【導(dǎo)讀】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。開發(fā)，老井重入等方面的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。連續(xù)油管鉆機(jī)系統(tǒng)、欠平衡連續(xù)油管鉆井及連續(xù)油管側(cè)鉆技術(shù)。壓力分析計(jì)算模型。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。管使用壽命的建議和措施。

　　

【正文】 板 /卡瓦閘板 ， 關(guān)閉防噴器 ， 隔離井口壓力 ， 然后利用防噴管內(nèi)的電纜移開底部鉆具組合 ， 最后關(guān)閉井口總閥 ， 恢復(fù)井口壓力 。 (3)起下管柱時(shí)的壓力控制 起下管柱時(shí) ， 必須保持井底壓力的恒定。下入管柱過程中 ， 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(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。 (4)下襯管時(shí)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。作業(yè)時(shí)使用加重壓井液 ， 特別是使用聚合物稠化壓井液時(shí) ， 必須防止壓力波動(dòng)和超高當(dāng)量循環(huán)密度出現(xiàn)。 最近 10 年來 ,連續(xù)油管和常規(guī)的鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在欠平衡鉆井市場的競爭很激烈。連接管鉆機(jī)的強(qiáng)度在于鉆柱的機(jī)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。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。而連續(xù)油管鉆井則能夠進(jìn)行連續(xù)作業(yè) ，而且沒有鉆桿絲 扣連接、脫扣工序從而可加快起下鉆作業(yè)時(shí)間 ， 同時(shí)因取消了拆裝管子作業(yè)而降低了鉆井工人不安全事故的發(fā)生。更重要的是這種方式不需要進(jìn)行鉆桿上卸扣作業(yè)而中斷鉆井液循環(huán)。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。 事實(shí)上 ， 對于鉆井時(shí)易傷害地層來說 ， 欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)的一個(gè)最大的優(yōu)勢就是可以防止井內(nèi)壓力波動(dòng)。使用常規(guī)連接鉆桿鉆井配合泡沫鉆井液系統(tǒng)鉆井時(shí) ， 連接斷裂、拾取管段會(huì)使井底壓力降低。因泵油而非剪切時(shí) ， 60%～ 85%氣體泡沫鉆井液超時(shí)分解 ， 容易在井筒中分離成氣體連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 25 和自由水的兩相體系。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(huì)向井筒上推 ， 致使井底壓力產(chǎn)生波動(dòng) ， 直到大量段塞被推出井筒恢復(fù)壓力平衡為止 。 一旦壓力波動(dòng)超過儲(chǔ)層壓力 ， 大量的鉆井液就會(huì)侵入地層 ， 迅速傷害到脆弱的滲透體系 。 相比較而言 ， 使用含 80%～85%氣霧鉆井液和連續(xù)油管鉆井技術(shù) ， 則井底壓力波動(dòng)很小從而減小了對地層的傷害。 連續(xù)油管開窗側(cè)鉆技術(shù) 連續(xù)油管過油管開窗側(cè)鉆技術(shù)與常規(guī)側(cè)鉆技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于可以不起下油管，直接通過油管進(jìn)行套管開窗側(cè)鉆，即過油管側(cè)鉆，加上連續(xù)油管無接頭以及連續(xù)油管鉆機(jī)固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使連 續(xù)油管側(cè)鉆能顯著節(jié)約鉆井成本 ,是一種可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的對現(xiàn)存老井眼進(jìn)行側(cè)鉆的有效方法 [17]。 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。 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。