連續(xù)管鉆井技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

蘇瑞臻 袁孝春 羅海全 楊雙寶

（1.中國(guó)石油川慶地球物理勘探公司，四川 成都 610213；2.中國(guó)石油塔里木油田庫(kù)車(chē)勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

連續(xù)管鉆井技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

蘇瑞臻1袁孝春2羅海全2楊雙寶2

（1.中國(guó)石油川慶地球物理勘探公司，四川 成都 610213；2.中國(guó)石油塔里木油田庫(kù)車(chē)勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

近年連續(xù)管鉆井系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家逐步得到了改進(jìn)和完善。該系統(tǒng)在實(shí)施鉆井的過(guò)程中能夠較好地解決常規(guī)鉆井難以解決的儲(chǔ)層污染問(wèn)題，同時(shí)能夠簡(jiǎn)化作業(yè)工序、提高效率、縮短工期、降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本，在歐洲和北美得到了很好地應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)的油氣開(kāi)發(fā)已面向開(kāi)采難度較大的致密巖層、頁(yè)巖儲(chǔ)層以及老井加深鉆井和儲(chǔ)層挖潛，對(duì)連續(xù)管鉆井有較大的潛在需求，但國(guó)內(nèi)連續(xù)管技術(shù)起步較晚，連續(xù)管鉆井工作尚未開(kāi)展，急需引進(jìn)、開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。

連續(xù)管鉆 井鉆井技術(shù) 儲(chǔ)層挖潛 鉆井效率

0 引言

2010-2013年，國(guó)內(nèi)外多個(gè)老油田向承擔(dān)國(guó)內(nèi)和國(guó)外石油工程服務(wù)的企業(yè)提出了采用連續(xù)管實(shí)施開(kāi)窗側(cè)鉆井和加深鉆井的需求，但由于目前國(guó)內(nèi)的石油工程服務(wù)企業(yè)還不具備采用連續(xù)管鉆井系統(tǒng)實(shí)施鉆井的能力，因此最終只能放棄。作為油田公司，或者采用常規(guī)的鉆井方式以高額的代價(jià)實(shí)施開(kāi)采，但如果產(chǎn)出無(wú)法得到保障，將得不償失。伴隨著連續(xù)管鉆井技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)管鉆井將在某些區(qū)域或某些特定條件下取代常規(guī)鉆井技術(shù)，將催生鉆井技術(shù)的革命，因此連續(xù)管鉆井系統(tǒng)成為人們極需了解和掌握的熱門(mén)技術(shù)。

1 連續(xù)管鉆井系統(tǒng)的發(fā)展和構(gòu)成

1.1 連續(xù)管鉆井系統(tǒng)的發(fā)展

自1962年California石油公司與Bowen工具公司聯(lián)合研制的第一臺(tái)連續(xù)管輕便修井機(jī)應(yīng)用于石油工業(yè)［1-2］，到現(xiàn)在已有52年的歷史，從連續(xù)管一誕生人們就在探討將其用于鉆井服務(wù)。連續(xù)管鉆井的概念和優(yōu)點(diǎn)早在50年前就已被人們所認(rèn)識(shí)，據(jù)記載，1964年RoyH.CullenResearch公司研制了一套連續(xù)管鉆井系統(tǒng)，該系統(tǒng)由連續(xù)管和復(fù)合的電纜組成，外徑為66.68mm，能循環(huán)鉆井工作液和向井下電馬達(dá)傳送電信號(hào)。采用該系統(tǒng)在德克薩斯州Marble Falls采石場(chǎng)的花崗巖地層上鉆了一口直徑為120.65 mm，深度為304.8m的試驗(yàn)井。20世紀(jì)90年代初，法國(guó)Elf公司利用連續(xù)管技術(shù)進(jìn)行老井加深，美國(guó)Oryx公司利用連續(xù)管技術(shù)側(cè)鉆水平井以及Ensco公司利用連續(xù)管技術(shù)進(jìn)行欠平衡鉆井試驗(yàn)的成功，極大地推動(dòng)了連續(xù)管鉆井技術(shù)的發(fā)展。連續(xù)管鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)成本低、效率高、安全可靠的鉆井新技術(shù)，成為鉆井領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)。至2003年，連續(xù)管鉆井?dāng)?shù)達(dá)到7000多口。近年來(lái)，每年連續(xù)管鉆井?dāng)?shù)在750～850口，其中包括老井側(cè)鉆定向井和新鉆淺直井。2005年，全球連續(xù)管服務(wù)收益比2004年增長(zhǎng)27%，達(dá)到16.84億美元，其中連續(xù)管鉆井占連續(xù)管服務(wù)市場(chǎng)的15%，其增長(zhǎng)速度明顯快于連續(xù)管在其他服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。在加拿大，從2006年起采用連續(xù)管鉆井的數(shù)量超過(guò)了1000口,2007年在淺井作業(yè)中采用連續(xù)管鉆井的比例達(dá)到27%，2008年這一比例達(dá)到了32%，這使得加拿大成為了采用連續(xù)管鉆井最活躍的國(guó)家。美國(guó)也對(duì)連續(xù)管鉆井技術(shù)表現(xiàn)出極大的興趣，據(jù)估計(jì)美國(guó)每年有4000～5000口井適

