢是小井眼、欠平衡、多側(cè)向、短半徑和重進(jìn)入。小井眼鉆井的初期投資較小，開發(fā)較經(jīng)濟。小井眼用 CT 鉆井與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比，用 CT 鉆并操作簡便，施工安全，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)能夠安全地實現(xiàn)欠平衡壓力鉆井作業(yè)，有利于保護油氣層，提高鉆速。(1)小井眼 CT 鉆井使用較小的鉆井裝備，使得操作運行的場地大大減小，減少對環(huán)境的影響。這樣，與鉆井液使用和處理有關(guān)的運輸和環(huán)境問題也明顯減少。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)，鉆井液同時使用液相和氣相。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)流動狀態(tài)，從而形成“真正的”欠平衡狀態(tài)。在這種情況下，如使用有線MWD 工具進(jìn)行測量，但在測量時因需停鉆而失去欠平衡條件。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。下入管柱過程中，不會沿連續(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；起出管柱過程中，同樣不能沿連續(xù)油管循環(huán)鉆井液，但可通過防噴器組上的 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，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)密度對井筒的影響逐漸減弱，至井口則完全消失這時可以緩慢減小井口壓力，彌補逐漸減弱的當(dāng)量循環(huán)密度,以維持恒定的井底壓力。對于欠平衡鉆井作業(yè)來說，連續(xù)循環(huán)作業(yè)可以有效控制和維持井底壓力。 專用 BHA 結(jié)構(gòu)按照各種工作的專門需要，BHA 可分為:套管或襯管開窗用 BHA、增斜段用 BHA 和水平段用 BHA。彎接頭。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。其中，水泥塞開窗側(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、有效的一種。(3)磨銑窗口開窗的最后一個步驟是磨銑窗口。一趟磨鞋的逐步成熟，使一趟開窗成為可能，不僅節(jié)約了開窗時間，節(jié)省了費用，而且可以避免第二趟磨鞋下井銜接的準(zhǔn)確性問題。(2)模型建立圖 微元段管柱受力分析在井眼軸線坐標(biāo)系上任取一弧長為 ds 的微元體 AB，并對其進(jìn)行受力分析，以 A 點為始點，其軸線坐標(biāo)為 s， B 點為終點，其軸線坐標(biāo)為 s十 ds，此單元體的受力如圖 所示[1922] 。)(1(sh??把常微分方程離散化，求得 T(s+1), Mb(s+1),Mb(s+2)，然后將其代入非線方程組求解，得出主副法線方向上的均布接觸力后，即可計算出微元段內(nèi)任意井深處的摩阻 F，和軸向力 T。不同的工況邊界條件不同：起、下鉆：摩阻 = 0，軸向力 = 0oFoT正常鉆進(jìn)：摩阻 = WOB，軸向力 = WOBoo其中，WOB 為鉆頭鉆壓。因此，如何正確合理地確定摩阻系數(shù)是軸向載荷分析中的一個重要內(nèi)