從水泥頂部開始至要進(jìn)行套管開窗的點(diǎn)鉆一導(dǎo)引孔。在浮動(dòng)接頭和非旋轉(zhuǎn)型接頭之間接有 4～ 6 節(jié)直徑 的鉆鋌 ， 以增加鉆壓和工具面的穩(wěn)定性。鉆導(dǎo)引孔時(shí)使用 1176。彎角的彎外殼鉆井馬達(dá)和拋物線狀的金剛石 速磨鉆頭。套管開窗常用 3176。彎外殼鉆井馬達(dá) ，馬達(dá)上安裝有 176。彎接頭。在磨銑穿過套管或襯管壁時(shí)使用短刃凹面金剛石速磨鉆頭。在磨銑導(dǎo)引孔和開窗時(shí)不需地磁數(shù)據(jù) ,故使用傳統(tǒng)的導(dǎo)向鉆井馬達(dá) ， 以節(jié)約費(fèi)用。 增斜段 BHA： 鉆增斜段不需使用鉆鋌 ， 造斜使用無磁馬達(dá)和 PDC 鉆頭 。 鉆井液馬達(dá)的外殼彎角從 1176?！?176。不等 ， 根據(jù)整個(gè)增斜及方位扭轉(zhuǎn)率而定。不使用 MWD 穩(wěn)定器 ， 為減少鉆壓傳遞問題 ,鉆井液馬達(dá)的抗磨墊塊限制在 3mm以內(nèi)。 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。為維持水平軌跡并能小范圍定向校正 ,使用彎度為 176。～ 176。的彎外殼鉆井馬達(dá)。 連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 26 鉆井液要求 磨銑開窗作業(yè)時(shí)會(huì)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。有條件時(shí)可采用正電膠鉆井液體系。 固控要求 在磨銑過程中應(yīng)做好鉆井液的凈化工作 ， 返回的鉆井液應(yīng)通過一系列鉆井液槽磁鐵和一個(gè)線性振動(dòng)篩 ， 以防止返出的鐵屑再次入井 ， 堵塞磨銑工具噴嘴。 開窗側(cè)鉆工藝 連續(xù)軟管過油管側(cè)鉆技術(shù)包括 水泥塞開窗側(cè)鉆技術(shù)、水泥環(huán)內(nèi)置造斜器開窗側(cè)鉆技術(shù)和過油管造斜器開窗側(cè)鉆技術(shù) [18]。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(jì)、有效的一種。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(jī)注入開窗部位 ，在井底條件下有 5h 的稠化時(shí)間 。 使用尼龍加強(qiáng)材料可增加磨銑所形成的水泥斜面的耐久性 。 (2)鉆導(dǎo)引孔 在水泥塞上鉆導(dǎo)引孔至開窗點(diǎn) ， 該點(diǎn)位于新老井眼交匯處。導(dǎo)引孔的形狀確定 了其他階段的磨銑操作。鉆導(dǎo)引孔采用常規(guī)的短拋物線型金鋼石鉆頭 ， 接著下 1176。彎外殼可定向的容積式馬達(dá)。導(dǎo)引孔有近邊導(dǎo)引、遠(yuǎn)邊導(dǎo)引和曲線導(dǎo)引三種幾何形狀 ， 大多數(shù)井中采用曲線導(dǎo)引 ， 因其易于定向和可預(yù)測造斜 ， 且從直井眼段經(jīng)過平緩的導(dǎo)引曲率段到窗口的最高曲率處過渡平滑 ， 減小了井下鉆具組合穿過窗口的阻力。 (3)磨銑窗口 開窗的最后一個(gè)步驟是磨銑窗口。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達(dá)彎外殼產(chǎn)生所需的切削力。開窗井下鉆具組合為 ： 鉆鋌 +定向工具 +2176?！?3176。雙連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 27 彎外殼井 下馬達(dá) +磨鞋 ， 鉆鋌用于向磨鞋提供所需的鉆壓。 在開窗作業(yè)中 ， 最重要的技術(shù)之一是吊打 ,吊打的關(guān)鍵是鎖住注入頭一段時(shí)間磨銑套管 ， 從而使磨鞋磨進(jìn)套管 。吊打步驟完成以后 ， 恢復(fù)定時(shí)鉆井 ， 如果磨鞋在 ， 表明磨鞋保徑已經(jīng)切入套管 ， 可以加鉆壓磨銑窗口。隨著起始磨鞋和導(dǎo)引孔的改進(jìn) ， 吊打的時(shí)間已經(jīng)大大縮短。 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(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)確性問題。 (4)側(cè)鉆 開窗完成后 ， 首先鉆造斜段和穩(wěn)斜段 ， 最后鉆水平井段 ， 側(cè)鉆工藝與常 規(guī)側(cè)鉆類似。