合采用連續(xù)管鉆井。

1.2 連續(xù)管鉆井系統(tǒng)的構(gòu)成

1）連續(xù)管系統(tǒng)。連續(xù)管作業(yè)設(shè)備與傳統(tǒng)的鉆機(jī)和修井機(jī)不同，它將常規(guī)的無(wú)數(shù)根9m左右長(zhǎng)的鉆桿或油管變成了一根連續(xù)不斷的、無(wú)接箍的、單根工作管串，像電纜一樣用一個(gè)工作滾筒來(lái)容納、固定和運(yùn)載，該工作滾筒在施工中具有收和放連續(xù)管的功能，入井的一端連接井下工具串，實(shí)施井下作業(yè)，管串通過(guò)注入頭的操控實(shí)現(xiàn)起下作業(yè)，地面的一端在工作滾筒的最里面，通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎頭與泵注設(shè)備始終相連，在起下連續(xù)管的過(guò)程中可保持不間斷的工作液循環(huán)。不像傳統(tǒng)的鉆機(jī)，在增減管柱的時(shí)候，必須停止泵注工作液，使得井下的工作情況變得復(fù)雜，不好控制。這是連續(xù)管設(shè)備的一大優(yōu)勢(shì)，使其帶壓施工作業(yè)變得簡(jiǎn)單易控制，因此連續(xù)管設(shè)備具有較好的帶壓和欠平衡施工能力。整個(gè)系統(tǒng)由液壓元件來(lái)操控，安全性和自動(dòng)化程度較高，近年隨著干式操作系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，加速了連續(xù)管控制系統(tǒng)向自動(dòng)化和程序化發(fā)展的步伐，自動(dòng)司鉆就是其代表。

2）提升系統(tǒng)。在連續(xù)管開(kāi)展鉆井作業(yè)的初期，注入頭井口支撐塔架和基座的作用主要是對(duì)注入頭的支撐。但隨著連續(xù)管鉆機(jī)的發(fā)展和連續(xù)管復(fù)合鉆機(jī)的出現(xiàn)，注入頭井口支撐塔架和基座開(kāi)始向多功能復(fù)合井架方向發(fā)展。如圖1所示。

圖1 注入頭井口支撐塔架和基座圖

3）井控系統(tǒng)。在鉆井過(guò)程中，防噴器組是用來(lái)有效控制井內(nèi)壓力的，是預(yù)防和防止井噴事故發(fā)生的專(zhuān)用設(shè)備。在連續(xù)管欠平衡鉆井作業(yè)中，防噴器的重要性更加突出。通常需要配備兩套防噴器組，一套用于連續(xù)管，另一套用于井底鉆具組合。用于連續(xù)管的典型防噴器組由防噴盒、全封閘板、剪切閘板、卡瓦閘板、半封閘板、帶隔離閥的壓井管匯四通等組成。用于井底鉆具的典型防噴器組由環(huán)形防噴器、全封閘板、半封閘板和帶有隔離閥的鉆井四通等組成。如圖2所示。

圖2 連續(xù)管鉆井用井控防噴器組圖

4）井下鉆具組合和導(dǎo)向系統(tǒng)。井下鉆具組合（圖3）和導(dǎo)向系統(tǒng)是連續(xù)管實(shí)現(xiàn)定向鉆井的核心［3］，通過(guò)隨鉆測(cè)井儀器得到的井底信息來(lái)控制井底鉆具

