【正文】 式中 ： nQ 、 bQ 曲線坐標 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)，提管柱時取 “+”，下管柱時取 “”號。 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 ； 計算單元體為空間斜平面上的一段圓弧。為了便于分析，本文將整個管柱分為若干桿柱單元段，通過對每一個單元桿柱進行受力分析，疊加摩擦力的影響，從而求得整個連續(xù)油管柱的軸向載荷。隨著起始磨鞋和導(dǎo)引孔的改進 ， 吊打的時間已經(jīng)大大縮短?！?3176。導(dǎo)引孔有近邊導(dǎo)引、遠邊導(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。 (2)鉆導(dǎo)引孔 在水泥塞上鉆導(dǎo)引孔至開窗點 ， 該點位于新老井眼交匯處。 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]。的彎外殼鉆井馬達。不使用 MWD 穩(wěn)定器 ， 為減少鉆壓傳遞問題 ,鉆井液馬達的抗磨墊塊限制在 3mm以內(nèi)。 增斜段 BHA： 鉆增斜段不需使用鉆鋌 ， 造斜使用無磁馬達和 PDC 鉆頭 。彎外殼鉆井馬達 ，馬達上安裝有 176。在浮動接頭和非旋轉(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。 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)油管鉆機固有的結(jié)構(gòu)特點，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)濟的對現(xiàn)存老井眼進行側(cè)鉆的有效方法 [17]。因泵油而非剪切時 ， 60%～ 85%氣體泡沫鉆井液超時分解 ， 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。更重要的是這種方式不需要進行鉆桿上卸扣作業(yè)而中斷鉆井液循環(huán)。 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。 (3)起下管柱時的壓力控制 起下管柱時 ， 必須保持井底壓力的恒定。作業(yè)中泵速變化與設(shè)計的井底壓力變化一致。 保持動態(tài)近平衡狀態(tài)的作業(yè)要求 (1)井底壓力控制 [16] 如果當量循環(huán)密度設(shè)計值不變 ， 可以利用井口壓力 ， 通過生產(chǎn)油管環(huán)空作用到連續(xù)油管上 ， 就能維持近平衡條件。 雖然欠平衡連續(xù)油管鉆井具有明顯的優(yōu)越性 ， 但也有它的局限性 ， 由于連續(xù)油管的柔性 ， 使其易堵 ； 所以 ， 目前可達水平的長度受到限制。 (4) 可實時進行環(huán)空壓力測量 在通常情況下 ， 鉆井液脈沖 MWD 工具不能在欠平衡鉆井所用的可壓縮鉆井液中使用 ， 這樣 ,就無法進行測量。用常規(guī)的連接鉆桿柱進行欠平衡鉆井 ， 在連接鉆桿時 ， 會失去其優(yōu)勢 ， 而采用連續(xù)油管 ,因鉆井期間不用連接鉆桿 ， 可始終維持欠平衡條件 ， 從而充分地顯示出了欠平衡鉆井的優(yōu)越性。如果井筒流體力學設(shè)計合理，可以避免出現(xiàn)巖屑墊層。另外，停泵后會形成巖屑墊層。特別是水平井鉆井 ， 可實現(xiàn)邊噴邊鉆 ， 既有利于保護油氣層不受傷害 ， 又有利于用產(chǎn)出地層流體增大環(huán)空流量 ， 更好地將水平段巖屑攜帶出來 ， 提高機械鉆速。 欠平衡鉆井 欠平衡鉆井是井筒內(nèi) 靜液柱壓力低于地層壓力的情況下進行的鉆井。小井眼 CT 鉆井通過減小井眼尺寸，大大地減少了鉆屑和泥漿體積，從而減少了廢液、廢氣的產(chǎn)生。另外，由于小井眼 CT 鉆井所需裝備少于常規(guī)鉆機，小井眼 CT 鉆井所需的功率減小，燃油消耗和排放到大氣的廢氣也相應(yīng)地減少，對空氣的污染也就隨之減少。 環(huán)保問題日趨重要，減少對環(huán)境的影響己成為鉆井的主要問題之一，小井眼 CT 鉆井技術(shù)為最大程度地減少廢物和改善對整個環(huán)境的影響提供連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 21 了一個有效的途徑。 (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)，不必壓井就可以進行換鉆頭和起下鉆作業(yè)。這些費用的減少加上使用小直徑的井下馬達與 PDC 等小尺寸鉆頭所得到的較高鉆速，成本減少可達 50 %。目前 ，小井眼鉆井技術(shù)越來越多地采用 CT 鉆井技術(shù)，為降低鉆井成本和提高采收率提供了一個有效的途徑。 這兩項技術(shù)的結(jié)合，將大大地降低鉆井成本和鉆井對產(chǎn)層造成的損害，能給鉆井人員提供一個安全的工作環(huán)境，能在海上及陸上邊遠地區(qū)、環(huán)境敏感地區(qū)和一些惡劣自然環(huán)境下連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 20 進行常規(guī)鉆井技術(shù)所不能完成的作業(yè)，并且比常規(guī)鉆井技術(shù)更易于實現(xiàn)自動化、智能化鉆井，此技術(shù)有著巨大的市場潛力。