连续管钻井技术

连续管钻井技术

一．、连续管钻井的发展历程

连续管(Coiled Tubing)起源于第二次世界大战期间，自20世纪60年代开始用于石油工业。迄今已有40多年的历史，在20世纪，其发展过程大致分为3个阶段，即60年代初至70年代初的初期发展阶段、70年代至80年代的发展“停滞”阶段和80年代末以后的扩大发展阶段。连续管钻井(Coiled Tubing Drilling，简称CTD)技术的发展和应用始于90年代初，目前仍处于研究和开发的初期阶段。连续管强度由最初的屈服强度345 MPa，现已提高到758 MPa，2O世纪9O年代连续管用于钻井。随着连续管在钻井中的应用，连续管的尺寸由 60．3 mm，增大至88．9 mm。1995年连续管钻井已猛增至356口井，1996年超过了410口井，1997年大约有600多口井。用连续管所钻的定向井和水平井也比原来预计的要多得多。

美国和加拿大是连续管钻井最活跃的两个国家，占全世界用连续管所钻井的80 左右，另外，法国、荷兰等国家也有不少连续管钻井。目前，世界上的一些大的石油公司和服务公司都在开展或参与连续管钻井作业，其中，Halliburton、BJ Services、Baker Hughes等油田服务公司占据优势。人们最初预测连续管钻井技术将主要用于直井钻井，但是，它在定向井和水平井钻井中的应用大大超出了人们的想象。在低油价和作业成本增加的情况下，未来几年内连续管钻井数量可望有较大幅度的增长。事实上，连续管作业机早在上个世纪50年代末就已研制出来，连续管钻井工作也在上世纪70年代开始进行。但由于连续管技术对钻井的适应性、连续管钻井工具及技术的配套等原因，使得连续管钻井直至20世纪90年代才真正进入钻井行业应用。

二、连续管钻井的优缺点

1．优点

大多连续管用于侧钻井、小井眼钻井、欠平衡钻井及过油管作业等，具有较强的作业优势。与常规钻井相比，连续管钻井主要具有以下优点。

①由于井场占地少，连续管钻井技术适合于地面条件受限制的地区和海上平台作业。

②适用于小井眼钻井，降低钻井成本。

③在老井重钻(加深钻井或侧钻井)作业中，因连续管直径小可进行过油管作业，无需取出老井中现有的生产设备，从而实现边钻边采的目的，可显著节约成本，适应老井重钻的这一潜在的大市场。

④利用连续管进行欠平衡钻井作业，注入头下安装水力封隔进行边喷边钻，不仅可确保安全、提高机械钻速，而且可减少泥浆漏失、防止地层伤害和增加产量。

⑤由于是钻小井眼，减少了设备和人力的投入，从而降低了作业成本。根据国外的经验，与用常规钻井或修井设备达到同样的目标相比，用连续管可以节约费用25 (挪威北海Ula油田)～40 9／5(阿科阿拉斯加公司在普鲁德霍湾)。在钻机搬迁费高的地区，用连续管进行无钻机过油管重钻甚至比常规重钻井节约

50 以上的成本。

⑥其他优点：由于连续管不需接单根，因而在起下钻过程中能够连续循

环泥浆，减少起下钻时间，缩短作业周期，提高起下钻速度和作业的安全性，避免因接单根可能引起的井喷和卡钻事故；连续管可以内置电缆，改善信号的随钻传输，实现随钻测井，并且有利于实现闭环钻井；地面设备少，岩屑废料少，井场占地少，噪音低，减少环境污染；实现软地层快速钻进(不需要接单根)；快速搬运和组装；作业人员少。

2．缺点

尽管连续管钻井有着许多优点，但该技术还不十分成熟，在以下几方面还存在局限性。

①由于连续管不能旋转，导致压差卡钻和底部钻具组合(BHA)难以打捞等问题。

②用目前的连续管作业装置能下人短尾管，但必须借助常规钻机或修井机才能下人长段套管柱或尾管柱。因此，用目前的连续管作业装置还不能完成从开钻到完钻的所有作业，而主要用于现有井的加深和侧钻作业。

③老井用连续管钻井之前，需要借助于常规钻机或修井机做下井前的准备工作，如起出生产油管和封隔器、清洗井眼等。

④连续管卷在滚筒上，不能像常规钻杆那样旋转，钻头的旋转动力只能来自井下马达，随着裸眼井段的延长，摩擦阻力不断增加，使其水平位移受到限制。为了解决这一问题，人们研究改进了老式的水力加压器提供钻压和推动力，但是，由于井眼清洗难度较大，使得连续管和BHA发生沉砂、粘附卡钻的可能性增加。

