【正文】 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。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(jiǎn)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 ?? 。 (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(zhǎng)為 ds 的微元體 AB，并對(duì)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]。對(duì)于連續(xù)油管，軟桿模型較好。對(duì)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)。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。 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。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。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。開窗井下鉆具組合 為 ： 鉆鋌 +定向工具 +2176。 (3)磨銑窗口 開窗的最后一個(gè)步驟是磨銑窗口。彎外殼可定向的容積式馬達(dá)。導(dǎo)引孔的形狀確定了其他階段的磨銑操作。 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 。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。 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。 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?！?176。 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。不等 ， 根據(jù)整個(gè)增斜及方位扭轉(zhuǎn)率而定。 鉆井液馬達(dá)的外殼彎角從 1176。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。彎接頭。套管開窗常用 3176。鉆導(dǎo)引孔時(shí)使用 1176。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。 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。 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(duì)地層的傷害。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 。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。對(duì)于欠平衡鉆井作業(yè)來(lái)說 ， 連續(xù)循環(huán)作業(yè)可以有效控制和維持井底壓力。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。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(lái)較長(zhǎng)的水平井段。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)。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(duì)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。當(dāng)?shù)撞裤@具組合起出地面 ， 井底壓力已達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí) ， 底部鉆具組合中的配置接頭就與底部鉆具組合斷開 ， 并經(jīng)過防噴器組上的管子閘板 /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。由于井口壓力隨當(dāng)量循環(huán)密度的變化而變化 ,因此司鉆和控制節(jié)流的操作人員都要依據(jù)井口壓力的變化情況進(jìn)行操作。該節(jié)流裝置由人工輪換 操作 ,需隨時(shí)與司鉆保持聯(lián)系。井口壓力由回流管線上的附加節(jié)流裝置控制 ， 節(jié)流管匯如圖 所示。如果需要振動(dòng)來(lái)釋放卡在井內(nèi)的鉆具組合 ， 連續(xù)油管管柱根本無(wú)法承受常規(guī)鉆鋌和鉆桿所能承受的惡劣機(jī)械操作工況。另外 ， 使用連續(xù)油管進(jìn)行欠平衡定向斜井或水 平鉆井 ， 方向難以控制。 (5) 節(jié)約鉆井費(fèi)用 連續(xù)油管欠平衡鉆井 ， 因不需龐大的鉆井設(shè)備 ， 井場(chǎng)用地少 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ,有利于節(jié)約鉆井費(fèi)用。在 這種情況下 ， 如使用有線 MWD工具進(jìn)行測(cè)量 ， 但在測(cè)量時(shí)因需停鉆而失去欠平衡條件。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 ， 采用連續(xù)油管在起下鉆作業(yè)時(shí)可連續(xù)循環(huán)鉆井液 ， 消除了在起下鉆產(chǎn)生的壓力抽吸及壓力激動(dòng)所引起的井噴事故。 (2)鉆井效率高 欠平衡鉆井的鉆速比 常規(guī)鉆井高 ， 而連續(xù)油管在欠平衡鉆井中不用接單根 ， 省去了接單根的時(shí)間 ， 而在起下鉆中的起下速度也比常規(guī)鉆桿柱快 ，這樣可大大節(jié)約占用鉆機(jī)的時(shí)間。 (1)減少對(duì)地層或產(chǎn)層的損害 欠平衡鉆井要求在鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等作業(yè)過程中始終保持負(fù)壓條件 ， 這樣能有效地減少對(duì)地層或產(chǎn)層的損害。采用連續(xù)油管鉆井，由于連續(xù)不停地循環(huán)鉆井液 ， 井內(nèi)欠平衡狀態(tài)成為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài) ， 從而形成 “ 真正的 ” 欠平衡狀態(tài)。采用連續(xù)油管無(wú)需接單根，能夠保持井底壓力穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生外來(lái)的壓力波動(dòng)。接完單根恢復(fù)鉆井作業(yè)、開始轉(zhuǎn)動(dòng)管柱后，巖屑?jí)|層可能會(huì)被慢慢碾磨到井筒表面。 