連續管鉆井技術研究進展及應用*

李 寅，尹方雷，白冬青

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司 工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

1944年，跨英吉利海峽第一條連續管的鋪設標志著連續管作業技術的誕生。1962 年，美國加利福尼亞石油公司和波恩石油工具公司聯合研制了第一臺用于沖砂作業的連續管裝備，連續管技術開始應用于石油領域，應用范圍逐漸擴大。直至20 世紀90 年代，連續管鉆井技術在美國和加拿大取得成功應用并迅速推廣，逐漸應用于老井加深、開窗側鉆斜井或水平井、欠平衡鉆井、微小井眼鉆井等[1]。與傳統鉆井技術相比，連續管鉆井設備體積小、自動化程度高、動遷性能好；連續管無接頭、無變徑、承壓高、易于預置光纖和電纜，能夠動態密封并在井內連續起下，極大縮短了作業周期，減輕了勞動強度，降低了開采成本，擁有更高的安全性。近年來，我國連續管鉆井技術也得到了快速發展，并在側鉆井應用方面取得了一系列進展[2]。

1 連續管鉆井技術

連續管鉆井技術是用連續管取代鉆桿進行鉆井作業，施工設備包括連續管鉆機、配套循環設備、固控設備及輔助設備等。連續管鉆機的結構型式包括車裝自走式、拖車式、撬裝式、單模式和復合式等。鉆機裝備有操控室、容納連續管的滾筒、提供注入與提升功能的注入頭及輔助設備等[3]。由于連續管管柱不能旋轉，井下工具通常以螺桿等作為動力鉆具，采用專用的定向工具調整工具面，并配有隨鉆測量工具、安全丟手、連接器等輔助工具。井下數據可以通過泥漿脈沖以及預置于連續管內的電纜進行傳輸，根據數據與動力傳輸方式不同，井下工具系統分為有線與無線兩種。定向工具調整工具面方式可分為液控式、電液控式、電控式等，其中液控式結構簡單、定向精度低、調整周期長，電液控式與電控式結構復雜、價格高，但定向精度高、調整速度快，更利于井身軌跡要求高的水平井等施工[4]。由于連續管無接頭，鉆進過程不用接單根，起下鉆方便，施工效率高，因此，適用于直井淺鉆、側鉆井、側鉆水平井等多種井型的施工，在欠平衡鉆井、氣體鉆井領域有獨特的優勢[5-6]。

2 連續管鉆井技術發展現狀

2.1 國外技術現狀

國外連續管鉆井技術發展較早且更成熟，連續管設備齊全，NOV、S&S、Xtreme 等公司生產的連續管鉆機包括車裝自走式、拖車式、撬裝式、復合式等各種類型多種型號，并配備有專用于連續管鉆井的井控設備、循環設備等[7]。圖1所示為復合式連續管鉆機。

圖1 復合式連續管鉆機

井下工具的發展在經歷了機械式與液控式后，目前以電液控式及電控式井下工具系統為主，并在現場開展了廣泛的應用。例如：貝克休斯公司研制的CoilTrak系統（如圖2所示），斯倫貝謝公司的VIPER 系統，Antech 公司的COLT 定向系統等，均為電液控或電控定向系統，可在360°范圍內調整工具面角，精度在1°以內，部分產品可達到0.1°，配備有專業軟件進行操作及分析設計，并在現場施工中開展了應用[8-9]。

國外連續管管材以NOV 公司為代表，可生產常規系列QT800、QT900、QT1000鋼級（對應國內CT80、CT90、CT100），管徑19～88.9 mm（0.75～3.5 in）。高溫高壓系列ATP110、ATP120、ATP130、ATP140鋼級（對應國內CT110、CT120、CT130、CT140），管 徑 為44.5～73 mm （1.75～2.875 in）。多種鋼級、管徑、壁厚的系列產品已在現場大量應用。

