【文章內容簡介】 達，使用一個液壓注入頭來放入或回收鉆井管柱。該系統(tǒng)曾經在德克薩斯州的 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 ～。在此后的 20 多年內，連續(xù)油管技術雖然取得了一些進步，并在修井和完井作業(yè)中獲得了一些應用，也進行過鉆井嘗試，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用。80 年代中后期，世界范圍內原油價格下跌，迫使國內外作業(yè)公司和服務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)中的應用急劇增加，并取得了明顯的經濟效益和社會效益。連續(xù)油管鉆井技術（CTD）的發(fā)展和應用始于 90 年代初，目前仍處于研究和開發(fā)的初級階段。1991 年，美國、加拿大、法國相繼成功地試驗應用了連續(xù)油管鉆井技術。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一步發(fā)展，可靠性高的高強度大直徑連續(xù)油管、小直徑容積式馬達、先進的定向工具及測量系統(tǒng)和金剛石鉆頭的相繼問世，極大地推動了連續(xù)油管鉆井技術發(fā)展及應用 [6]。連續(xù)油管鉆井對小直徑淺直井、定向井和水平井都適合。其應用范圍包括:新的淺直井、定向井和水平井,老井加深、側鉆 ,過油管鉆井，產層取心以及完井鉆井等。連續(xù)油管鉆井的另一個用途是欠平衡鉆井，而且在此領域有著巨大的潛在市場。對于裂縫性壓力遞減儲層和酸氣井，用連續(xù)油管鉆機進行欠平衡鉆井最為理想、有效。用連續(xù)油管鉆機進行鉆井的最大優(yōu)點是井控安全,操作簡便靈活，不接單根，不必壓井就可以進行換鉆頭和起下鉆作業(yè)。連續(xù)油管鉆井深度目前已達到 3000m 左右，過油管側鉆的深度已達到5000m。目前世界上研究和應用連續(xù)油管鉆井技術的公司大都集中在歐、美地區(qū)的一些發(fā)達國家，如美國、法國、加拿大和委內瑞拉等。美國是目前應用連續(xù)油管鉆井最多且技術領先的國家。美國從 1994 年起就開始在其 Pruhole灣油田東部地區(qū)全面實施連續(xù)油管鉆井計劃。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)所有開鉆井數(shù)量的 10%以上。北海油田用連續(xù)鉆機鉆井更為普遍。 連續(xù)油管鉆井的優(yōu)缺點 優(yōu)點在鉆井工程中,連續(xù)油管的應用包括:取心、安放造斜器和開窗側鉆、無線隨鉆測量、導向工具的有線測量、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 [7]：(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。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。安裝在防噴器上方的環(huán)形橡膠，其作用相當于始終處于關閉狀態(tài)的環(huán)形防噴器，它能在鉆進和起下鉆作業(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行，從而可防止地層傷害并提高鉆速。(2)在鉆進過程中不需停泵接單根，可實現(xiàn)鉆井液的連續(xù)循環(huán)，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。(3)連續(xù)油管鉆井特別適用于小眼井鉆井、老井側鉆、老井加深。在老井側鉆或加深作業(yè)中，因連續(xù)油管直徑小可進行過油管作業(yè)，無需取出老井中現(xiàn)有的生產設備，從而實現(xiàn)邊采邊鉆的目的，可顯著節(jié)約鉆井成本。(4)地面設備少，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,降低井場建設和維護費用，同時設備移運安裝快捷、方便、靈活。(5)連續(xù)油管內可以內置電纜，有利于實現(xiàn)自動控制和隨鉆測量。(6)減少作業(yè)人員。 局限性與常規(guī)鉆井技術相比，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)鉆機或修井機才能完成。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，無法攪動可能形成的巖屑床，增大了卡鉆的風險。(4)連續(xù)油管內徑較小，泥漿在管內摩擦壓耗太高，限制了泥漿排量。(5)鉆壓、轉矩、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。 地面設備連續(xù)油管鉆井的地面設備主要由連續(xù)油管作業(yè)機、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。它的主要功能是克服連續(xù)油管在井筒內的浮力及摩擦力使油管下入井內；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起出油管的速度。連續(xù)油管注入頭的關鍵部位是鏈條總成 [9](見圖 )。(2)卷筒。它由筒芯和邊凸緣組成。卷筒的轉動由液壓馬達控制，液壓馬達的作用是在連續(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。卷筒前上方裝有排管器和計數(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、運輸設備的要求等。(3)動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)主要為作業(yè)機和各部件提供動力源。大多數(shù)連續(xù)油管作業(yè)機的動力系統(tǒng)是柴油機和水力泵。(4)控制室?？刂剖疑涎b有各種儀表、開關及有關控制系統(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，即精密管技術公司、優(yōu)質管公司、西南管子公司。隨著連續(xù)油管應用的增加,這三家公司近年來開展了激烈的競爭，使連續(xù)油管的制造技術不斷發(fā)展，質量不斷提高。目前，世界上較大的連續(xù)油管作業(yè)供應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?？傮w來說,過去的 40 余年，地面設備得到了長足的發(fā)展，其技術發(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)型和復合型 2 種型式，以適應不同的作業(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]。復合型 CTU 可用 CT 和鉆桿柱進行作業(yè)。