⑤因连续管不能旋转，在定向钻进作业中，为控制井眼轨迹，需要频繁起下钻，以更换BHA或调整井下马达的弯曲角度。而频繁的起下钻作业可能使连续管过早的产生疲劳破坏。连续管的使用寿命因材质的不同比常规钻杆的使用寿命短。随着目前可调弯接头、弯壳体和可调稳定器的应用，这一现象有望得到解决。

⑥连续管的直径较小，限制了井眼尺寸和钻井液排量。

⑦钻压、转矩、水力参数和BHA受到限制。

⑧庞大的滚筒不利于运输和安装。

三、连续管钻井作业系统和钻井类型

l_连续管钻井作业系统

连续管钻井系统由地面设备和BHA两大部分组成。地面部分由连续管作业机、辅助设备、循环系统和井控系统组成。BHA 由类似常规钻井用的钻头、动力钻具、钻铤及测量工具和专用的连续管连接器、脱离器(安全接头)、定向工具等组成。连续管作业机由油管滚筒、油管注入头、液压动力机组等组成。连续管连接器用于连续油管和BHA 的连接。连接器的强度高于连续油管的抗拉强度，它不仅要能承受动力钻具在正常钻进和失速情况下产生的扭矩，还要能承受钻井过程中产生的振动。钻井过程一旦连接器失效，将会导致井眼方向的失控和BHA倒、脱扣。连续管脱离器用于钻井过程当钻头或钻铤被卡时，将连续油管和BHA分离。脱离器必须能承受动力钻具产生的扭矩，目前使用的脱离器有液压释放式和剪切释放式两种。

2．连续管钻井类型与模式

目前，连续管钻井按钻井的类型有对现有井的定向重钻和直井钻井两类；按钻井工艺方式有欠平衡钻井、平衡钻井和过平衡钻井。连续管钻井主要用于浅直井钻井(深度小于610 m)及定向井重钻。这两种应用区别很大，浅直井无需复杂的设备，而定向井则需要开窗和控制设备。有些连续管定向井为穿越生产油管，还需要小直径造斜器和定向井底钻具组合。连续管钻机主要分撬装式和组合式两种类型。撬装式钻机属中一小型，主要用于海上钻井，该钻机系统具有安装、拆卸方便，操作可靠、安全等优点。组合式钻机属大尺寸型，类似普通钻机，主要包括连续管作业机、井架、操作台、动力机组、注人头及滚筒等。连续管适合于老井重钻、边远地区勘探、边际油田开发。

用于钻井的连续管钻井主要有3种模式：①浅井，采用具有套管装卸能力的连续管钻机；②井眼加深，采用中型或大型连续管钻机；③定向井和水平井，采用能装卸大直径管柱的大型连续管钻机及专用设备。

四、连续管钻井的应用范围

进行连续管钻井必须至少具备以下几个条件：配套设备必须齐全，连续管车、制氮车、井下工具组合、随钻测量工具、连续管、注人头等必不可缺；富有经验的操作队伍等。连续管钻井主要应用于以下领域：①软地层小井眼直井；②水平井负压重钻井；③在不用永久性安装钻井设备的海上平台或浮动生产设施上钻井；④在 88．9 mm或直径更大的油管中过油管钻井；⑤加深井钻井；⑥可以作为监测井堵塞或完井的勘探井；⑦浅层气救援井(降压井)；⑧浅层气无基座钻井；⑨郊区或环境敏感区(降低噪音、场地限制、降低污染)钻井。

五、连续管钻井的技术水平

连续管钻井技术的发展虽然只有十几年时间，随着该技术的应用日益增多，它的技术水平正在不断提高

六、认识

(1)虽然连续管钻井技术和应用有了很大发展，但目前连续管技术及连续管专用工具的发展还不能完全满足钻井工程应用的要求，连续管钻井的许多限制条件(包括：钻井能力、钻井参数、井眼设计参数、工具及设备等)在一定程度上限制了这一技术的推广应用。为了使连续管钻井获得成功，必须根据油气田的具体情况和装备水平做充分的可行性分析，进行连续管钻井技术研究，制定有关可操作的工程应用方案。

(2)我国引进和利用连续油管作业技术始于7O年代，1977年我国引进了第一台连续油管作业机，在四川油气田进行井下作业，累计进行了数百口井的应用试