早在1976年，加拿大Flex Tube公司采用直徑60 mm連續管作為鉆柱在加拿大Alberta東南部地區鉆淺氣井使用[10]。1991年，美國Oryx能源公司在得克薩斯州采用連續管鉆井技術成功在一口老井中完成側鉆水平井，成為連續管鉆井技術步入實際工業應用的標志性開端[11]。此后，連續管鉆井技術迅速從技術經濟可行性評價階段進入到商業化應用階段。據不完全統計，全球擁有連續管鉆井裝備100多臺套，已累計鉆成1萬多口井；作業類型包括老井加深、側鉆和淺層油氣井鉆井等。斯倫貝謝公司在全球連續管鉆井數量已經超過1 400井次，貝克休斯在1996年—2015年利用連續管有線鉆井系統完成了777口側鉆井施工，康菲、威德福等公司在阿拉斯加、中東等地也開展了一系列施工，取得了良好效果[12]。位于阿拉斯加北部斜坡的3口連續管側鉆井水平井都取得成功，從上覆頁巖開始側鉆，3 048 m開窗，Φ76.2 mm連續管鉆至3 870 m，水平段長426.7 m。2013 年Xtreme 公司在Eagle Ford采用Φ60.3 mm連續管鉆進6 200 m。BP公司2006年6月在沙特阿拉伯Sharja氣田Sajaa16-3井運用連續管側鉆井技術，3次側鉆進尺為3 929～5 192 m，產量是直井的20倍以上。

連續管鉆井中30%是水平井和分支井，開窗側鉆井占43%，欠平衡鉆井和氣體鉆井占82%。氣體鉆井是使用氣體作為循環介質取代常規鉆井液，可以使用氮氣、天然氣等，特別是使用老井已有的生產管線，管網天然氣倒輸，使用管網天然氣鉆入氣層，返出來的天然氣分離后返回采氣站，省掉鉆井液循環凈化系統，可大幅降低鉆井成本。由于是負壓鉆井，機械鉆速高，鉆井周期也隨之下降。連續管氣體側鉆水平井集成了最先進的鉆井技術，目前只有美國成功開展應用。2014年，Antech公司采用Φ88.9 mm連續管、127 mm POLARIS導向工具，用連續管氮氣側鉆鉆進，在Φ152.4 mm井眼內鉆進水平段達438 m，鉆速較常規鉆井提高5倍[13]。

2.2 國內技術現狀

國內連續管鉆井技術起步較晚，與國外技術水平和應用規模差距較大，但近年來發展較快。早期的設備以連續管作業機為主，均為單模，形式上主要是車裝自走式、拖車式。中國石油工程技術研究院先后研制了LZ580-73T連續管鉆機與LZ900/73-3500型復合式連續管鉆機并在現場成功應用。其中，LZ580-73T 連續管鉆機于2012 年研制成功，為單模連續管鉆機，由主車和輔車構成，主車為拖車式，注入頭最大拉力580 kN，注入頭最大注入力290 kN，注入頭最大起下速度40 m/min。該車經過嚴格的單元、整車調試，-20～45 ℃條件下可正常施工，在12口井現場試驗中，不停機連續正常運行超過360 h，驗證了其可靠性[14]。LZ900/73-3500型復合式連續管鉆機采用復合式結構，配備了井架、游動系統，極大地提升了連續管鉆機的作業能力與適應性，其主要技術參數如下：注入頭最大提升力900 kN，注入頭最大注入力270 kN，注入頭最大起升速度35 m/min，適用連續管外徑50.8～88.9 mm，最大鉤載1 125 kN，額定鉤載800 kN，絞車功率290 kW，井架高度26 m。另外，煙臺杰瑞石油裝備技術有限公司、四川宏華石油設備有限公司等也具備生產連續管鉆機的能力。

