連續管鉆井技術及其設備

宋云

摘 要：本文分析了連續管鉆井技術、應用及其設備。特別是重入鉆井、新鉆直井和欠平衡鉆井中的應用。連續管鉆井裝備組成、連續管主要裝置，連續油管材料及其制造工藝。

關鍵詞：連續管;鉆井技術;鉆井裝備;材料;制造工藝

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

1 ?連續管鉆井技術現狀

連續管鉆井（Coiled Tubing Drilling，CTD）是一種采用連續管完成鉆井的技術。自20世紀90年代初獲得成功。近年來成為熱門鉆井新技術，廣泛應用于海上和陸地油田，作業范圍包括鉆井、修井、完井、試采油等。隨著連續管材料和制造工藝的發展進步，特別是連續自動焊接，連續高頻淬火工藝的進步，使得連續管成本大幅度降低、壽命進一步提高，現場大范圍內廣泛使用成為可能。可靠性高的高強度大直徑連續管產生、小直徑容積式馬達研制成功、先進的定向工具及測量系統和金剛石鉆頭的問世，有力地推動了連續管鉆井技術發展與應用。連續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。單從技術難度來看，鉆直井并不需要特殊的工藝設備。經濟可行性的連續管鉆井，主要包括重入鉆井、新鉆直井和欠平衡鉆井三大鉆井。

1.1 連續管重入鉆井

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

1.2 連續管新鉆直井

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

1.3 連續管欠平衡鉆井

連續管作業不需要接單根，是連續管作業的最大特點，且在防噴器組的協助下，井口壓力控制可高達70 MPa，使井口欠平衡作業成為可能，能夠實現真正意義上的欠平衡作業。欠平衡連續管鉆井的另一好處是，對壓力遞減儲層、衰竭產層和酸性氣體井非常有效。

1.4 連續管鉆井的優點

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

2 ?連續管鉆井技術的發展趨勢

①使用變直徑或變壁厚的錐形連續管作業，因管部下部較輕，能讓連續管下到更深的井段;②地面設備的使用，要根據作業用途、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更先進的電動連續管鉆井系統，井底電動鉆具總成是最核心的部件，優點之一是，鉆頭轉速與鉆井液流量無關，有利于使用更合適的流量循環;④微小井眼鉆井，是連續管鉆井絕無僅有的本領。

3 ?連續管鉆井裝備

3.1 連續管作業的井下工具

包括：連續管接頭、非旋轉接頭、液壓斷開接頭、循環接頭、回壓閥、定向工具、隨鉆測量系統、井下馬達、磨鞋和鉆頭等工具。

3.2 連續管鉆井的地面設備

3.2.1 ?連續管鉆機

連續管鉆機是連續管鉆井的核心裝備，包括動力系統（動力源）、控制系統（電液控制）、注入頭裝置（力平衡）和連續管卷筒（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，該鉆機系統具有安裝快速、拆卸方便，操作靈活可靠、安全性高等優點。

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

3.2.2 ?泥漿循環系統

連續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管內的摩擦壓力損失，保證泥漿在環空中具有足夠的攜巖能力。

連續管鉆井所用的泥漿循環系統與小眼井鉆井所使用的泥漿循環系統大致相當。同常規鉆井相比，其泥漿循環系統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

井控系統是連續管鉆井中的井控設備，防止井噴事故發生，是專用的防噴器組，有獨立的儲能器和控制系統。

3.3 連續油管的主要裝置（圖1）

3.3.1 ?注入頭

注入頭是連續管鉆井地面裝備的最關鍵設備。基本功能是：通過液壓夾緊送進機構平衡連續管在井筒內的浮力、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。卷筒的轉動由液壓馬達驅動，液壓馬達的作用是，在連續管起下時，對連續管保持足夠的拉力，使其規則整齊地密繞在卷筒上。在卷筒前上方裝有排管器和計數器，便于計量下井長度。卷筒所能纏繞連續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，還有對運輸設備的要求等。

3.3.3 ?連續管

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

3.4 連續管材料及其制造工藝

世界上主要的連續管制造廠商均集中在美國等西方發達國家，分別是精密油管技術公司、優質油管公司和西南管材公司，近幾年，國內也有生產。連續管的直徑從12.7～168.4 mm有上百種規格;根據材質和熱處理工藝不同，屈服強度為482.3 MPa到964.6MPa不等，用于不同作業的需要;單根長度可達9000m至多。但鉆井用連續管外徑主要為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。

連續油管的制造工藝本身就是連續作業，只不過是屬于機械制造行業的連續生產線。首先，將鋼板按規格剪成連續的鋼條，通過對焊或斜焊變成連續鋼帶，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的管子;緊接著，對焊縫和整管進行連續高頻淬火、回火處理，并通過連續探傷設備檢測。檢測合格的連續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，在使用前需對連續管進行水壓試驗，水壓試驗合格方可投入使用。

4 ?結束語

隨著機械制造和液壓控制技術進一步的發展，特別是電力電子技術的發展，將促進連續管鉆井更進一步的發展。集成化、模塊化、電力驅動將是發展的新方向，當然離不開新材料、新工藝、電子技術的進步。總地來說，未來的連續管裝置體積更小、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油管在油田完井中的應用[M].石油工業出版社.

[3] ?海上采油手冊之連續油管技術在采油修井作業中的應用[M].石油工業出版社.