【正文】 正弦波形，隨著軸向壓力增加，最后變成螺旋形，如圖 2 一 5 所示。當(dāng)連續(xù)油管入井時(shí)，為克服阻力要在地面對(duì)油管施加軸向壓力。2）連續(xù)油管在作業(yè)中的屈曲在連續(xù)油管下入過(guò)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(shí)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。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(shí)的交變的塑性變形。因此，對(duì)照表 22 即可發(fā)現(xiàn)，連續(xù)油管在起、下作業(yè)時(shí)均將發(fā)生交變的彎曲塑性變形。選用的注入頭導(dǎo)向架曲率半徑均為 。如果管內(nèi)同時(shí)還存在內(nèi)壓，則外徑將增大。s?現(xiàn)在我國(guó)引進(jìn)的連續(xù)油管管材一般為 ASMT，A 一 606 鋼，其中=，E=。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。這三個(gè)動(dòng)作組成一次連續(xù)油管的彎曲循環(huán) 。當(dāng)連續(xù)油管進(jìn)人導(dǎo)引架時(shí)，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(dòng)作 2。因此，它在一次起、下作業(yè)過(guò)程就要經(jīng)受 6 次拉伸一彎曲交替變形。ri0最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在油管內(nèi)表面或外表面，將式(2 一 11)及(2 一 12)改寫(xiě)可得到油管內(nèi)外表面的應(yīng)力。而彎曲應(yīng)力在截面的一側(cè)為拉應(yīng)力，在另一側(cè)則為壓應(yīng)力。2 一連續(xù)油管由 Lubinski 提出的兩個(gè)方程確定了螺旋屈曲的曲率 C 與軸向力 之間的關(guān)系:aF (2 一 2)224/()CR???? (2 一 3)8aFEI由式(2 一 3)解得 并代入式(2 一 2)得:2/ (2 一 4)2aRCI??則屈曲產(chǎn)生的彎矩為: (2 一 5)bMEI將式(2 一 4)代入 (2 一 5)得 : (2 一 6)2abIFR??彎曲應(yīng)力為: (2 一 7)0/bMrI?將式(2 一 6)代入 (2 一 7)得 : (2 一 8)02abEFRI??式(2 一 8)中 同 2EI 相比非常小，可忽略不計(jì)，對(duì)連續(xù)油管而言，這一近2a似使 增加不到 1%，則式(2 一 8)為:b? (2 一 9)0/(2)baFRrI??當(dāng)連續(xù)油管受壓時(shí)，總的軸向應(yīng)力在截面上的分布是不同的。下面考慮螺旋屈曲引起的附加彎??14,5曲應(yīng)力。 為連續(xù)油管內(nèi)半徑，m。FA 一連續(xù)油管的橫截面積， 。前面已經(jīng)分析知連續(xù)油管的軸向載荷，于是，當(dāng)連續(xù)油管受拉時(shí)，軸向應(yīng)力為: (2 一 1)/aFA??式中: 一連續(xù)油管的軸向應(yīng)力，N/ 。外力所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)可用 3 個(gè)主應(yīng)力來(lái)描述，即軸向應(yīng)力 ，徑向應(yīng)力 及周向應(yīng)???力 ，如圖 2 一 2 所示。連續(xù)油管可用作集輸管線。5)欠平衡鉆井以及鉆水平井和大位移井。4)套管“開(kāi)窗”側(cè)鉆。采用較大直徑的連續(xù)油管可進(jìn)行小井眼井鉆井及取心。利用連續(xù)油管將攝像機(jī)運(yùn)送到井底進(jìn)行井底攝像。國(guó)外有采用連續(xù)油管作業(yè)機(jī)清洗含蠟輸油管線的成功應(yīng)用實(shí)例。(11)連續(xù)油管作清洗管線 油氣管線會(huì)因積蠟或水垢而堵塞。(10)完井隨著連續(xù)油管向較大直徑發(fā)展，特別是外徑為 的連續(xù)油管出現(xiàn)以后，國(guó)外一些公司開(kāi)始采用連續(xù)油管來(lái)替代常規(guī)生產(chǎn)油管進(jìn)行完井作業(yè)。