中國石油工程技術研究院研制了連續管連接器、安全丟手、液力式定向器、水力振蕩器以及連續管開窗工具等連續管無線井下工具，并應用于現場試驗。2015年，在大港油田G142-XK井完成了國內第一口包括通井、刮銑、下斜向器、開窗、定向段鉆進和穩斜段鉆進等全過程的連續管側鉆井試驗。中國石油長城鉆探工程有限公司自主研發了電液控式的有線工具，包括電液控丟手、定向工具、隨鉆測量工具、開窗工具等系列工具，經多口井現場試驗，性能穩定可靠，滿足現場施工要求[15]。2017年—2019年在現場完成了4口井側鉆井、側鉆水平井試驗，均完成了開窗與全部裸眼段鉆進，最大進尺802 m，最大井斜90.11°，均創國內紀錄。

寶雞石油鋼管有限責任公司于2009年建成世界第三、亞洲第一條連續管生產線，經過10多年的發展，開發出系列超高強度、耐腐蝕、耐高溫連續管產品。目前能夠生產CT55～CT150鋼級、管徑25.4～88.9 mm（1～3.5 in）多種規格的連續管，累計生產銷售連續管產品6萬余噸，廣泛應用于國內各大油田，國內市場占有率始終保持第一。

國內主要在遼河、大港、長慶等油田開展了現場試驗。由于早期不具備復合式連續管鉆機，現場試驗均采用修井機與連續管鉆機聯合施工的方式，修井機提供鉆臺、井架、游動系統和配套的循環系統、固控設備等，配合連續管鉆機施工。復合式連續管鉆機成功研制后，可以獨立完成作業，但試驗不多，還未能大范圍推廣。

3 國內連續管側鉆井施工案例

3.1 DC85-XX井

長慶油田DC85-XX 井，是一口Φ139.7 mm套管開窗側鉆定向井，設計井深2 137 m，開窗點1 790 m，由Φ73 mm連續管配合復合式連續管鉆機進行現場試驗。該井采用液力定向器作為定向工具，進行MWD 隨鉆測量，以單彎螺桿與PDC鉆頭鉆進，完成了393 m裸眼段鉆進。

3.2 J2-7-XXXC井

遼河油田J2-7-XXXC井是一口Φ139.7 mm套管開窗側鉆定向井，設計井深為1 510 m，開窗點為1 102 m，由車載修井機配合連續管鉆機采用NOV 公司QT900 鋼級Φ73 mm 連續管開展施工。施工中以常規鉆具開窗后，用連續管進行裸眼鉆進。定向采用有線傳輸電液控式井下工具，鉆具組合：Φ117.5 mm 牙輪鉆頭+Φ102 mm 單彎螺桿+Φ86 mm 隨鉆測量工具+Φ95 mm 定向工具+Φ73 mm 加重鉆桿+Φ95 mm丟手接頭+Φ95 mm連接器+Φ73 mm連續管，完井井深1 533 m，最大井斜25.76°，鉆井周期157 h，機械鉆速5.53 m/h，高于同區塊平均機械鉆速。

4 國內連續管鉆井技術發展瓶頸分析

4.1 連續管鉆井裝備

國內連續管鉆機經歷了單模式、復合式的發展歷程，在短短10年期間走過了國外企業數十年的發展歷程，主要性能參數也達到了國際先進水平，體現了國內連續管鉆井裝備技術水平的飛速發展。但在研發與應用過程中，表現出一些不足，與國外總體技術水平和綜合能力還存在一定差距。

由于國內連續管鉆井技術推廣力度不足，連續管鉆機需求量較少，鉆機型號單一，還未形成產品系列，并不能滿足現場的各種需求。在研發和應用過程中，不同的結構型式具有不同的特點和應用范圍，沒有哪一種機型可以作為萬能機型適用于所有井況。例如，國內的復合式連續管鉆機在技術水平與施工能力上都高于單模連續管鉆機，但由于國內各油田道路情況與井場大小不同，有的井場地勢平坦，出入井場道路條件好，大型設備也能夠順利到達井場并順利展開安裝，此時，復合式連續管鉆機能充分發揮自身優勢；有的井場處于山坡地區，道路崎嶇狹窄，大型設備無法直接到達，需要拆裝運輸，到達井場后重新組裝，過小井場甚至無法順利展開布置，這時，復合式連續管鉆機反而不如單模連續管鉆機更為適合。因此，需要擴大產品系列，才能提高連續管鉆井技術的適用性與應用范圍，有利于進一步推廣。

