連續(xù)管鉆井技術(shù)及其設(shè)備

宋云

摘 要：本文分析了連續(xù)管鉆井技術(shù)、應(yīng)用及其設(shè)備。特別是重入鉆井、新鉆直井和欠平衡鉆井中的應(yīng)用。連續(xù)管鉆井裝備組成、連續(xù)管主要裝置，連續(xù)油管材料及其制造工藝。

關(guān)鍵詞：連續(xù)管;鉆井技術(shù);鉆井裝備;材料;制造工藝

中圖分類號： TE249 ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-182-2

1 ?連續(xù)管鉆井技術(shù)現(xiàn)狀

連續(xù)管鉆井（Coiled Tubing Drilling，CTD）是一種采用連續(xù)管完成鉆井的技術(shù)。自20世紀(jì)90年代初獲得成功。近年來成為熱門鉆井新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于海上和陸地油田，作業(yè)范圍包括鉆井、修井、完井、試采油等。隨著連續(xù)管材料和制造工藝的發(fā)展進步，特別是連續(xù)自動焊接，連續(xù)高頻淬火工藝的進步，使得連續(xù)管成本大幅度降低、壽命進一步提高，現(xiàn)場大范圍內(nèi)廣泛使用成為可能?？煽啃愿叩母邚姸却笾睆竭B續(xù)管產(chǎn)生、小直徑容積式馬達研制成功、先進的定向工具及測量系統(tǒng)和金剛石鉆頭的問世，有力地推動了連續(xù)管鉆井技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。連續(xù)管鉆井按鉆井的類型分，有直井、定向井、水平井;按工藝方式分類，欠平衡壓力鉆井、平衡壓力鉆井和過平衡壓力鉆井三種。單從技術(shù)難度來看，鉆直井并不需要特殊的工藝設(shè)備。經(jīng)濟可行性的連續(xù)管鉆井，主要包括重入鉆井、新鉆直井和欠平衡鉆井三大鉆井。

1.1 連續(xù)管重入鉆井

連續(xù)管重入鉆井有兩種方式作業(yè)，直井加深作業(yè)和側(cè)鉆水平井及多分支井作業(yè)。小直徑連續(xù)管多進行過油管側(cè)鉆，因不需起下油管，可顯著地降低鉆井成本。

1.2 連續(xù)管新鉆直井

連續(xù)管新鉆直井應(yīng)用范圍，一般指淺層油氣藏和煤層氣的開發(fā)。用連續(xù)管作業(yè)特點是：鉆井速度快，作業(yè)也機動靈活輕便、動遷性能特別好。一般來講，連續(xù)管新鉆直井成本是常規(guī)鉆井降低2/3左右，或許更低都有可能。

1.3 連續(xù)管欠平衡鉆井

連續(xù)管作業(yè)不需要接單根，是連續(xù)管作業(yè)的最大特點，且在防噴器組的協(xié)助下，井口壓力控制可高達70 MPa，使井口欠平衡作業(yè)成為可能，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的欠平衡作業(yè)。欠平衡連續(xù)管鉆井的另一好處是，對壓力遞減儲層、衰竭產(chǎn)層和酸性氣體井非常有效。

1.4 連續(xù)管鉆井的優(yōu)點

①使用地面設(shè)備相對少，井場占地也小許多，減少了對周圍環(huán)境的不良影響，井場建設(shè)和維護費用得到降低，同時設(shè)備搬遷成本也低，效率更高;②老井重鉆作業(yè)中，能進行過油管作業(yè)，成本降低非常明顯，使許多沒有價值老井有了開發(fā)的價值; ③能進行真正的欠平衡鉆井作業(yè)，對保護油氣層非常有效，還能提高鉆進速度;④如用連續(xù)管進行小井眼鉆井，能顯著地降低作業(yè)成本;⑤連續(xù)管作業(yè)不需接單根，是連續(xù)管作業(yè)的最大亮點，縮短純鉆進時間，對井控是非常有利的，安全性更高;另外，起下鉆作業(yè)時，要進行連續(xù)循環(huán)泥漿，能有效地防止井噴事故，這是連續(xù)管作業(yè)的另一亮點;⑥在連續(xù)管內(nèi)可以通電纜，實現(xiàn)隨鉆隨測，這對采用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)鉆是有益的。

2 ?連續(xù)管鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢

①使用變直徑或變壁厚的錐形連續(xù)管作業(yè)，因管部下部較輕，能讓連續(xù)管下到更深的井段;②地面設(shè)備的使用，要根據(jù)作業(yè)用途、工況和道路狀況的差異性與特殊性，因地制宜，突顯個性化;③更先進的電動連續(xù)管鉆井系統(tǒng)，井底電動鉆具總成是最核心的部件，優(yōu)點之一是，鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆井液流量無關(guān)，有利于使用更合適的流量循環(huán);④微小井眼鉆井，是連續(xù)管鉆井絕無僅有的本領(lǐng)。

3 ?連續(xù)管鉆井裝備

3.1 連續(xù)管作業(yè)的井下工具

包括：連續(xù)管接頭、非旋轉(zhuǎn)接頭、液壓斷開接頭、循環(huán)接頭、回壓閥、定向工具、隨鉆測量系統(tǒng)、井下馬達、磨鞋和鉆頭等工具。

3.2 連續(xù)管鉆井的地面設(shè)備

3.2.1 ?連續(xù)管鉆機

連續(xù)管鉆機是連續(xù)管鉆井的核心裝備，包括動力系統(tǒng)（動力源）、控制系統(tǒng)（電液控制）、注入頭裝置（力平衡）和連續(xù)管卷筒（盤管）等四大部分。主要有撬裝式、組合式兩大類型。

