【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、工藝和作業(yè)工具。分別進行了闡述。機系統(tǒng)、欠平衡連續(xù)油管鉆井及連續(xù)油管側(cè)鉆技術(shù)。的工作力學(xué)特性以及連續(xù)油管彎曲、抗內(nèi)壓強度和外部擠毀壓力分析計算模型。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。連續(xù)油管CoiledTubing，簡稱CT又稱撓性油管、盤管或柔管。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。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。連續(xù)油管是一項正在引起油氣工業(yè)界高度重視的新技術(shù)。與常規(guī)技術(shù)相比，連續(xù)油管技術(shù)經(jīng)。濟實用且作業(yè)效率高，在油氣工業(yè)中已獲得廣泛認(rèn)可。司于1967年建立了連續(xù)油管生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)外徑為mm和mm的連續(xù)油管。進制造工藝，從各個方面提高了連續(xù)油管的性能。在連續(xù)油管的發(fā)展過程中，其應(yīng)用裝備也隨著不斷發(fā)展和完善。管作業(yè)機，使用外徑為的連續(xù)油管，其提升能力為。

　　

【正文】 于是，將式 29 、式 27 帶入 26 可得作用在支撐點上的側(cè)壓力 430 數(shù)的處理 在前面推導(dǎo)的公式中，摩阻系數(shù) μ 是一個非常重要的參數(shù)。摩阻系數(shù)的變化將會引起管柱軸向載荷的極大變化。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)容。 眾多的研究表明摩阻系數(shù)的大小取決于多種因素，它是材料與各種條件的綜合 特性，而不是材料自身的固有特性。在實際的鉆井過程中，不同的鉆進井段摩阻系數(shù)取值不同，不同的潤滑體系摩阻系數(shù)取值也不同。不同泥漿體系下的摩擦系數(shù)取值，需要通過實驗測定或現(xiàn)場試驗確定。本文建議采用如表所示經(jīng)驗?zāi)ψ柘禂?shù)表經(jīng)驗?zāi)ψ柘禂?shù)表連續(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，進入油井，歷經(jīng) 3 次拉伸―彎曲交替變形。因此，它在一次起、下作業(yè)過程就要經(jīng)受 6 次拉伸一彎曲交替變形。這些拉伸一彎曲交替變形發(fā)生的位置見圖 圖連續(xù)油管作業(yè)機工作簡圖 在下井操作中，當(dāng)牽引鏈條把連續(xù)油管拉離卷筒時，卷 筒液馬達(dá)的反向扭矩阻止油管離開，此時油管受拉，把連續(xù)油管首次彎曲一拉直，圖中示為彎曲動作1。當(dāng)連續(xù)油管進人導(dǎo)引架時，油管由直變彎、導(dǎo)引架彎曲半徑從 54 英寸 米 到 98 英寸 米 ，油管發(fā)生塑性彎曲變形，圖中示為彎曲動作 2。連續(xù)油管越過導(dǎo)引架進入鏈條牽引總成時又被拉直，圖中示為彎曲動作 3。這三個動作組成一次連續(xù)油管的彎曲循環(huán)。當(dāng)把連續(xù)油管從并中起出并卷繞在卷筒上的時候按相反的順序發(fā)生同樣的彎曲動作，連續(xù)油管遭受另一次彎曲循環(huán)。 