用連續(xù)油管已可進(jìn)行中子測(cè)井、密度測(cè)井，伽馬射線測(cè)井、聲波測(cè)井、井徑測(cè)井等測(cè)井作業(yè)。(4)報(bào)廢井的封堵作業(yè)。(2)補(bǔ)注水泥(水錐和氣錐)。 (6)鉆塞當(dāng)通過(guò)連續(xù)油管循環(huán)液體不能沖洗出致密的砂層、水泥、水銹以及各固體填充物時(shí)，可用連續(xù)油管帶動(dòng)井下小型動(dòng)力鉆具來(lái)鉆開(kāi)堵塞物，這是一種很有效的方法。(4)壓井通過(guò)連續(xù)油管循環(huán)注清水、鹽水或壓井液是一種已被證實(shí)了的壓井方法。（3）酸化一般油井投產(chǎn)時(shí)，必須對(duì)油井中封隔器以下或射孔井段進(jìn)行酸化處理。(2)清蠟連續(xù)油管作業(yè)機(jī)同熱油熔蠟車(chē)配套使用，循環(huán)熱水、油或循環(huán)清蠟劑以溶解蠟垢物質(zhì)，效果很好。(1)沖砂洗井連續(xù)油管最常見(jiàn)的用途之一是將殘存在生產(chǎn)油管或套管中的砂粒、泥漿和其它巖屑沖洗出來(lái)。調(diào)查表明，隨著。表 2 一 1 欽合金鋼連續(xù)油管機(jī)械性能級(jí)別 屈服強(qiáng)度(Mpa) 抗拉強(qiáng)度(Mpa) 延伸率(%)2 級(jí) 276 345 2012 級(jí) 480 550 18Beta 一 C 級(jí)級(jí) 967 1036 12除上述的三種連續(xù)油管外，近年來(lái)，國(guó)外還研制出了玻璃纖維和碳素纖維等復(fù)合材料的連續(xù)油管，其重量和防耐腐蝕性能均優(yōu)于欽合金鋼連續(xù)油管，但由于存在制造成本高及維護(hù)保養(yǎng)困難等相關(guān)問(wèn)題，估計(jì)在短時(shí)間內(nèi)還不能推廣應(yīng)用。(3)欽合金鋼連續(xù)油管欽合金連續(xù)油管具有重量輕、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。(2)鉻鋁合金鋼連續(xù)油管此種連續(xù)油管的屈服強(qiáng)度為 690 一 760MPa，一般要比碳鋼連續(xù)油管高出40%。根據(jù)國(guó)外有關(guān)連續(xù)油管的報(bào)道資料，目前從鋼材大體可分三類(lèi)?？刂婆_(tái)上安裝有用于控制和監(jiān)控連續(xù)油管設(shè)備部件的控制器和儀表 。井口防噴器，即 BOP 系統(tǒng)，用于防噴。(3)承受整個(gè)連續(xù)油管的重量。圖 2 一 1 液動(dòng)連續(xù)油管設(shè)備的機(jī)械組成連續(xù)油管下管機(jī)頭的三個(gè)基本功能為:(1)為連續(xù)油管下井提供推力，以克服井內(nèi)壓力和井筒摩擦力。(5)控制臺(tái)。(3)井口防噴器。連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的基本部件如下:(1)連續(xù)油管下管機(jī)頭。其基本功能是在進(jìn)行連續(xù)油管作業(yè)時(shí)，起下連續(xù)油管柱，作業(yè)完成后將起出的連續(xù)油管卷繞在卷筒上以便運(yùn)輸。為了我國(guó)引進(jìn)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用好連續(xù)油管，研究連續(xù)油管疲勞壽命是石油工業(yè)界當(dāng)務(wù)之急的問(wèn)題?？傊芯?、開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用連續(xù)油管疲勞壽命試驗(yàn)裝置技術(shù)，更好地為油田生產(chǎn)服務(wù)，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。加上缺乏必要的試驗(yàn)裝置,使國(guó)內(nèi)在這方面的數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有。對(duì)連續(xù)管的疲勞壽命預(yù)測(cè)、可靠性進(jìn)行了一些研究,但主要集中在預(yù)測(cè)疲勞壽命的理論研究階段。