撬裝式鉆機主要用于海上平臺鉆井，該鉆機系統(tǒng)具有安裝快速、拆卸方便，操作靈活可靠、安全性高等優(yōu)點。

組合式鉆機與普通鉆機類似，主要包括連續(xù)管作業(yè)機、操作臺、井架、、注入頭動力機組及滾筒等組件。

3.2.2 ?泥漿循環(huán)系統(tǒng)

連續(xù)管鉆井中所選擇的泥漿要求高。第一，不能損壞泥漿馬達橡膠定子，第二，要最大限度地減少連續(xù)管內(nèi)的摩擦壓力損失，保證泥漿在環(huán)空中具有足夠的攜巖能力。

連續(xù)管鉆井所用的泥漿循環(huán)系統(tǒng)與小眼井鉆井所使用的泥漿循環(huán)系統(tǒng)大致相當(dāng)。同常規(guī)鉆井相比，其泥漿循環(huán)系統(tǒng)的容積要相對小一些。包括振動篩、除泥器、除砂器和離心機等裝備。

3.2.3 ?井控系統(tǒng)

井控系統(tǒng)是連續(xù)管鉆井中的井控設(shè)備，防止井噴事故發(fā)生，是專用的防噴器組，有獨立的儲能器和控制系統(tǒng)。

3.3 連續(xù)油管的主要裝置（圖1）

3.3.1 ?注入頭

注入頭是連續(xù)管鉆井地面裝備的最關(guān)鍵設(shè)備?；竟δ苁牵和ㄟ^液壓夾緊送進機構(gòu)平衡連續(xù)管在井筒內(nèi)的浮力、摩擦力以及高壓井的上頂力。同時，在不同井況下，能隨時控制連續(xù)管的起下速度，并能可靠地懸掛油管。

3.3.2 ?盤管裝置

盤管裝置由筒芯和邊凸緣兩部分組成。卷筒的轉(zhuǎn)動由液壓馬達驅(qū)動，液壓馬達的作用是，在連續(xù)管起下時，對連續(xù)管保持足夠的拉力，使其規(guī)則整齊地密繞在卷筒上。在卷筒前上方裝有排管器和計數(shù)器，便于計量下井長度。卷筒所能纏繞連續(xù)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，還有對運輸設(shè)備的要求等。

3.3.3 ?連續(xù)管

連續(xù)管是一種高強度、高韌性的鋼管，是作業(yè)的工具，整齊密繞在滾筒上，外徑固定不變，但相對于常規(guī)鉆桿，其環(huán)空壓降要小得多。

3.4 連續(xù)管材料及其制造工藝

世界上主要的連續(xù)管制造廠商均集中在美國等西方發(fā)達國家，分別是精密油管技術(shù)公司、優(yōu)質(zhì)油管公司和西南管材公司，近幾年，國內(nèi)也有生產(chǎn)。連續(xù)管的直徑從12.7～168.4 mm有上百種規(guī)格;根據(jù)材質(zhì)和熱處理工藝不同，屈服強度為482.3 MPa到964.6MPa不等，用于不同作業(yè)的需要;單根長度可達9000m至多。但鉆井用連續(xù)管外徑主要為60.3 mm和73.0 mm，其他小直徑的多用于修井、完井、試采油作業(yè)。

連續(xù)油管的制造工藝本身就是連續(xù)作業(yè)，只不過是屬于機械制造行業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)線。首先，將鋼板按規(guī)格剪成連續(xù)的鋼條，通過對焊或斜焊變成連續(xù)鋼帶，并卷在卷盤上;逐漸打開卷盤上鋼帶，通過滾輪等成型工具軋制成管狀，并采用高頻電子加熱滾焊焊接成連續(xù)的管子;緊接著，對焊縫和整管進行連續(xù)高頻淬火、回火處理，并通過連續(xù)探傷設(shè)備檢測。檢測合格的連續(xù)管再次整齊密繞在另一卷盤上。最后整體試壓合格后，就可以出廠了。不過，在使用前需對連續(xù)管進行水壓試驗，水壓試驗合格方可投入使用。

4 ?結(jié)束語

隨著機械制造和液壓控制技術(shù)進一步的發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)的發(fā)展，將促進連續(xù)管鉆井更進一步的發(fā)展。集成化、模塊化、電力驅(qū)動將是發(fā)展的新方向，當(dāng)然離不開新材料、新工藝、電子技術(shù)的進步?？偟貋碚f，未來的連續(xù)管裝置體積更小、操作更方便、控制更智能、工作效率更高、維護費用更低、使用壽命更長。

參 考 文 獻

[1] Elsborg， C.C.，Graham， and R.A.，Eng，P.Large Diameter Coiled Tubing Drilling： Pushing The Envelope[J]. World Oils 4th International Conference and Exhibition on Coiled Tubing Technology，Houston，Texas，5-7，March，1996.

[2] ?海上油氣田完井手冊之連續(xù)油管在油田完井中的應(yīng)用[M].石油工業(yè)出版社.

[3] ?海上采油手冊之連續(xù)油管技術(shù)在采油修井作業(yè)中的應(yīng)用[M].石油工業(yè)出版社.