眾所周知，管子在一定的彎曲半徑下彎曲，其變形是處于彈性變形范圍的。在 彈性極限內(nèi)，管子能承受最小彎曲半徑 R 可按下式計算 431 式中 :E―管材的彈性模量， P D―管子外徑， mm ―管材的屈服強度， Pa。 連續(xù)油管在起、下作業(yè)時均將發(fā)生交變的彎曲塑性變形。在起、下油管作業(yè)時，管子只是在瞬時處于彎曲塑性變形。由于油管內(nèi)部一般均有高、中壓液體或氣體，因此油管是在彎曲和內(nèi)壓拉伸的三重作用下，將產(chǎn)生瞬時的交變的塑性變形。國外稱之為卷曲蠕變。 連續(xù)油管在井口處的壓曲 在連續(xù)油管注入頭鏈條底部與防噴器橡膠心子頂部之 間通常有一段無支承長度的連續(xù)油管。當(dāng)作用在此段連續(xù)油管上的軸向載荷較大時 如高壓作業(yè) ，油管就有可能發(fā)生壓曲，如圖所示。 軸向安全壓曲載荷與長細(xì)比有關(guān)，要計算長細(xì)比，首先計算回轉(zhuǎn)半徑 432 于是，長細(xì)比為 433 根據(jù)以上兩式推導(dǎo)得到壓曲載荷為 434 以上三式中― 回轉(zhuǎn) 半徑， mm ―長細(xì)比―安全壓曲載荷， N―連續(xù)油管外半徑， mm―連續(xù)油管內(nèi)半徑， mmL―連續(xù)油管無支承長度， mm―連續(xù)油管屈服強度， MPaA―連續(xù)油管橫截面積， mm2 C―安全系數(shù)，綜合大量實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，建議安全系數(shù)取 2。 當(dāng)在高壓作業(yè)中下入連續(xù)油管時，通過在此段連續(xù)油管的周圍配置壓曲導(dǎo)向器可以緩解或解決井口處連續(xù)油管的壓曲問題，壓曲導(dǎo)向器只是簡單地將防噴器盒上部拓延，直至與鏈條幾乎接觸為止，如圖所示。 圖連續(xù)油管在驅(qū)動鏈與防噴盒之間的壓曲圖 圖 連續(xù)油管壓曲導(dǎo)向器 連續(xù)油管在作業(yè)中的屈曲 在連續(xù)油 管下入過程中，由于管柱本身的重力的影響和管柱與井壁摩擦的影響，使得管柱在受壓時由初始的近似直線狀態(tài) 穩(wěn)定狀態(tài) 變?yōu)榍€狀態(tài) 另一種穩(wěn)定狀態(tài) ，這就是管柱的屈曲。 連續(xù)油管下井過程中可能產(chǎn)生縱向彎曲變形和損壞。當(dāng)連續(xù)油管入井時，為克服阻力要在地面對油管施加軸向壓力。當(dāng)連續(xù)油管的首尾兩端承受壓力負(fù)荷時，其狀況是一根無橫向支撐的細(xì)長桿，壓力超過臨界負(fù)荷時，將造成油管的縱向彎曲。連續(xù)油管首先變成在單一平面內(nèi)的波距不等的正弦波形，隨著軸向壓力增加，最后變成螺旋形，如圖所示。連續(xù)油管彎曲成螺旋形，引起附加的徑向接觸力， 使管子與井壁的摩擦力增加，軸向力越大其摩擦力越大。在該點就形成了惡性循環(huán)，增加的任何附加力都將由于該點的磨擦而損失殆盡。連續(xù)油管在井內(nèi)的該鎖定就稱為做螺旋鎖定。 圖連續(xù)油管在井內(nèi)發(fā)生縱向彎曲示意圖 連續(xù)油管彎曲可能會出現(xiàn)在任何井段 垂直、水平或造斜井段 。但是，在不同的井段開始形成彎曲的臨界壓縮載荷不同。 由于管柱在井眼中的彎曲變形受到諸多因素的影響，在工程允許的情況下，需要對管柱及管柱的受力作必要的簡化和假設(shè)。在研究管柱屈曲時，基本假設(shè)如下計算單元管柱除了受上下端的軸向壓縮作用，同時還受到單元本身重力的影響 。 