國(guó)內(nèi)遼河、新疆等油田稠油資源豐富，采用連續(xù)油管鉆井技術(shù)鉆短半徑多??9,10層多側(cè)向水平井開(kāi)采具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅有利于防止邊水水竄和底水推進(jìn)，更有利于提高單井產(chǎn)量和采收率。利用連續(xù)油管進(jìn)行老井重入，為油公司提供了利用現(xiàn)有井筒開(kāi)采其他儲(chǔ)層及深部?jī)?chǔ)層的機(jī)會(huì)，并可以達(dá)到提高井的產(chǎn)量、減少邊底水的錐進(jìn)、重新構(gòu)造二次及三次采油過(guò)程中的泄流形式等目的，同時(shí)節(jié)省了打新井的鉆井、完井投入。連續(xù)油管也可以用來(lái)在現(xiàn)有井中開(kāi)窗側(cè)鉆、取心或電測(cè)、下尾管并固井、沖洗作業(yè)等。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(jì)的作業(yè)手段，能夠大大降低作業(yè)成本和對(duì)作業(yè)環(huán)境的損害。 研究連續(xù)油管疲勞壽命的意義根據(jù)國(guó)外發(fā)展方向，采用連續(xù)油管技術(shù)進(jìn)行水平井欠平衡鉆井將成為油田增產(chǎn)、難動(dòng)用儲(chǔ)量開(kāi)采和提高最終采收率的主導(dǎo)技術(shù)。(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。對(duì)連續(xù)油管的機(jī)械物理性能、應(yīng)力、井下壓力等研究較少，現(xiàn)場(chǎng)人員還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)研究的重要性。宋印生等在對(duì)連續(xù)管的彎曲拉應(yīng)力、徑向應(yīng)力、周向應(yīng)力以及等效應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,建立了連續(xù)管疲勞壽命預(yù)測(cè)模型等。西南石油大學(xué)林元華等對(duì)連續(xù)管載荷、工作力學(xué)特性及水力學(xué)特性及殘余應(yīng)變的連續(xù)管井下屈曲行為理論進(jìn)行了研究。江漢石油學(xué)院鐘守炎等根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)用 TableCurve3D 軟件建立了連續(xù)管直徑增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型。西安石油大學(xué)朱小平探討連續(xù)管在反復(fù)卷繞彎曲條件下的疲勞壽命問(wèn)題,給出連續(xù)管卷繞彎曲疲勞壽命計(jì)算方法,并討論卷繞卷筒半徑和油管尺寸對(duì)連續(xù)管壽命的影響。國(guó)內(nèi)開(kāi)展連續(xù)管技術(shù)和裝備的研究與開(kāi)發(fā)始于 20 世紀(jì) 90 年代初,主要由中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所承擔(dān)。認(rèn)為對(duì)連續(xù)管的實(shí)際工作壽命,必須在理論估計(jì)壽命的基礎(chǔ)上乘上一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù),如工作腐蝕系數(shù)、連續(xù)管的屈服強(qiáng)度補(bǔ)償系數(shù)、壽命估計(jì)可靠性系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)。研究認(rèn)為,由壓力引起的靜剪切應(yīng)力分量對(duì)疲勞壽命的影響是非線性的,因此傳統(tǒng)的失效理論己不適于描述或估計(jì)連續(xù)管的壽命,于是提出了基于以等效應(yīng)變作為主應(yīng)變的失效準(zhǔn)則,建立了連續(xù)管的壽命預(yù)測(cè)模型。利用修正的Goodman 方程或基于特定材料數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式,可將等效單軸平均應(yīng)力失效循環(huán)周次轉(zhuǎn)換成等效完全滯后失效循環(huán)周次。