此外,一些專用連續(xù)油管設備的相繼問世，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、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、湖泊和沼澤地區(qū)使用的駁船式作業(yè)機、北極地區(qū)使用的全封閉式作業(yè)機等，使得地面設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備，其中圖 所示的車裝式連續(xù)油管作業(yè)機結構相對較為簡單，移運方便靈活，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)設備通常采取這種結構形式；圖 車裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的拖車式連續(xù)油管作業(yè)機將各個工作機構集中布置在拖車上，采用通用的牽引車移運，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)設備通常采取這種結構形式；圖 拖車式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機采用模塊化結構形式，根據連續(xù)油管作業(yè)機的機構特點，將其主要部件劃分為合適的模塊，因此制造相對較為簡單，用于海上平臺的連續(xù)油管作業(yè)設備通常采用這種結構形式；圖 橇裝式連續(xù)油管作業(yè)機圖 和圖 所示的自帶吊車和井架的連續(xù)油管作業(yè)機結構較為復雜，其突出特點是，作業(yè)時不需要另外的起吊設備，但移運時對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)機圖 拖車帶井架式連續(xù)油管作業(yè)機圖 所示的專用連續(xù)油管鉆井裝備結構齊全而復雜，造價昂貴,移運困難，其突出的結構特點是，這種裝置將滾筒置于注入頭上方，作業(yè)時，省去了注入頭的導向器消除了因導向器引起的彎曲和疲勞破壞，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Ｈydra Rig 公司研制的復合型 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、導向器與控制室置于鉆臺上，采用自動控制技術、傳感技術和數(shù)據采集系統(tǒng)，對整套裝備實施全面監(jiān)控，具有自動司鉆功能。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。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構內,液壓動力系統(tǒng)采用封閉和隔音結構。 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橡膠定子，同時能最大限度地減少連續(xù)油管內的摩擦壓力損失，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。固控設備也包括振動篩、除砂器、除泥器和離心機。泥漿泵的功率應滿足井下泥漿馬達和井眼清潔的要求。 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、鉆鋌、分離機構、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)油管鉆井的鉆頭應具備：(1)在低鉆壓和高轉速下應具有足夠的破巖能力；(2) 在鉆井過程中,鉆頭對扭矩的要求要低，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，底部鉆具組合的工具面方位可在地面通過轉動鉆柱進行調整。但用連續(xù)油管鉆井時，因連續(xù)油管不能旋轉，必須用一種專門的井下工具即定向工具來調整底部鉆具組合的工具面方位。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。在使用導向工具或 MWD 系統(tǒng)時，必須使用無磁鉆鋌以避免電磁干擾，避免導向和測量錯誤。 容積式馬達容積式馬達用來旋轉鉆頭。連續(xù)油管鉆井中所用的容積式馬達主要有三種類型：高速低扭矩、中速中扭矩和低速高扭矩。在施工中馬達必須與所用的鉆頭相匹配，低速高扭矩馬達適合于 TSD 鉆頭和天然金剛石鉆頭，中速中扭矩馬達適合 PDC 鉆頭。 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所產生的扭矩，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。它的抗拉強度應大于連續(xù)油管本身的抗拉強度。 緊急分離機構連續(xù)油管施工過程中，如果下部鉆具組合發(fā)生卡鉆或其它井下事故，就應該使用分離機構使連續(xù)油管與下部鉆具組合分離。目前使用的分離機構主要有液壓和剪切機構兩種，所用的分離機構必須能夠抵抗泥漿馬達的扭矩。液壓機構的工作原理是從地面往連續(xù)油管內泵入一個小球，當小球下行到球座上時，連續(xù)油管開始憋壓，當壓力達到某一高度時，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。剪切機構的工作原理是當發(fā)生卡鉆時，上提連續(xù)油管，當連續(xù)油管被施加到一定的拉力時，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。當連續(xù)油管起出井口以后，使用打撈工具來回收下部鉆具組合。 連續(xù)油管鉆井技術新進展(1)連續(xù)油管直徑不斷增大(最大尺寸達 )，制造材料由碳鋼發(fā)展到調質合金鋼、鈦合金等合金材料及復合材料，強度從低強度發(fā)展到高強度( 屈服強度已達 960MPa)，焊接技術由多焊縫發(fā)展到少焊縫，直到無焊縫。(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。(3)連續(xù)油管注入頭進展顯著，HR480 型注入頭的強行下入能力可達180kN，低速最大拉力達 450kN，高速最大拉力達 180kN，注入頭鏈條可以更換。(4)在過程控制系統(tǒng)、電纜安裝系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)等方面也取得了明顯進展。(5)電動連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)研制試驗成功。該系統(tǒng)的核心部件是井底電動鉆具總成。它采用了電潛泵馬達而不是常規(guī)的容積式馬達。電潛泵馬達與行星式變速箱連接，能夠把輸出軸轉速降低到與鉆井條件相適應的轉速。該馬達由地面上的一臺與變速驅動裝置相連的便攜式計算機控制。該井下電動鉆具總成經現(xiàn)場試驗證明，具有很多優(yōu)點：可以使鉆頭轉速與鉆井液流量無關；可以獲得井下數(shù)據；可以改變旋轉方向；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。第 3 章 連續(xù)油管鉆井工藝技術分析 連續(xù)油管鉆井(簡稱 CTD)，是國外九十年代發(fā)展起來的一項新技術。連續(xù)油管鉆井技術通過側鉆、小井眼、欠平衡鉆井和過油管作業(yè)等，開發(fā)常規(guī)鉆井技術難以達到的、隱蔽的、枯竭的油氣藏。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,為進行短半徑、大位移、多側向的水平鉆井和欠平衡、小井眼鉆井提供了安全、先進、有效的技術手段。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。近年來世界各國石油公司爭相配套應用該技術，特別是加拿大、美國和英國等發(fā)達國家，在短短的幾年內 CTD 技術的配套應用得到了迅速的發(fā)展，初步顯示了 CTD 技術旺盛的生命力和巨大的吸引力。連續(xù)油管鉆機(CTD)在普魯?shù)没魹?(Prudhoe)延伸現(xiàn)有水平井或水平側