【文章內(nèi)容簡介】 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。利用連續(xù)油管進(jìn)行老井重入，為油公司提供了利用現(xiàn)有井筒開采其他儲(chǔ)層及深部儲(chǔ)層的機(jī)會(huì)，并可以達(dá)到提高井的產(chǎn)量、減少邊底水的錐進(jìn)、重新構(gòu)造二次及三次采油過程中的泄流形式等目的，同時(shí)節(jié)省了打新井的鉆井、完井投入。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(fèi)用，預(yù)計(jì)將降低勘探鉆井成本 1/3，降低開發(fā)鉆井成本 1/2。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。 比較國內(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。在國外，用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)已能完成 20 多種作業(yè)工藝，并且其應(yīng)用范圍正在進(jìn)一步擴(kuò)大。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。 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)。我國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。因此 ,隨著我國側(cè)鉆井和小井眼鉆井需求的不斷增加 ， 連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在我國水平井鉆井、修井及完井作業(yè)中將會(huì)發(fā)揮巨大的作用。連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 9 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(duì)連續(xù)鉆井管柱的概念和優(yōu)點(diǎn)有了初步的認(rèn)識(shí) 。 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。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 ” ， 用來清除海岸區(qū)油氣井中的砂橋。 1964 年 ， Roy H. Culla Research 公司研制了一種鉆井系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)使用了一個(gè)連續(xù)的、靈活的鉆井管柱 (外徑 )來循環(huán)液體 ， 并使用電流來驅(qū)動(dòng)井下電動(dòng)馬達(dá) ， 使用一個(gè)液壓注入頭來放入或回收鉆井管柱。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 ～ 。 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。 80 年代中后期 ， 世界范圍內(nèi)原油價(jià)格下跌 ， 迫使國內(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。 連續(xù)油管鉆井技術(shù)（ CTD）的發(fā)展和應(yīng)用始于 90 年代初 ， 目前仍處于研究和開發(fā)的初級(jí)階段。 1991 年 ， 美國、加拿大、法國相繼成功地試驗(yàn)應(yīng)用了連續(xù)油管鉆井技術(shù)。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。 近年來 ， 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]。 連續(xù)油管鉆井對(duì)小直徑淺直井、定向井和水平井都適合。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。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。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。用連續(xù)油管鉆機(jī)進(jìn)行鉆井的最大優(yōu)點(diǎn)是井控安全 ,操作簡便靈活 ， 不接單根 ， 不必壓井就可以進(jìn)行換鉆頭和起下鉆作業(yè)。連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 10 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。 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。美國是目前應(yīng)用連續(xù)油管鉆井最多且技術(shù)領(lǐng)先的國家。美國從 1994 年起就開始在其 Pruhole 灣油田東部地區(qū)全面實(shí)施連續(xù)油管鉆井計(jì)劃。目前在美國 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)所有開鉆井?dāng)?shù)量的 10%以上。北海油田用連續(xù)鉆機(jī)鉆井更為普遍。 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、無線隨鉆測量、導(dǎo)向工具的有線測量、下尾管和懸掛器等。連續(xù)油管鉆井與常規(guī)鉆井相比 ， 主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn) [7]： (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。連續(xù)油管沒有接頭 ， 為實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井創(chuàng)造了有利條件。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。 (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。 (3)連續(xù)油管鉆井特別適用于小眼井鉆井、老井側(cè)鉆、老井加深。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(shí)現(xiàn)邊采邊鉆的目的 ， 可顯著節(jié)約鉆井成本。 (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。 (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)控制和隨鉆測量。 (6)減少作業(yè)人員。 局限性 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 11 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(diǎn) ， 但由于其尚處于發(fā)展的初級(jí)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(jī)作好鉆前準(zhǔn)備工作 ， 如起出油管和封隔器等。 (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。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)。 (3)因連續(xù)油管不能像常規(guī)鉆桿那樣旋轉(zhuǎn) ， 無法 攪動(dòng)可能形成的巖屑床 ，增大了卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。 (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。 (5)鉆壓、轉(zhuǎn)矩、水力參數(shù)和井底鉆具組合受到限制。 (6)連續(xù)油管使用壽命較短。 地面設(shè)備 連續(xù)油管鉆井的地面設(shè)備主要由連續(xù)油管作業(yè)機(jī)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)和井控系統(tǒng)組成 [8]。 