連續(xù)油管導向裝置專利技術綜述

周怡帆

摘要：導向裝置作為連續(xù)管鉆機中為連續(xù)油管導向的裝置，主要功能是引導或穩(wěn)定連續(xù)油管，隨著連續(xù)油管技術的發(fā)展，導向裝置也經過改進和創(chuàng)新，彌補了傳統(tǒng)導向裝置的缺點，現(xiàn)在已經發(fā)展為其可以與注入裝置結合，合二為一，通過注入輪實現(xiàn)導向和注入作用，導向裝置的導向效果直接影響到連續(xù)油管注入的注入速度和使用壽命。本文從專利文獻的角度，分析連續(xù)油管導向裝置的技術發(fā)展歷程，有助于審查員了解技術演變、國內外的發(fā)展現(xiàn)狀和案件的審查。

關鍵詞：導向裝置；連續(xù)油管；專利；技術發(fā)展

前言

連續(xù)油管（Coiled Tubing，簡稱CT）又稱撓性油管、盤管或柔管?，F(xiàn)代連續(xù)油管技術淵源于第二次世界大戰(zhàn)期間盟軍的/PLUTO0計劃，即跨越英吉利海峽的海底管線工程。該計劃完成后，盟軍在英國和法國之間輔設了一條穿越英吉利海峽、總長近49 000 m的海底輸油管線。40年代后期，有關連續(xù)油管的發(fā)明專利相繼發(fā)布，自1962年第一臺連續(xù)油管作業(yè)設備問世以來，目前全球擁有的連續(xù)油管作業(yè)設備近2000臺套左右，1972年，我國從Bowen公司引進首臺連續(xù)油管作業(yè)設備。連續(xù)油管作業(yè)最初用于下入生產油管內完成特定的修井作業(yè)（如洗井、打撈等）。到上世紀90年代，連續(xù)油管作業(yè)裝置已被譽為“萬能作業(yè)設備”，連續(xù)油管技術的應用也從單純的修井作業(yè)發(fā)展到鉆井、完井、測井以及增產作業(yè)等領域。

一、連續(xù)油管鉆機的導向裝置的工作原理

連續(xù)油管鉆井地面下部主要包括：連續(xù)油管和鉆具組合，其中鉆具組合包括：連續(xù)油管連接器、連續(xù)油管馬達頭總成、鉆鋌、螺桿鉆具和鉆頭；地面上部的導向裝置的典型結構就是鵝頸，主要包括支架和夾持輪。導向裝置的主要功能是在連續(xù)油管由滾筒隨動輸送至注入器上部入口之前為了保護連續(xù)油管受損和減少連續(xù)油管因引入注入器時的角度和力矩而受到額外載荷，即在注入器上部入口上設置導向裝置，引導連續(xù)油管的輸送方向。隨著技術的發(fā)展，關于導向裝置的分類越來越多，解決了許多常規(guī)作業(yè)技術和方式難以解決的問題，應用效果明顯，其分類主要包括由有鵝頸導向裝置、可折疊式導向裝置、輪式注入器以及導向機構與注入機構二者結合為一方便拆裝的輪式注入裝置等。

二、連續(xù)油管導向裝置的專利技術分析

2.1 全球申請量分析

總的申請趨勢呈現(xiàn)出不斷波動的狀態(tài)，美國的連續(xù)油管導向裝置技術水平較高，申請總量都遠超我國。國外專利的申請量從60年代第一臺連續(xù)油管作業(yè)設備問世以來，1995年以前每年申請量都少于5件，處于一個平穩(wěn)的發(fā)展期，1995年-2013年的申請量迅猛遞增進入了一個快速發(fā)展階段，該技術開始進入改進創(chuàng)新時期，2014年至今，進入了一個發(fā)展減緩階段，預示著帶有導向裝置的連續(xù)油管技術在技術改進和創(chuàng)新上進入發(fā)展瓶頸階段；其中，美國的申請量達到了國外申請總量的81%，而處于第二位的是英國只有6%，處于第三位的加拿大也只有4%；主要專利申請人包括斯倫貝謝公司、哈里伯頓公司、殼牌公司、尖嘴鯨鯊租賃公司、貝克休斯公司、通管解決方案公司等。我國在2000-2009年，每年申請量在0～8件；從70年代進入中國之后，2010年開始申請量迅猛增加，申請人主要是鉆井石油公司和高校；2012年至今，在國內的專利申請量占總申請量的大約50%，該技術領域的專利申請量開始進入穩(wěn)定的增長階段，預示著國內的連續(xù)油管技術在技術改進和創(chuàng)新上開始進入一個穩(wěn)定的發(fā)展階段，其中鉆井石油行業(yè)的企業(yè)或公司，占比高達79%，另外，大學和研究院所也是重要的申請人。