的方向和角度，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡在控制中鉆進(jìn)。①BHA底部鉆具組合。一般情況由連續(xù)管連接器、止回閥（或稱(chēng)單向閥）、釋放器（丟手）、循環(huán)接頭、非轉(zhuǎn)動(dòng)連接器、定向器和均衡接頭、鉆鋌、泥漿馬達(dá)、鉆頭等構(gòu)成。②MWD隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。隨鉆測(cè)量系統(tǒng)是連續(xù)管鉆井BHA的重要組成部分，用于在鉆進(jìn)條件下實(shí)現(xiàn)定向數(shù)據(jù)、地層參數(shù)和井下鉆井參數(shù)的測(cè)量與傳輸。由井底向上傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)，通常有兩種方法：①鉆井作業(yè)采用單相鉆井液，則利用鉆井液脈沖系統(tǒng)傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)；②鉆井作業(yè)采用兩相鉆井液（含有可壓縮性氣體），則利用連續(xù)管電纜系統(tǒng)傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于欠平衡鉆井，后者更理想，因?yàn)樗皇茔@井液類(lèi)型的影響。測(cè)量?jī)x器安裝在無(wú)磁鉆鋌中，構(gòu)成MWD系統(tǒng)。其中的伽馬傳感器用于地質(zhì)跟蹤和深度控制，電阻率傳感器用于避開(kāi)水層。

圖3 連續(xù)管井井底鉆具組合圖

5）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。將鉆機(jī)作業(yè)關(guān)鍵參數(shù)加以監(jiān)測(cè)和記錄，用于監(jiān)控連續(xù)管柱的剩余疲勞壽命，用于編寫(xiě)鉆井報(bào)告或用于為鄰井選擇鉆井工藝技術(shù)和設(shè)備，包括連續(xù)管設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、鉆井參數(shù)和隨鉆測(cè)井的地質(zhì)參數(shù)等。

6）地面回壓控壓流程和壓井控制管匯。地面回壓控壓流程在保證井內(nèi)液柱壓力的情況下動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井口壓力和井控的安全方面具有重要的意義。壓井控制管匯是一套備用系統(tǒng)，當(dāng)井內(nèi)壓力有失控的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，通過(guò)該流程實(shí)施壓井作業(yè)，保證作業(yè)井的安全。

7）三相分離器、油氣回收裝置和放噴點(diǎn)火系統(tǒng)。三相分離器是連續(xù)管鉆井對(duì)返出流體進(jìn)行控制的部件，將流體的固、液、氣三相實(shí)施分離，一般在該裝置之前會(huì)加裝一個(gè)除砂器，以保證三相分離器處于長(zhǎng)期正常的工作狀態(tài)。在發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)隨鉆液排出的原油和天然氣使用了回收系統(tǒng)，以提高地層油氣的利用率，但相應(yīng)的成本會(huì)增加。放噴點(diǎn)火系統(tǒng)一般是針對(duì)不可回收或沒(méi)有加裝井內(nèi)油氣回收系統(tǒng)的情況，將從井內(nèi)返出的油氣點(diǎn)火燃燒掉。

8）固控系統(tǒng)。連續(xù)管鉆井的固控系統(tǒng)與常規(guī)鉆井的循環(huán)系統(tǒng)相同，由用于固控的一個(gè)或多個(gè)液罐、振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)、泥漿泵和相應(yīng)的管匯組成。固控能將鉆井液的密度和黏度維持在施工需要的范圍內(nèi)。一般連續(xù)管鉆井時(shí)的井眼尺寸較小，則其鉆井液的性能指標(biāo)比常規(guī)鉆井要低，鉆井液處理系統(tǒng)的處理能力也要比常規(guī)處理系統(tǒng)的能力小。

9）泵送系統(tǒng)。泥漿泵送循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)鉆井時(shí)相似，但由于連續(xù)管管串的摩阻較大，要求泵的承壓能力會(huì)較高。

10）鉆井液體系。在進(jìn)行連續(xù)管鉆井時(shí)，可選用任何能與正向螺桿馬達(dá)的定子所用橡膠材料配伍的鉆井液體系，但必須考慮所用液體能夠減小作業(yè)系統(tǒng)的摩阻損失，同時(shí)還具有良好的環(huán)空攜帶能力和對(duì)地層的低傷害等性能。使用充氣鉆井液（或泡沫鉆井液）可減小靜水柱壓力，提高環(huán)空攜帶能力。

