國內外連續管鉆井技術發展現狀

張 帥1，張燕萍，郭慧娟

(1.中國石油大學 機械與儲運工程學院，北京 102249；2.中國石油集團工程技術研究院 ，北京 102206)①

連續管最早起源于二次世界大戰中“諾曼底登陸”的管線工程；1962年，開始作為美國加利福尼亞州油田井筒清理的工具，后在傳統的修井和完井作業過程中也得到應用與發展。隨著連續管鉆井系統、井下工具和鉆井工藝的不斷發展，連續管鉆井技術的特點日益凸顯[1]。目前，國外石油公司在連續管鉆井領域研發出多項先進工具技術，并在現場應用中取得良好效果，國內中石油完成了多次重大現場試驗，在連續管領域取得重要突破，但與國外仍有較大差距。

1 連續管井下鉆具組合

由于連續管不可旋轉，其井下鉆具組合BHA(Bottom Hole Assembly)和傳統的井下工具也有所不同。連續管鉆井BHA主要作用包括為井下鉆井作業提供動力、測量鉆井參數并反饋至地面、調整鉆頭工具面以保證井眼軌跡[2]等，連續管井下工具的技術水平直接影響到鉆井效率、成本以及井眼軌跡的準確程度。典型的連續管定向井BHA包括連續管、變徑接頭、安全丟手、轉向器、MWD、容積式馬達和鉆頭等專用工具，如圖1所示。其中，轉向器是連續管定向鉆井的核心工具。

連續管鉆井BHA根據動力來源或隨鉆測井數據傳輸方式的不同可分為無纜系統BHA和電纜系統BHA。相較于無纜系統BHA，電纜系統BHA的設備成本較高，但鉆井作業范圍廣、作業能力強，同時數據傳輸效率高，更易于實現閉環控制[3-4]。最具代表性的連續管鉆井BHA是國外貝克休斯公司研制的CoilTrak系統(如圖2)，該系統已經完成商業化應用，包括尺寸為79.38(3英寸)、60.32(2英寸)和76.2 mm(3英寸)的井下工具，并在多次現場作業中取得良好效果[5]。

1—連續管；2—變徑接頭；3—安全丟手；4—轉向器；5—隨鉆測量工具；6—鉆鋌；7—容積式馬達；8—鉆頭。

圖2 貝克休斯第二代CoilTrak系統

2 國外連續管鉆井系統工具

2.1 貝克休斯RSM系統

貝克休斯公司研制的第三代CoilTrak系統[6-7]引入了肋板導向馬達RSM(Rib-Steered Motor)，該馬達的設計主要包括3個液力式可擴展肋板，用于在鉆進過程中降低水平井管柱摩阻，延伸水平井井身長度。如圖3～4所示。

2008-07，RSM的功能性和機械完整性在阿拉斯加州的現場測試中得到證明。在第1口76.2 mm(3英寸)井中，RSM累計循環20 h，鉆井11 h，鉆進314 m(1 030英尺)，平均機械鉆速為28.7 m/h(94 英尺/小時)。

2011-05，在阿拉斯加州首次使用RSM BHA開窗后鉆進，相比傳統彎螺桿馬達BHA所需的行程與時間減少。至2012年，RSM在超過13口井上工作，循環時長超過866 h，鉆井時間339 h，總鉆進長度6 912 m(22 676英尺)[7]。

圖3 貝克休斯第三代CoilTrak系統

圖4 肋板導向馬達

RSM系統可以有效延伸水平井井身長度，并有助于提高連續管鉆井作業的運行效率，對連續管側鉆水平井的經濟性產生積極影響。

2.2 貝克休斯CIRCATM連續管軟件

隨著科技的不斷進步，石油行業也逐漸由依賴經驗型向數據驅動型過渡。2016年，為使設備性能最大化并提高作業效率，貝克休斯公司在成熟的連續管鉆井BHA基礎之上開發出CIRCA連續管軟件。該軟件基于30多a的現場作業數據，建立了符合要求的作業模型，為鉆井作業提供實時高效的參考。該軟件套件包含3個版本：CIRCA完整版(CIRCA Complete)、CIRCA專業版(CIRCA Pro)和CIRCA即時版(CIRCA Real-Time)。如表1。