連續(xù)油管受力分析及工作特性 28 第 4 章 連續(xù)油管受力分析及工作特性 連續(xù)油管軸向載荷分析 軸 荷分析是連續(xù)油管工作力學(xué)特性分析中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。為了便于分析，本文將整個(gè)管柱分為若干桿柱單元段，通過對每一個(gè)單元桿柱進(jìn)行受力分析，疊加摩擦力的影響，從而求得整個(gè)連續(xù)油管柱的軸向載荷。對連續(xù)油管的軸向載荷分析，本文運(yùn)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)。兩種模型在石油鉆井中都得到了廣泛的應(yīng)用，軟桿模型 主要用于井眼曲率變化較小的井眼，而剛桿模型在井眼曲率變化大的井眼中具有更高的精確度 (如中小曲率半徑的水平井、側(cè)鉆水平井 )。對于連續(xù)油管，軟桿模型較好。 管柱三維剛桿模型 (1)基本假設(shè)條件 管柱與井壁連續(xù)接觸，管柱軸線與井眼軸線一致 ； 井壁為剛性 ； 管柱單元體所受重力、正壓力、摩阻力均勻分布 ； 計(jì)算單元體為空間斜平面上的一段圓弧。 (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]。 曲線坐標(biāo) S 處 (A點(diǎn) )的集中力 )(sF?為 ： ()( ) ( ( ) ( ) ( ) ) ( )()tsF s T s Q n s Q b s n sbs?????? ???????? (41) 微元段 dss? 處 (B 點(diǎn) )的集中力 )( dssF ?? 為 ： ()( ) ( ( ) ( ) ( ) ) ( )()t s d tF s ds T s dT Q n dQ n Q b dQ b n s d nb s d b?? ???? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? (42) 微元段 ds 上的均布接觸力 )(sqc? 為 ： ()( ) ( ) ( )()c n btsq s N N N n sbs??????? ???????? (43) 單位長度管柱浮重 pW 為 ： p m fW q K?? (44) 式中 ： fK 浮力系數(shù)， smfK ?? /1?? 為作業(yè)液密度， s? 為管柱材料密度。由微元段 ds 的受力平衡條件，即 ： ( ) ( ) cpF s F s d s q d s W d s? ? ? ? =0 (45) 并將 (41)、 (42)、 (43)、 （ 44)式代入 (45)式，略去微量的乘積得 ： 0????????????? dskqbN b d sdanNN t d sbdQbQdQnQd T iTibQnQTi jmbnnn ? (46) 化簡整理可得 0nb n b fmd Q d QdT t n b N t N n N b q Kd s d s d s ?? ? ? ? ? ? ? (47) 根據(jù) (47 )式，再結(jié)合弗朗內(nèi)一塞雷公式 ： 連續(xù)油管受力分析及工作特性 30 00000ttKd b K bds nn??? ? ? ???? ? ? ???? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? (48) 將力向主副法線和切線方向軸上 投影可得 ： 2c os 0c os 0si n 0n m fnb n m fbn b m fdT K Q N q KdsdQ KK T Q N q Kds KKd N q Kds K????????? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ??? (49) 其中 ： 222 bn NNN ?? 。 式中 ： nQ 、 bQ 曲線坐標(biāo) S 處的主法線和付法線方向的剪切力， N； nN 、 bN 一主法線和付法線方向的均布接觸力， N； ? 摩阻系數(shù)，提管柱時(shí)取 “+”，下管柱時(shí)取 “”號。 根據(jù)微元段上的力矩平衡，可得 ： b nbbdM QdsK M Q? ???? ??? (410) 將 (410)式代入 (49)式并整理可得全剛度管柱軸向載荷計(jì)算公式 ： 2222 2 2c os 0c os 0()sin 0bmfbb n m fbbb m fnbdMdTK N q Kds dsd M KK T K M N q Kds KKd K M dMN q Kds ds KN N N?????????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ??? ??? (411) 其中： 2 2 2 22 s i ndrK K Kds ?? ?? ? ? ， dK ds? ??， dK ds? ??， 1 msKf???? 式中： K —井斜曲率， mad/? ； 連續(xù)油管受力分析及工作特性 31 oK —井