2 連續(xù)管鉆井技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

2.1 在石油工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展

目前世界石油鉆井技術(shù)主要向著有利于發(fā)現(xiàn)新油氣藏、對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)、提高油氣田采收率和自動(dòng)化鉆井的趨勢(shì)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、低成本開(kāi)發(fā)油氣藏的目的。連續(xù)管鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)也符合了世界鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展潮流，主要體現(xiàn)在管徑向大的方向發(fā)展和控制向智能化方向發(fā)展兩個(gè)方面。大直徑連續(xù)管鉆井能力強(qiáng)，所需要的循環(huán)泵壓低，這有利于獲得更快的機(jī)械鉆速和更好的清巖效果。在連續(xù)管鉆井早期主要采用50.8mm連續(xù)管和73.0mm井底鉆具組合。后來(lái)出現(xiàn)了60.3mm連續(xù)管和88.9 mm底部鉆具組合鉆120.6mm井眼，然后再發(fā)展到采用73.0mm連續(xù)管和120.6mm底部鉆具組合鉆158.8 mm井眼。目前，88.9mm連續(xù)管已經(jīng)逐漸成為了連續(xù)管鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

連續(xù)管通過(guò)內(nèi)置電纜，能實(shí)現(xiàn)井底和地面的雙向信息高速傳送。如果配備動(dòng)力電纜則可以通過(guò)電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)和控制鉆頭定向，更容易實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的隨鉆測(cè)量和閉環(huán)控制?，F(xiàn)在連續(xù)管鉆井裝備大量采用交流變頻和PLC控制技術(shù)，如復(fù)合頂驅(qū)連續(xù)管鉆機(jī)采用了交流變頻驅(qū)動(dòng)的注入頭、頂驅(qū)、泥漿泵和絞車(chē)等設(shè)備，使得連續(xù)管鉆機(jī)控制更容易實(shí)現(xiàn)信息化、智能化和自動(dòng)化鉆井。

2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和發(fā)展

與國(guó)外成熟的連續(xù)管鉆井技術(shù)形成較大反差，國(guó)內(nèi)連續(xù)管應(yīng)用較晚。1978年四川石油管理局井下作業(yè)處引進(jìn)了美國(guó)波溫公司的一臺(tái)管徑25.4mm，長(zhǎng)度為3200m的連續(xù)管設(shè)備，這是我國(guó)引進(jìn)的第一臺(tái)連續(xù)管設(shè)備。連續(xù)管現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)的發(fā)展是在20世紀(jì)90年代末，即從1998年四川石油管理局井下作業(yè)公司組建連續(xù)管專(zhuān)業(yè)化作業(yè)隊(duì)伍后才開(kāi)始有了一定的發(fā)展，在2003年，四川石油管理局井下作業(yè)公司的連續(xù)管技術(shù)專(zhuān)家曾提出發(fā)展連續(xù)管鉆井技術(shù)，但未能得到有效的支持。直到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)的連續(xù)管鉆井技術(shù)仍處在技術(shù)探索的初期，尚未應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)。值得慶幸的是，在近幾年，國(guó)內(nèi)的中國(guó)石油和幾家民營(yíng)企業(yè)已向連續(xù)管鉆井技術(shù)投入研發(fā)力量。隨著中國(guó)石油工業(yè)技術(shù)力量的不斷增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)連續(xù)管鉆井技術(shù)會(huì)得到較快的發(fā)展和應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，連續(xù)管鉆井技術(shù)，包括鉆井系統(tǒng)和工藝技術(shù)正處在進(jìn)一步發(fā)展、完善和推廣的階段，它之所以能快速地發(fā)展和推廣，主要由于它具有成本低、操作安全、利于環(huán)保、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上具有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力，在定向鉆井和欠平衡鉆井方面處于技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位。連續(xù)管鉆井技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)、高效開(kāi)采各種油氣藏，加深鉆井、老井側(cè)鉆、鉆淺井的重要技術(shù)手段，體現(xiàn)了國(guó)際石油鉆井技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)，連續(xù)管鉆機(jī)必將成為21世紀(jì)的主要鉆井裝備。

［1］單代偉，劉清友，陳俊，等.連續(xù)油管鉆機(jī)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39（5）：79-83.

［2］劉海浪.小井眼和連續(xù)油管技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1998.

［3］美國(guó)石油工程師學(xué)會(huì).連續(xù)油管技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

（編輯：李臻）

B

2095-1132（2014）04-0031-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.009

修訂回稿日期：2014－07－14

蘇瑞臻（1989－），實(shí)習(xí)員，從事儀表技術(shù)工作。E-mail：spacm@sina.com。