表1 貝克休斯CIRCATM連續管軟件

2.3 斯倫貝謝連續管工具

斯倫貝謝公司在連續管鉆井工具應用較為成熟的基礎上，研制出為現場工作提供服務的軟件，以提高連續管鉆井效率，同時將連續管鉆井技術應用于海上鉆井作業。

2.3.1 CoilCAT(Coiled tubing computer-aided treatment)連續管計算機輔助處理軟件

CoilCAT與Schlumberger CT服務集成，形成井場信息管理系統，可以實現明智的實時決策。該系統不僅可進行數據采集，還可進行完整的分析和設計，使井內干預操作更加高效和可靠。CoilCAT系統直接將PC與CT單元的眾多傳感器連接，以捕獲所有必需的參數。該系統融合了設計、執行和實時評估功能，包括CoilCADETM連續管設計和評估軟件，可以分析問題，提出解決方案，并預測操作參數變化的影響。如圖5。

圖5 CoilCAT連續管計算機輔助處理軟件

2.3.2 CT EXPRESS快速部署連續管裝置

CT EXPRESS專為低壓，中等深度的陸基井而設計。該裝置具有以下幾個特點：將4輛卡車的功能結合到2臺拖拉機拖車單元中，能夠實現快速裝配和拆卸；無需在懸掛負載的情況下工作；提供CT和泵送功能的過程控制，提高工作效率、經濟性和操作安全性；在崎嶇地形和極端條件下提供可靠性。如圖6所示。

圖6 CT EXPRESS快速部署連續管裝置

2.3.3 CT SEAS海上連續管自動化裝置

CT SEAS包括平臺，浮子和張力腿平臺，具有高度靈活的特點，可以減少海上CT操作的時間，并且可以提供傳統連續管裝置的全部功能。駕駛室符合人體工程學設計，可增強操作員的控制性，同時減少人員需求、裝配時間和成本。如圖7。

圖7 CT SEAS海上連續管自動化裝置

2.3.4 CT TComp連續管海上運動補償系統

CT TComp可以通過限制井口應力來保護CT操作期間的井口完整性，該系統補償井架內部或外部垂直和水平方向的井口運動。與傳統系統相比，鉆機更快，所需人員更少。該系統的功能包括：頂升架升沉補償、內部張力升力補償。如圖8。

3 國內連續管鉆井系統的研究現狀

國內近幾年已經開展連續管鉆井工具及工藝方面的研究，但目前尚無大規模現場應用，僅處于現場試驗階段[8]。

圖8 CT TComp連續管海上運動補償系統

截止到目前，中石油連續管鉆井系統在研單位有4家，分別在遼河、大港、長慶、新疆油田等地完成了十幾口井的現場試驗，先后完成了連續管鉆井可行性試驗、連續管穩斜井段鉆進、連續管側鉆開窗、連續管定向鉆進、連續管水平井鉆進等現場試驗。其中，最深井深3 503.45 m，最長單井進尺802 m，單井水平段最長123 m。如表2。

表2 中石油連續管現場試驗及階段成果

在國家“十二五”和“十三五”期間，中國石油集團工程技術研究院已經自主研制了連續管連接器、非旋轉接頭、安全丟手、液力式定向器[9]、水力振蕩器以及連續管開窗工具等連續管全套專用井下工具并應用于現場試驗[10]，是國內第1口連續管包括通井、刮銑、下斜向器、開窗、定向段鉆進和穩斜段鉆進全過程試驗完成的研制和應用單位。如圖9～10所示。

圖9 中石油工程院連續管井下工具

圖10 中石油工程院連續管開窗工具

4 結論

1) 國內連續管鉆井裝備、工具及技術已具備實施連續管側鉆井的能力，同時，連續管鉆井整體技術水平與國外相比仍有較大差距。缺少井下隨鉆多參數測量工具，缺少一趟鉆定向工具系統以及連續管鉆井監測與控制軟件等先進技術。未來連續管鉆井技術也必然將不斷向數字化、智能化方向發展。

2) 連續管鉆井技術具有低成本、低污染、高效開發油氣資源的特點，隨著不斷發展，此項技術相較于傳統鉆井技術的優勢將更加凸顯，成為利用鉆井技術降低作業成本的重要手段。連續管鉆井技術可廣泛用于老井側鉆、老井加深，提高剩余油的采出程度，為老油田高效經濟開發奠定技術基礎和條件保障。

3) 應加快連續管側鉆水平井工具的進一步研究，盡快縮小與國外公司的差距，盡快將連續管鉆井技術與生產實際相結合，擴大應用規模，研發出符合我國國情的連續管鉆井系統。