連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 連續(xù) 油管作業(yè)機(jī)組成示意圖如圖 所示 圖 連續(xù)油管作業(yè)機(jī)組成示意圖 (1)連續(xù)油管注入頭。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。連續(xù)油管注入頭的關(guān)鍵部位是鏈條總成 [9](見圖)。 (2)卷筒。它由筒芯和邊凸緣組成。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。卷筒前上方裝有排管器和計(jì)數(shù)器。卷筒所能纏繞連續(xù)油管的長度和直徑的大小主要取決于卷筒的外徑、寬度、筒芯的直徑、運(yùn)輸設(shè)備的要求等。 (3)動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)主要為作業(yè)機(jī)和各部件提供動(dòng)力源。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。 (4)控制室 ?？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。 (5)連續(xù)油管。連續(xù)油管是一種高強(qiáng)度高韌性管材。目前 ， 美國有三家公司 (均位于休斯敦 )制造連續(xù)油管 ， 即精密管技術(shù)公司、優(yōu)質(zhì)管公司、西南管子公司。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。 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。 總體來說 ,過去的 40 余年，地面設(shè)備得到了長足的發(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。 CTU 可分為常規(guī)型和復(fù)合型 2 種型式 ， 以適應(yīng)不同的作業(yè)用途、工況和道路條件的要求 ， 其中 ,常規(guī)型主要有拖車式、車裝式、橇裝式 3 種型式。前 2 種用于陸上 ， 后者主要用于海洋 [10]。復(fù)合型 CTU可用 CT 和鉆桿柱進(jìn)行作業(yè)。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。圖 至圖 展示了幾種典型的地面設(shè)備 ， 其中圖 所示的車裝式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單 ， 移運(yùn)方便靈活 ， 適合我國的道路和井場條件 ，較小直徑的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采取這種結(jié)構(gòu)形式 ； 圖 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 圖 所示的拖車式連續(xù)油管作業(yè)機(jī)將各個(gè)工作機(jī)構(gòu)集中布置在拖車上 ， 采用通用的牽引車移運(yùn) ， 適合較好的道路和井場條件 ， 較大直徑的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采取這種結(jié)構(gòu)形式 ； 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 14 圖 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 圖 所示的橇裝式連 續(xù)油管作業(yè)機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)形式 ， 根據(jù)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，將其主要部件劃分為合適的模塊 ， 因此制造相對(duì)較為簡單 ， 用于海上平臺(tái)的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備通常采用這種結(jié)構(gòu)形式 ； 圖 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 圖 和圖 所示的自帶吊車和井架的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ，其突出特點(diǎn)是 ， 作業(yè)時(shí)不需要另外的起吊設(shè)備 ， 但移運(yùn)時(shí)對(duì)道路和井場條件的要求較高 ； 圖 拖車帶吊車式連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 15 圖 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 圖 所示的專用連續(xù)油管鉆井裝備結(jié)構(gòu)齊全而復(fù)雜 ， 造價(jià)昂貴 ,移運(yùn)困難 ，其突出 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 ， 這種裝置將滾筒置于注入頭上方 ， 作業(yè)時(shí) ， 省去了注入頭的導(dǎo)向器消除了因?qū)蚱饕鸬膹澢推谄茐?， 因此能大大提高的使 用壽命。 圖 專用連續(xù)油管鉆井裝備 美國Ｈ ydra 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(tái)、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(tái)上 ， 采用自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 對(duì)整套裝備實(shí)施全面監(jiān)控 ， 具有自動(dòng)司鉆功能。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。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)。 泥漿循環(huán)系統(tǒng) 連續(xù)油管鉆井中所選擇的泥漿 ， 既不能損壞泥漿馬達(dá)橡膠定子 ， 同時(shí)能最大限度地減少連續(xù)油管內(nèi)的摩擦壓力損失 ， 使泥漿在環(huán)空中具有足夠的攜巖能力。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。與常規(guī)鉆井相比 ， 其泥漿循環(huán)系統(tǒng)的容積要小一些。固控設(shè)備也包括振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和離心機(jī)。泥漿泵的功率應(yīng)滿足井下泥漿馬達(dá)和井眼清潔的要求。 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。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。 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。 一般 呈 井下鉆具組合形式 [11]，見圖 鉆頭 用于連續(xù)油管鉆井的鉆頭應(yīng)具備 ： (1)在低鉆壓和高轉(zhuǎn)速下應(yīng)具有足夠的破巖能力 ； (2)在鉆井過程中 ,鉆頭對(duì)扭矩的要求要低 ， 以避免高扭矩使連續(xù)油管疲勞破壞。目前 ,常用的鉆頭有 TSP、天然金剛石鉆頭和 PDC 鉆 頭。 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。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。但用連續(xù)油管鉆井時(shí) ， 因連續(xù)油管不能旋轉(zhuǎn) ， 必須用一種專門的井下工具即定向工具來調(diào)整底部鉆具組合的工具面方位。 連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 17 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(jī)械鉆速。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