Collins 提出了等效應(yīng)力和等效總應(yīng)變幅的概念。此外,國(guó)外還開(kāi)展了對(duì)連續(xù)管低周疲勞預(yù)測(cè)模型的研究。同一種的材料、管徑、加工及熱處理工藝下,當(dāng)環(huán)向應(yīng)力相等兩種管徑的失效次數(shù)幾乎是相同的。1991 年美國(guó)西南管材公司對(duì)油田常用的 1. 25in()的連續(xù)管不同的材質(zhì),熱處理方法,內(nèi)壓和壁厚做了實(shí)驗(yàn)。八十年代后期至九十年代,國(guó)外一些連續(xù)管制造商進(jìn)行大量理論和試驗(yàn)研究工作,建立了連續(xù)管壽命預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)模型,可以較好預(yù)測(cè)連續(xù)管的疲勞壽命。從七十年代末到八十年代初，連續(xù)油管制造商對(duì)連續(xù)油管的牽引起下和卷繞設(shè)備的設(shè)計(jì)及操作規(guī)范做了許多改進(jìn)，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 。自連續(xù)油管問(wèn)世以來(lái)，國(guó)外就對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行了研究。三十多年，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究，取得了許多有益的進(jìn)展。深度指示位置不準(zhǔn)確。排管器離合器的摩擦片失效。注入頭驅(qū)動(dòng)主軸被折斷或鏈條張緊軸被折斷。連續(xù)油管被皺折或癟脹。連續(xù)油管表面有砂眼、凹坑、劃痕或連續(xù)油管泄漏。從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，雖然我國(guó)引用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的時(shí)間較早，但多年來(lái)，由于缺乏必要的技術(shù)交流，國(guó)內(nèi)目前對(duì)這項(xiàng)技術(shù)及其工藝掌握得并不十分透徹，又加上連續(xù)油管作業(yè)配套工具不齊全，以及沒(méi)有一批經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)的熟練操作者，致使這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用情況不理想，影響了連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中普及和推廣應(yīng)用。連續(xù)油管作業(yè)在我國(guó)油田受到普遍歡迎?？偟膩?lái)講，國(guó)內(nèi)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:沖砂洗井、鉆橋塞、氣舉、注液氮、清蠟、排液、擠酸和配合測(cè)試。大慶油田自 1985 年引進(jìn)連續(xù)油管作業(yè)裝置以來(lái)，共在百余口井中進(jìn)行了修井等多種井下作業(yè)，主要用于氣舉、清蠟、洗井、沖砂、擠水泥封堵和鉆水泥塞等。目前，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)共有引進(jìn)的連續(xù)油管作業(yè)機(jī) 21 臺(tái)，主要分布在四川、大慶、長(zhǎng)慶、勝利、華北、中原、吉林、新疆、遼河、吐哈、大港、河南和克拉瑪依等油田，詳細(xì)分布見(jiàn)表 1 一 1。為了加強(qiáng)連續(xù)油管技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論和工藝研究，美國(guó)石油學(xué)會(huì)每隔兩年都要舉行一次連續(xù)油管技術(shù)應(yīng)用成果發(fā)布會(huì)。此后，又在墨西哥灣及其它地區(qū)安裝了幾條類(lèi)似的管線。1992 年后期，在普拉德霍灣油田西部作業(yè)區(qū)，用裝有可纏繞式氣舉閥、外徑為 的連續(xù)油管對(duì)一口油井進(jìn)行氣舉完井作業(yè)成功，開(kāi)創(chuàng)了連續(xù)油管可纏繞式氣舉完井作業(yè)的先例。