對連續油管的技術優勢及其焊接方法的探討

屈海清

摘要：連續油管又稱撓性油管或柔性油管，被廣泛應用于修井、測井和鉆井等領域。本論文對連續油管的技術優勢和應用做了詳細的分析，并對其焊接方法做了詳細的闡述，以供同行參考。

關鍵詞：連續油管;技術優勢;焊接方法

連續油管（coiled tubing，簡稱CT）是相對于常規單根螺紋連接油管而言的，又稱為撓性油管、蛇形管或盤管，是油田鉆井、完井、試油、采油、修井和集輸等領域中重要的作業裝備。進入21世紀以來，隨著全球能源的緊張局勢，國外的連續油管得到了飛速的發展，在在性能、規格、長度等方面都有很大提高，新型連續油管作業機性能的改進使得連續油管的應用更為廣泛，連續油管在國內的應用處在初級階段，具有很大的發展空間。本論文對連續油管的技術優勢做了詳細的分析，并對其焊接方法做了詳細的闡述。

1.連續油管的技術優勢

1.1降低鉆井作業成本。美國應用小井眼連續油管技術鉆井的成本目標是比現在常規鉆井技術節省40%，50%的開支，最大深度1828.8m。原西德克隆斯用常規技術鉆一口1524m油井的總成本為25—35萬美元，而用小井眼連續油管鉆井的成本為15萬美元。

1.2適用于高壓油層和欠平衡壓力鉆井。常規欠平衡鉆井作業過程中，由于連接單根油管時暫停鉆機液循環，對油藏造成壓力波動，同時，停泵后會形成巖屑墊層，而連續油管無需連接單根油管，因而能保持井底壓力穩定，不會對地層產生外來的壓力波動，也可以避免出現巖屑墊層。

另外還能減少鉆井事故，節省鉆井液循環時間;更適用于鉆小井眼井、老井側鉆、老井加深;有利于提高自動化水平;連續油管內可以放置電纜，有利于實現自動控制和隨鉆測量;保護油藏。

從以上幾個方面來看，用連續油管鉆井其技術經濟指標是比較先進的，也減少了對環境的污染，這是符合節能環保的技術。連續油管技術之所以能迅速發展，還因為它的技術裝備有了很大的進步，達到了現代化水平。

2.連續油管的應用分析

連續油管作業技術應用最初開始于二十世紀60年代，90年代開始向更多的領域推廣應用。隨著常規作業項目穩步發展，新開發的作業項目迅速增加。通過相關的調查研究我們可以得出，作為主要常規作業項目的連續油管注氮、洗井和注酸共占連續油管作業量的75%，其中僅洗井一項就占了58%。以下為連續油管鉆井的應用范圍：

2.1軟地層小井眼直井;

2.2水平井欠平衡重鉆井;

2.3在不用永久性安裝鉆井設備的海上平臺或浮動生產設施上鉆井;

2.4 在88.9mm或更大直徑油管中過油管鉆井;

2.5加深井鉆井;

2.6探井;

2.7淺層氣救援井（降壓井）;

2.8淺層氣無基座鉆井;

2.9郊區或環境敏感區（降低噪音、場地限制、 防止漫濺、光學干擾）鉆井;

2.10老井重入、邊遠地區勘探、邊際油田開發。

3.連續油管焊接的要求

由于連續油管通常用于井下作業，工況條件極其惡劣，要承受高強度的拉伸，擠壓，扭轉和彎曲。其內表面一般用于傳送高速的帶有高腐蝕性的油，泥漿和潤滑液等液體，對內表面的磨損非常嚴重。連續油管新用途的開發應用，例如測井、射孔、裸眼鉆井、高壓井的修井作業和永久性井下安裝。以及作業的井口壓力不斷增大，現在連續油管則需要在井口壓力高達10000 psi的井中進行施工應用。因此，對連續油管的材質提出了更為苛刻的要求。雖然復合材料連續油管具有幾乎無限長的疲勞壽命，重量較輕，且能夠抵御20000 psi的內壓，但是其制造費用太高，使其難以投入常規連續油管作業服務市場的應用。或許這種復合材料連續油管將只能在采用常規連續油管不能夠實施作業的用途中得以應用。

對連續油管補焊接頭的性能要求也隨著變得苛刻，焊接接頭的熱影響區時整個連續油管的薄弱環節，最容易在受到拉伸，擠壓等綜合作用力時，發生斷裂。焊縫強度與母材強度應滿足等強匹配原則。連續油管在井下作業中，管體要承受拉伸、壓縮、扭轉、流體內壓以及自重等多種力的作用。

4.連續油管焊接方法的選擇

4.1 焊接線能量

4.1.1TIG焊。焊接速度較慢，通過計算線能量較大，但可以通過背面銅墊的作用，有效降低線能量。

4.1.2等離子弧焊。等離子是一種壓縮程度很高的離子氣流，其方向性好，弧柱中心溫度可達8000～10000℃。能量密度高達105～106W/cm2。對于10～12mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成型。

4.2焊縫成型

4.2.1TIG焊。TIG焊為單面焊雙面成型工藝，焊接參數選擇合適，焊縫正反面成型平整光滑，焊道寬度均在5～7mm 之間，而且反面為自由成型，有利于對接焊后續碾壓熱處理工作。

4.2.2等離子弧焊。等離子弧焊與TIG焊十分相似，它們的電弧都是在尖頭的鎢電極和工件之間形成的，能較好實現單面焊雙面自由成型。焊縫的深/寬比大，熱影響區窄，工件變形小，但具有小孔效應。

4.3飛濺情況

4.3.1TIG焊。熔池處于惰性氣體保護之下，而且惰性氣體不發生冶金反應，焊接過程穩定，電弧能量參數可精確控制，飛濺很小。

4.3.2等離子弧焊。焊接時熔池處于離子氣（氬氣形成的離子弧）和保護氣（保護熔池和焊縫不受空氣的有害作用主要為氬氣）的保護之下。形成溫度較低、沖擊力較小的等離子弧，焊接過程穩定，但設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室內焊接。

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