計算單元管柱與井壁充分接觸 包括正弦屈曲和螺旋屈曲 。 水 平 井 段 臨 界 屈 曲 載 荷 計 算 的 臨 界 屈 曲 載 荷 為 435 傾斜井段臨界屈曲載荷計算傾斜井段的臨界屈曲載荷為 436 下式為 β的 隱式 函數(shù) 表達(dá) 式，對 蝦式 進行 數(shù)值 求解 即可 求出β 437 垂直井段臨界屈曲載荷計算的臨界屈曲載 荷為 438 管抗內(nèi)壓強度分析 連續(xù)油管在工作過程中井下段的應(yīng)力是由其內(nèi)、外部液體壓力聯(lián)合作用與軸向拉伸或壓縮載荷及彎曲等因素產(chǎn)生的。外力所產(chǎn)生的應(yīng)力場可用 3 個主應(yīng)力來描述，即軸向應(yīng)力，徑向應(yīng)力及周向應(yīng)力。但由于連續(xù)油管的工作條件不同，3 個主應(yīng)力的大小和方向也相應(yīng)不同。 上面已經(jīng)計算出連續(xù)油管所受應(yīng)力 軸向應(yīng)力，徑向應(yīng)力周向應(yīng)力 ，于是，對連續(xù)油管采用 Mises 屈服條件，用應(yīng)力公式可表示為 式中 為屈服極限， Mpa 其余意義同前。一般情況下，連續(xù)油管在工作時， 內(nèi)壓，大于外壓，故油管內(nèi)表面的周向應(yīng)力要大于外表面的周向應(yīng)力 有少數(shù)情況相反 。計算表明，用 Mises 屈服準(zhǔn)則判定屈服首先產(chǎn)生在油管的內(nèi)表面。因此，必須考慮油管內(nèi)部的屈服極限，即抗內(nèi)壓強度。 簡化計算得， 439 說明，本文的抗內(nèi)壓強度的計算未考慮下列因素的影響 l 在油管使用期間直徑的變化 一般情況為直徑的增大 2 在油管使用期間由于腐蝕、拉伸和直徑的增大而引起的壁厚的變化 3 在油管使用期間由于塑性疲勞的存在而引起的有效屈服應(yīng)力的下降 4 在卷筒和導(dǎo)引架上塑性彎曲引起 的殘余應(yīng)力 5 連續(xù)油管橢圓度。 因此，實際運用中應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，工業(yè)上一般使用 1. 25 的安全系數(shù)。第 5 章連續(xù)油管失效分析及疲勞壽命計算 連續(xù)油管失效分析 連續(xù)油管柱是連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)中用量大、質(zhì)量要求高的管材?，F(xiàn)場調(diào)查表明，連續(xù)油管作業(yè)機目前不能國產(chǎn)化的根本原因在于不能生產(chǎn)出國產(chǎn)的連續(xù)油管。而在作業(yè)數(shù)量不大的情況下，每臺作業(yè)機平均每年都要消耗 4000m 左右的連續(xù)油管。據(jù)國外資料，世界上每年連續(xù)油管的用量為近 500 萬米。因此，弄清連續(xù)油管失效的主要原因，從而采取相應(yīng)措施提高連續(xù)油管 的使用壽命，對促進石油工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 管失效形式 連續(xù)油管工作條件比較惡劣，受力狀態(tài)比較復(fù)雜，其失效形式多種多樣，通過失效分析，歸納起來大致有以下 3 大類型 [31]。 1 變形失效 對連續(xù)油管，主要是塑性變形失效。實際應(yīng)用中，由于連續(xù)油管的實際使用半徑要比許用彎曲半徑小得多，所以，連續(xù)油管通常要發(fā)生瞬時的塑性彎曲變形。