至 1993 年，全世界共用連續(xù)油管打出 37 口試驗(yàn)井，其中 41%是側(cè)鉆水平井，27%為垂直加深井，32% 是新鉆井。 (2)新開(kāi)發(fā)的作業(yè)項(xiàng)目迅速增加1991 年 l 月，法國(guó) Efl 公司在巴黎盆地用連續(xù)油管對(duì)現(xiàn)有一口直井進(jìn)行第二次鉆井加深試驗(yàn)成功。在加拿大和美國(guó)，僅在 1992 年安裝的連續(xù)油管就達(dá) 700 條。在北海 Magnus 油田，1990 年連續(xù)油管僅用于注氮舉升作業(yè)，到了 1993 年，該油田的連續(xù)油管作業(yè)項(xiàng)目己擴(kuò)展到諸如負(fù)壓射孔和過(guò)油管射孔、磨銑積垢、打水泥塞封堵層段及封堵報(bào)廢井、洗井等七種項(xiàng)目，作業(yè)項(xiàng)目比 1990 年增加了 7 倍，作業(yè)次數(shù)僅 1991 年就是1990 年的 4 倍 。連續(xù)油管常規(guī)的作業(yè)項(xiàng)目穩(wěn)步發(fā)展，新開(kāi)發(fā)的作業(yè)項(xiàng)目迅速增加。目前，世界上幾大主要連續(xù)油管與連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的制造廠商均集中在美國(guó)，它們是精密油管技術(shù)公司(Precision Tube Technology)、優(yōu)質(zhì)油管公司(QualityTubing Inc)和西南管材公司(Southwesten Pipe Inc)三大連續(xù)油管制造公司及 Bowen， Hydra Rig(1991 年與 Drexel 公司合并)和 Otis 等連續(xù)油管作業(yè)機(jī)制造公司 。至今，連續(xù)油管作業(yè)已涉及鉆井、完井、試油、采油、修井和集輸?shù)榷鄠€(gè)作業(yè)領(lǐng)域。至 1993 年底，全世界在用的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)數(shù)量已達(dá) 561 臺(tái)，連續(xù)油管的年消耗量達(dá) 426 萬(wàn)米，連續(xù)油管的最大作業(yè)深度達(dá) 7125m，并且更大直徑的連續(xù)油管不斷問(wèn)世。80 年代后期，外徑為 mm 和 的連續(xù)油管相繼問(wèn)世。 1983 年，在阿拉斯加，連續(xù)油管開(kāi)始被用于擠注水泥作業(yè)。隨著鋼材材質(zhì)和管材制造技術(shù)的改進(jìn)，以及連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備性能的不斷更新，各連續(xù)油管制造廠商抓緊時(shí)機(jī)，不斷開(kāi)發(fā)新的連續(xù)油管投入市場(chǎng)應(yīng)用。與此同時(shí)，美國(guó)連續(xù)油管制造廠商也開(kāi)始投入力量改進(jìn)連續(xù)油管制造技術(shù)，并于 1978 年開(kāi)發(fā)出外徑 的連續(xù)油管。進(jìn)入 70 年代后，由于連續(xù)油管焊縫失效、設(shè)備故障及井下連續(xù)油管作業(yè)事故增多等多種綜合因素，人們開(kāi)始對(duì)連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的可靠性及安全性持懷疑態(tài)度，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)的發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。這一期間，連續(xù)油管主要用于淺井作業(yè)。至 70 年代初，已有 200 多臺(tái)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)廣泛用于油、氣井的清砂和注氮作業(yè) 。1967 年，波紋石油工具公司研制出 12 臺(tái)“5M”型連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，使用外徑為 的連續(xù)油管，其提升能力為 。 在連續(xù)油管的發(fā)展過(guò)程中，其應(yīng)用裝備也隨著不斷發(fā)展和完善。到了