2.2 連續(xù)油管導向裝置的技術分支

目前的連續(xù)油管鉆機，一般導向裝置和注入裝置是二者分離的，為分離式導向裝置，其導向裝置安裝于注入裝置的上方，僅實現(xiàn)導向作用；隨著技術改善，根據實際的施工需要，另一種導向裝置是一體式導向裝置，其導向裝置和注入裝置一體的，同時實現(xiàn)注入和導向功能。

其中分離式導向裝置在目前的連續(xù)油管鉆機設備中存在很廣泛，呈拱形或輪式的，一般包括整體鵝頸式、可折疊鵝頸式、帶液壓壓緊裝置式的導向裝置等。整體鵝頸式為一個整體鋼體支架成型的鵝頸，通過螺栓固定于注入裝置的上端，對連續(xù)油管進行導向，容納撓性套管30的卷筒28安裝在襯板上，撓性套管30從卷筒28展開經拱形導向裝置31進入插入注入器頭20，經井口后進入鉆井；可折疊鵝頸式包括鵝頸前段及鵝頸后段，鵝頸前段通過鉸接銷軸與鵝頸后段連接，鵝頸前段上設有前段滾輪，鵝頸后段上設有后段滾輪及夾持限位機構[1]，且鵝頸前后兩端可旋轉地鉸接，使用限位銷進行限位，前段呈前段寬、后段窄的喇叭口結構，可折疊鵝頸式也有可折疊的拱形結構，通過伸縮液壓缸控制該鵝頸裝置12的折疊與伸縮，可分為獨立模塊進行運輸，鵝頸采用折疊式的結構，占據空間小，方便運輸與安裝；帶液壓壓緊裝置的導向裝置其導向拱裝置是可折疊的，其導向拱下段與導向拱上段通過接耳鉸接，為了增強了導向油管工作時的穩(wěn)定性，在導向拱上段、導向拱下段外圓周上配置有多組翻轉壓輪總成，且為了能夠根據實際需要調節(jié)翻轉壓輪總成對連續(xù)油管施加的力[2]。

但現(xiàn)有的分離式導向裝置，具有以下缺陷：（1）其導向機構和注入機構是分離設置的，作業(yè)過程中需要用專業(yè)吊裝設備對連續(xù)油管注入機構、導向機構進行現(xiàn)場安裝，影響了作業(yè)時效；（2）現(xiàn)有的連續(xù)油管注入機構是利用馬達通過鏈輪帶動兩個環(huán)形鏈條運動，其結構復雜，制作難度大，制造成本高（往往達到千萬元人民幣），由此，也增加了作業(yè)成本，間接地影響了連續(xù)油管工藝技術的推廣使用。

因此，隨著技術改善，一體式導向裝置的問世。目前現(xiàn)有的一體式導向裝置主要為輪式的，將導向功能和注入功能結合于一身，設施完整性好，解決了由于現(xiàn)有連續(xù)油管注入裝備的導向機構和注入機構分離，作業(yè)過程中需要對注入機構和導向機構進行現(xiàn)場安裝從而影響作業(yè)時效的問題；因不再需要連續(xù)油管導向機構，也降低了整體設備的制造成本，其結構簡單、制造成本低、安裝方便；當注入的連續(xù)油管作為生產功能通道使用時，該輪式連續(xù)油管注入裝置可以保留在井口，可以不將井口以外的連續(xù)油管截掉，進而提高連續(xù)油管的使用效用；同時，可以利用原連續(xù)油管對于采氣系統(tǒng)依據生產情況進行加深調整。

三、結語

伴隨著國外的連續(xù)油管技術發(fā)展，國外對連續(xù)油管導向裝置的研究也較早，且在21世紀初已經達到了較高的技術水平，而國內的主要連續(xù)油管專利申請人，對連續(xù)油管導向裝置的研究也是隨著2000年之后國內的連續(xù)油管技術開始發(fā)展而起步的，相比國外來說比較晚，其研發(fā)水平也較低，而且國內的主要連續(xù)油管專利申請人的專利技術也是在國外的專利技術上進行的細節(jié)改進或創(chuàng)新，并沒有真正具有對連續(xù)油管技術進行革新的龍頭企業(yè)，近期，中石油、中石化對連續(xù)油管設備上的研究比較多，但是并沒有實質性的進步，只是在現(xiàn)有的連續(xù)油管導向裝置的基礎上進行的改進，因此，為提高我國的連續(xù)油管導向裝置的技術水平以及相關連續(xù)油管設備的技術水平，我國仍需要很長一段時間進行改善和創(chuàng)新，且需要投入很多的人力與物理在國外幾大主要相關專利申請企業(yè)的前沿技術進行學習以及其基礎上進行創(chuàng)新，進一步提高我國連續(xù)油管技術方面的技術水平，增強其在國際水平上的競爭力。

參考文獻：

[1]CN202152239U，于清峰，一種連續(xù)油管注入頭鵝頸. 2012.2.29.

[2]CN102287151A，王洪濤，適用于連續(xù)管作業(yè)機或鉆機管子的導向拱裝置.2011.12.21.