另外，連續管設備的配套也與國外存在差距。國內連續管鉆機以外循環系統、固控設備等配套，主要參考常規鉆機隊伍的配套方式與型號，并未形成專用于連續管鉆機的配套設備，不能充分發揮連續管鉆井的優勢。

4.2 連續管鉆井工具

目前，國內的多家企業與高校等科研機構研發了各自的連續管鉆井工具，其中，除了中國石油工程技術研究院、中國石油長城鉆探工程有限公司的連續管鉆井工具已經進入現場試驗外，大多仍處于理論研究與室內試驗階段，總體發展規模遠遠落后于國外先進水平。

技術水平上，雖然中國石油工程技術研究院、中國石油長城鉆探工程有限公司連續管鉆井工具通過了多口井現場試驗，并驗證了其功能與技術水平，但是也并不完善。從工具系統組成的完備性來說，缺少可靠的井下隨鉆多參數測量工具，缺少一趟鉆定向工具系統等先進技術。由于連續管管體柔性較好，鉆壓、扭矩的傳遞能力與常規鉆桿不同，通過地面布置的傳感器測量懸重、扭矩，判斷井下的鉆進情況并不準確，影響了工程技術人員對施工過程的判斷，這就需要井下隨鉆多參數測量工具來直接測量近鉆頭位置的鉆壓與扭矩數據，并實時傳輸至地面系統，供工程技術人員參考。由于連續管鉆進需要依靠螺桿等動力鉆具滑動鉆進，在鉆進過程中無法像常規鉆井一樣通過復合鉆進/滑動鉆進的切換快速調整穩斜鉆進/定向鉆進的鉆進模式，在實際施工中需要起下鉆，更換直螺桿/彎螺桿來調整，嚴重影響了施工效率，未能完全發揮連續管鉆井高效、快速的優勢。

4.3 連續管鉆井工藝

國內連續管鉆井工藝處于摸索階段，鉆具組合、施工參數、鉆井液性能等主要參考常規側鉆井、側鉆水平井，未能形成完全適合連續管專用的工藝技術。連續管側鉆井現場施工時，由于缺少有效的加壓工具及措施，均使用加重鉆桿作為施加鉆壓的工具，導致井下工具串長度增加，增加了井口操作時間，影響了作業效率；沒有先進的連續管鉆井工程軟件的支持，對鉆進過程分析、鉆井參數的制定缺乏理論指導；未能開展國外已經實踐與應用的欠平衡鉆井、氣體鉆井、大位移定向鉆井、多分支井及多分支水平井鉆井等連續管鉆井工藝，未能充分釋放連續管技術在鉆井領域的巨大能量。國內外連續管鉆井技術對比見表1。

表1 國內外連續管鉆井技術對比

5 結論與建議

（1）國內連續管鉆井技術經過多年的發展，已經進入工業化現場試驗階段，有線、無線井下工具和單模、復合式鉆機都經過了現場的實際檢驗。連續管側鉆井、側鉆水平井的施工工藝技術都得到了長足的進步，取得了一系列成績，但整體技術水平與國外先進技術相比仍有較大差距。

（2）連續管鉆機應向系列化、專業化發展，配套專用的輔助設備，而非與現有設備直接結合。

（3）井下工具能夠滿足現場試驗的需求，但性能指標以及可靠性與國外成熟產品仍差距較大，應在井下參數測量、造斜率調節等方面完善工具系列。

（4）國內連續管鉆井工藝處于初級階段，鉆具組合、施工參數、鉆井液性能等主要參考常規側鉆井、側鉆水平井，未能形成完全適合連續管的專用工藝技術，應繼續攻關研究，形成連續管鉆井專用的施工工藝，充分發揮連續管技術優勢。

（5）加大推廣連續管鉆井技術應用力度，將“產、學、研、用”結合在一起，在實踐中發展理論，完善工藝，形成裝備、工具的產品系列，推動整個行業發展。