連續(xù)油管尺寸小 ， 強度高 ,用其進行小井眼鉆井具有獨特的優(yōu)勢 [12]。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(cè)鉆 ， 其成本是常規(guī)鉆機的 40%， 利用此項技術(shù)鉆斜井 ， 平均日產(chǎn)油量由以前的 900 桶升至 2020桶 ,經(jīng)濟效益顯著。連續(xù)油管鉆井技術(shù)通過側(cè)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(shù)難以達到的、隱蔽的、枯竭的油氣藏。電潛泵馬達與行星式變速箱連接 ， 能夠把輸出軸轉(zhuǎn)速降低到與鉆井條件相適應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 (4)在過程控制系統(tǒng)、電纜安裝系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)等方面也取得了明顯進展。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。 緊急分離機構(gòu) 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 ， 就連續(xù)油管鉆井技術(shù)與配套裝備 18 應(yīng)該使用分離機構(gòu)使連續(xù)油管與下部鉆具組合分離。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。但用連續(xù)油管鉆井時 ， 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。 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 ,鉆頭對扭矩的要求要低 ， 以避免高扭矩使連續(xù)油管疲勞破壞。泥漿泵的功率應(yīng)滿足井下泥漿馬達和井眼清潔的要求。 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(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。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)機結(jié)構(gòu)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(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 圖 所示的拖車式連續(xù)油管作業(yè)機將各個工作機構(gòu)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(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 圖 所示的橇裝式連 續(xù)油管作業(yè)機采用模塊化結(jié)構(gòu)形式 ， 根據(jù)連續(xù)油管作業(yè)機的機構(gòu)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(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 圖 和圖 所示的自帶吊車和井架的連續(xù)油管作業(yè)機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ，其突出特點是 ， 作業(yè)時不需要另外的起吊設(shè)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 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 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 ， 造價昂貴 ,移運困難 ，其突出 的結(jié)構(gòu)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(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。 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。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。 (4)控制室 。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(shè)備的要求等。 (2)卷筒。 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、泥漿循環(huán)系統(tǒng)和井控系統(tǒng)組成 [8]。 (3)因連續(xù)油管不能像常規(guī)鉆桿那樣旋轉(zhuǎn) ， 無法 攪動可能形成的巖屑床 ，增大了卡鉆的風險。 (6)減少作業(yè)人員。 (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。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。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。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)油管鉆井對小直徑淺直井、定向井和水平井都適合。 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)的初級階段。 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)動井下電動馬達 ， 使用一個液壓注入頭來放入或回收鉆井管柱。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)中將會發(fā)揮巨大的作用。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)用范圍正在進一步擴大。利用連續(xù)油管進行老井重入，為油公司提供了利用現(xiàn)有井筒開采其他儲層及深部儲層的機會，并可以達到提高井的產(chǎn)量、減少邊底水的錐進、重新構(gòu)造二次及三次采油過程中的泄流形式等目的，同時節(jié)省了打新井的鉆井、完井投入。不論是在直井還是水平井，連續(xù)油管技術(shù)都是一種更加經(jīng)濟的作業(yè)手段，能夠大大前 言 8 降低作業(yè)成本和對作業(yè)環(huán)境的損害。 (3)連續(xù)油管主要應(yīng)用在修井作業(yè)，還未應(yīng)用到鉆井上，且相應(yīng)配套的連續(xù)油管工具、鉆井技術(shù)差。石油大學、青島建筑工程學院等對連續(xù)油管的受力、疲勞及可靠性進行了研究 ,吉林石油管理局還申請了 “ 油井多功能復(fù)合連續(xù)油管 ” 專利 ,但沒有形成產(chǎn)品 ； 江漢機械研究所、石油大學、西安石油學院對連續(xù)油管作業(yè)車及 其配套裝置也只是在理論上進行了探討。在美國休斯敦，每年都要舉行幾次有關(guān)連續(xù)油管方面的專題研討會。國外開發(fā)了“連續(xù)油管強度狀態(tài)實時監(jiān)測器”，可隨時了解連續(xù)油管的損害狀況。從七十年代末到八十年代初，連續(xù)油管制造商對連續(xù)油管的牽引起下和卷繞設(shè)備的設(shè)計及操作規(guī)范做了許多改進，改善了地面設(shè)備的性能和可靠性，顯著地降低了設(shè)備的損壞率。三十多年，國內(nèi)外專家學者對 連續(xù)油管進行了大量的試驗和研究，取得了許多有益的進展。排管器離合器的摩擦片失效。連續(xù)油管被皺折或癟脹。各 油田在作業(yè)工藝的開發(fā)上發(fā)展不均衡 ， 表 國內(nèi)陸上油田連續(xù)油管作業(yè)分布表 油田單位 數(shù)量（臺） 作業(yè)工藝 引進時間 作業(yè)井次（累計） 長慶井下 技術(shù)作業(yè)處 1 沖砂、打撈、氣舉助排（排液） 土哈井下 技術(shù)作業(yè)公司 2 洗井、氣舉排液鉆磨、酸化解堵 四川井下 技術(shù)作業(yè)公司 吉林井下 技術(shù)作業(yè)公司 3 通井、沖砂洗井 大慶試油 試采公司 1 替噴、氣舉、氮氣排液、洗井、沖砂解卡、解除蠟堵蠟卡 遼河沈陽 工程技術(shù)處 2 198 198 1991 新疆準東石油技術(shù)有 限公司 3 華北井下 作業(yè)技術(shù)公司 1 克拉瑪依 試油處 3 大港油田 井下作業(yè)公司 1 勝利油田 1 南陽油田 1 中原油田 1 合 計 21 前 言 6 使得整體應(yīng)用水平一般 ， 有待于研究開發(fā)新的作業(yè)工藝及工具 ， 解決各油田存在的作業(yè)難題 ； 設(shè)備動力下降 、 液路系統(tǒng)內(nèi)漏 !配件供應(yīng)不及時 ，使得作業(yè)效率下降 ； 采油廠按照連續(xù)油管作業(yè)成本和通常的利潤支付作業(yè)費用 ， 未考 慮用常規(guī)作業(yè)的高額費用和施工周期長對原油產(chǎn)量造成的影響 ，大大地減少了連續(xù)油管作業(yè)的利潤 和積極性 ， 同時也降低了采油廠的綜合經(jīng)濟效益 ； 宣傳力度不夠 ， 對此項技術(shù)的特點和優(yōu)勢的認識不到位 。連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備作業(yè)車的數(shù)量已達到 600 多臺 ， 并且每年以 20%的速度增長 ，它們是由美國 HULLIBUTON 公司、 BOVEN 工具公司、 CVDD 公司、加拿大和俄羅斯的一些公司生產(chǎn) ,這些作業(yè)車集氣、液、電一體化 ,自動化程度高、可靠性好 ， 能完成多種作業(yè) [4]?，F(xiàn)在全世界連續(xù)油管的年耗量近 500104m， 井下作業(yè)量以每年 25%的速度增加。美國從 1994 年起