在接單根時(shí)暫停循環(huán)，井筒內(nèi)液相和氣相分離 (氣體上升，液體下沉 )，對(duì)油藏造成壓力波動(dòng) [14]。 在常規(guī)欠平衡鉆井施工中，為了降低流體靜壓頭，在井筒獲得欠平衡狀態(tài)，鉆井液同時(shí)使用液相和氣相。欠平衡鉆井具有污染小 ， 鉆速快 ， 易發(fā)現(xiàn)油氣的優(yōu)點(diǎn)。連續(xù)油管在起下和鉆井過程中 ， 不僅能實(shí)現(xiàn)完全動(dòng)密封 ， 而且承壓高 ， 可靠性好 ， 這就為欠平衡鉆井創(chuàng)造了安全可靠的條件 [13]。小井眼 CT 鉆井技術(shù)比常規(guī)鉆井技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井作業(yè)，不僅是因?yàn)樗孛嬖O(shè)備少，占地面積小，所需操作人員少等特點(diǎn)滿足自動(dòng)化鉆井的需要，最重要的是在 CT 內(nèi)可以內(nèi)置電纜，能實(shí)現(xiàn)井底和地面的雙向信息傳送，并能配有動(dòng)力電纜和智能井底鉆具組合所必需的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，更有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和隨鉆測(cè)量，更容易實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、自動(dòng)化遙控鉆井。這樣，與 鉆井液使用和處理有關(guān)的運(yùn)輸和環(huán)境問題也明顯減少。 (3)隨著廢液處理費(fèi)用的不斷上升，人們認(rèn)識(shí)到應(yīng)重視減少?gòu)U物的產(chǎn)生。 (2)小井眼 CT 鉆井另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低噪聲，在臨近居民區(qū)鉆井作業(yè)時(shí)，這一點(diǎn)就顯得特別重要。小井眼 CT 鉆機(jī)和 CT 也比常規(guī)鉆機(jī)和鉆桿輕得多。 (1)小井眼 CT 鉆井使用較小的鉆井裝備，使得操作運(yùn)行的場(chǎng)地大大減小，減少對(duì)環(huán)境的影響。 (4)小井眼 CT 鉆井作業(yè)中起下鉆和鉆臺(tái)工作量少，所需操作人員少，提供了一個(gè)安全的工作環(huán)境。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。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。 小井眼用 CT 鉆井與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比，用 CT 鉆并操作簡(jiǎn) 便，施工安全，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： (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。小井眼鉆井使用 CT 鉆井的工具和設(shè)備，將占據(jù)更小的井場(chǎng)，能夠大大地減少搬運(yùn)費(fèi) ； 減少鉆機(jī)重量即減少鉆機(jī)租用費(fèi) ； 小井眼鉆井使用CT 鉆井技術(shù)，與常規(guī)井相比所需工作人員少，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)少，減少勞動(dòng)費(fèi)用。 CT 鉆井技術(shù)特別適用于小井眼鉆井。實(shí)踐證明，與常規(guī)井眼相比，小井眼探井和評(píng)價(jià)井的鉆井成本可降低 40%～ 60%或更大，生產(chǎn)井和注人井的鉆井成本可降低 25%～ 40%或更大。 小井眼鉆井的初期投資較小，開發(fā)較經(jīng)濟(jì)。以 CT 技術(shù)為手段的小井眼鉆井在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上將會(huì)取得巨大的成功。 小井眼 CT鉆井技術(shù)是將小井眼和 CT鉆井技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種綜合技術(shù)，既體現(xiàn)了小井眼鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又顯示出 CT 鉆井技術(shù)所具有的常規(guī)鉆井技術(shù)不能比擬的優(yōu)越性。小井眼鉆井的井眼尺寸小 ，套管尺寸小 ， 井場(chǎng)占地面積小 ， 鉆井時(shí)設(shè)備數(shù)量少 ， 鉆井液用量少 ， 材料消耗少 ， 有利于降低鉆井成本 ， 保護(hù)自然環(huán)境。 CTD 的發(fā)展趨勢(shì)和主要優(yōu)勢(shì)是小井眼、欠平衡、多側(cè)向、短半徑和重進(jìn)入。 近年來(lái)世界各國(guó)石油公司爭(zhēng)相配套應(yīng)用該技術(shù) ， 特別是加拿大、美國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 ， 在短短的幾年內(nèi) CTD 技術(shù)的配套應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展 ， 初步顯示了 CTD 技術(shù)旺盛的生命力和巨大的吸引力。連續(xù)油管具有無(wú)接頭、無(wú)變徑、彎曲大、能連續(xù)起下能動(dòng)態(tài)密封和強(qiáng)度大、承壓高、體積小等特點(diǎn) ,為進(jìn)行短半徑、大位移、多側(cè)向的水平鉆井和欠平衡、小井眼鉆井提供了安全、先進(jìn)、有效的技術(shù)手段。連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 19 第 3 章 連續(xù)油管鉆井工藝技術(shù)分析 連續(xù)油管鉆井 (簡(jiǎn)稱 CTD)， 是國(guó)外九十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。該馬達(dá)由地面上的一臺(tái)與變速驅(qū)動(dòng)裝置相連的便攜式計(jì)算機(jī)控制。它采用了電潛泵馬達(dá)而不是常規(guī)的容積式馬達(dá)。 (5)電動(dòng)連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)研制試驗(yàn)成功。 (3)連續(xù)油管注入頭進(jìn)展顯著 ， HR480 型注入頭的強(qiáng)行下入能力可達(dá)180kN， 低速最大拉力達(dá) 450kN， 高速最大拉力達(dá) 180kN， 注入頭鏈條可以更換。 連續(xù)油管鉆井技術(shù)新進(jìn)展 (1)連續(xù)油管直徑不斷增大