當(dāng)實際彎曲半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用彎曲半徑時，會引起連續(xù)油管的永久性彎曲 俗稱死彎 。另外，超過連續(xù)油管抗拉極限的拉伸頸縮性變形，超過抗壓限的壓癟或壓扁現(xiàn)象等均屬于變 形失效的范圍。 2 斷裂失效 在連續(xù)油管的失效中斷裂占的比例較大，特別是疲勞斷裂，危害也較嚴(yán)重。 主要斷裂形式有 : 1 過載斷裂。如連續(xù)油管在下入井中速度過快時，遇到井下堵塞導(dǎo)致其卡斷，或在起出作業(yè)過程中由于井下落物導(dǎo)致其拉斷等。 2 低應(yīng)力脆斷。如連續(xù)油管焊縫的脆性斷裂。 3 應(yīng)力腐蝕斷裂。如在含硫量較高的油氣井中工作時，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕斷口的宏觀特征一般有 3 個區(qū)域，即斷裂源區(qū)、裂紋擴展區(qū)、快速拉斷或撕裂區(qū)。 4 氫脆斷裂。當(dāng)油管材料中含有過多 的氫時，在拉應(yīng)力作用下易產(chǎn)生氫脆。氫脆斷口的宏觀特征是在斷口邊緣上可觀察到白點或白色亮環(huán)。 5 疲勞斷裂和腐蝕疲勞斷裂。由于連續(xù)油管要不斷地導(dǎo)入或繞下滾筒，并通過彎曲形導(dǎo)向架，因而會受到交變循環(huán)應(yīng)力作用，而井中往往又有腐蝕介質(zhì)的侵蝕。所以，連續(xù)油管受到疲勞或腐蝕疲勞作用的工況最多。 3 表面損傷失效 表面損傷主要包括 3 個方面 : 1 腐蝕。包括均勻腐蝕 如連續(xù)油管在長時間存放過程中的銹蝕 ，小孔腐蝕 即點蝕，如連續(xù)油管在使用或存放過程中內(nèi)外表面的點蝕 和縫隙腐蝕 如連續(xù)油管的焊縫與連續(xù)油管材料之間的腐蝕 。 2 磨損。連續(xù)油管在井下與生產(chǎn)油管或套管之間的磨損，連續(xù)油管與導(dǎo)向架和注入頭上鞍形夾緊塊之間的磨損等。 3 機械損傷。連續(xù)油管在運輸途中表面碰傷，在清蠟作業(yè)中受到落入井下的刮蠟器的劃傷 :在注入過程中由于夾持過緊而在表面留下壓痕等。 管失效原因 1 連續(xù)油管本身質(zhì)量問題 1 功連續(xù)油管壁厚不均勻 [31]。一方面，連續(xù)油管在制造時壁厚就不均勻；另一方面，在使用過程中，由于彎曲疲勞的作用，在曲率半徑小的一側(cè)受壓，壁厚基本不變，而在曲率半徑大的一側(cè)受拉，壁厚變薄?，F(xiàn)場取樣測量也發(fā)現(xiàn)，外徑必 的連續(xù)油 管，平均壁厚 ，而實測最大壁厚為 ,最小僅 。腐蝕性泄漏與連續(xù)油管的壁厚不均不無關(guān)系。 2 現(xiàn)場焊接質(zhì)量差。一盤連續(xù)油管長度為 2020～ 4000m，當(dāng)進行深井作業(yè)時，需將兩段連續(xù)油管焊接在一起使用。由于我國焊接技術(shù)上的差距，使得焊接達(dá)不到要求。即便使用國外焊機和工藝，往往也達(dá)不到要求的水平。失效分析發(fā)現(xiàn)，焊縫失效一般表現(xiàn)為脆性斷裂失效，其主要原因是焊接及焊后熱處理選擇不當(dāng)，在焊縫產(chǎn)生了未熔合或灰斑缺陷。并且焊縫及熱影響區(qū)強度低。沖擊韌性差，造成大量失效事故?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，除遼河 等油田外，其他油田的連續(xù)油管均存在焊接質(zhì)量不過關(guān)的問題。 3 材料性能低，制造工藝復(fù)雜。國內(nèi)使用的主要是從美國優(yōu)質(zhì)管公司引進的QT700 材料連續(xù)油管，屬 ASTM6064 鋼的改進產(chǎn)品，而目前國外已經(jīng)在生產(chǎn)和使用其改進后的 QT800 和 QT1000 材料。另外，連續(xù)油管在生產(chǎn)制造過程中，工藝過程比較復(fù)雜。一般要經(jīng)過多次熱處理過程，如軋制管材前的加熱，管材環(huán)卷焊接，高頻感應(yīng)退火，成形后的水冷與空冷，消除應(yīng)力退火等。任何一個土藝處理不當(dāng)，都會給連續(xù)油管留下缺陷。失效分析表明，有相當(dāng)一部分連續(xù)油管失效是由內(nèi)部缺 陷引起的。 4 劃痕得不到及時修補。連續(xù)油管在使用過程中，當(dāng)表面出現(xiàn)部分劃傷痕跡時，不能及時采取措施進行修補，使得被劃傷表面成為人為的壁薄部分，在腐蝕介質(zhì)的作用下，形成腐蝕凹坑，使局部的腐蝕電流急劇增大，因而加快了連續(xù)油管的腐蝕速度，使連續(xù)油管首先在劃傷痕跡處出現(xiàn)腐蝕泄漏失效。 2 連續(xù)油管使用管理問題 1 存放不當(dāng)。連續(xù)油管作業(yè)機在作業(yè)完成后，很少進行防銹處理，因此，腐蝕嚴(yán)重，特別對連續(xù)油管，易銹蝕，使其壽命大大縮短。如某油田的作業(yè)機年作業(yè)十幾次，作業(yè)過程受到雨淋，在庫中明顯看到在滾筒外層的連續(xù)油管全部 生銹變黃。某油田在引進作業(yè)機的同時，進口了十幾盤連續(xù)油管，由于長期存放，管體氧化出現(xiàn)腐蝕麻點和凹坑；也有的因木制滾筒腐爛導(dǎo)致連續(xù)油管缺少支撐而產(chǎn)生擠壓皺折或折斷。 2 下井前檢驗不嚴(yán)。包括對連續(xù)油管的檢驗和對井下情況的檢驗。某些井下作業(yè)隊使用質(zhì)量低劣或有大量蝕坑、裂紋及其他缺陷的連續(xù)油管下井，造成連續(xù)油管在使用中出現(xiàn)事故；另外，連續(xù)油管在下井前如果對井下情況不了解或井下有落物等，在連續(xù)油管作業(yè)過程中都會出現(xiàn)意想不到的失效廠如井下落物對連續(xù)油管表面的磨損和劃痕；井下落物將連續(xù)油管堵塞或卡住，導(dǎo)致在起下連續(xù)油管過程中卡斷等。 3 注入頭夾緊部分咬傷連續(xù)油管。連續(xù)油管下入井中時，需注入力的作用。如果注入頭對連續(xù)油管夾持不緊，則造成連續(xù)油管打滑，不能順利完成注入作業(yè)。反之，如果夾持過緊，又容易造成管體表面咬傷?，F(xiàn)場也發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分連續(xù)油管的表面有咬傷痕跡。 3 連續(xù)油管工作性質(zhì)問題 1 循環(huán)彎曲疲勞作用與連續(xù)油管直徑脹大 對于典型的連續(xù)油管作業(yè)過程，連續(xù)油管至少循環(huán)起下一次。連續(xù)油管柱起出或下入井內(nèi)時都包含 3 個彎曲動作 : 連續(xù)油管通過注入頭牽引拉離滾筒，滾筒液壓馬達(dá)施加一定的反向拉力將油管拉直，這是最基本的一次彎 曲動作； 當(dāng)連續(xù)油管進入導(dǎo)向架時，連續(xù)油管沿導(dǎo)向架的彎曲半徑發(fā)生彎曲。 通過導(dǎo)向架后進入牽引鏈條總成，連續(xù)油管重新被拉直。 因此，對于一次完整的起下作業(yè)，總共包含了 6 個彎曲動作。連續(xù)油管在內(nèi)壓條件下循環(huán)彎曲時，連續(xù)油管會發(fā)生膨脹現(xiàn)象，管徑增大