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连续油管在国内外应用概况（上）

　　本文叙述了国外连续油管技术在油田井下各种作业的实际应用范围、经济效益和技术优势及其装备结构发展的概况；简述了国内引进连续油管技术在各个主要油田井下作业试用所取得的初步成效和存在的问题，论述了在我国推广应用连续油管技术的发展方向在于开发出这种技术的软件和连续油管的国产化，要全面消化引进，技术创新。

　　连续油管(coiled tubing,简称CT)是相对于常规的单根螺纹连接油管而言的，又称为挠性油管、蛇形管或盘管，是一种缠绕在卷简上，可以连续下人或从油井起出的一根无螺纹连接的长油管(例如长达7925m)。连续油管钻井技术是近年来国际石油钻采业的热点话题，也是我国石油制管业面临创新的重点课题。

　　1.连续油管技术在国外的发展概况

　　1.1起步阶段的曲折和成长时期的崛起

　　在20世纪30年代，人们对连续钻井管柱有了朦胧的认识。在第二次世界大战期间盟军曾用连续油管从海底输送能源，以适应战争的需要，这是连续油管首次应用于军事实践，真正应用于石油工业，是1962年世界上第一台连续油管作业机诞生于美国加利福尼亚石油公司，用来清除海滨油气井中的砂桥，这揭开了连续油管应用于石油钻采工业的序幕。两年之后，连续油管钻井技术有了发展，RoyHCuUa Research公司研制出一个连续的、灵活的钻井管柱来循环液体，用一个液压注入头来放人或回收钻井管柱。这个连续油管外径Φ66.68mm，在德克萨斯州的Marble Falls的花岗岩底层上钻了一口Φ120.65mm，井深304.8m的试验井，钻井速度为1.53—3.05m／h。由于当时连续油管的质量尚不可靠，致使此后20多年内连续油管技术没有取得重大突破，只是在修井和完井作业中应用。

　　随着连续油管的质量和可靠性日益提高，在修井和完井作业中的大量实践经验的不断积累，以及配套技术设备和井下工具的日臻完善，连续油管技术得到长足的发展和迅速的推广。1991年，美国、加拿大、法国相继成功地试用了连续油管钻井技术。1996年世界上用连续油管钻井的数量为410口，1997年猛增至600多口。

　　美国重点发展连续油管小井眼钻井技术(coiled robing-based microhole technology)，每年计划用小井眼连续油管技术钻2万口浅开发井，100口油藏数据监测井，1000口深勘探井，3000口重入井。美国目前共有40万口井等待重新进入开发新的油层，每年重入井钻井总费用至少75亿美元。连续油管小井眼钻井有广阔的前景，截止2003年底全世界应用连续油管技术共钻井7000余口。其中加拿大用连续管钻井数量占世界总量的90%。

　　连续油管钻井技术在世界上用途广泛。按工艺方法分：有欠平衡压力钻井、平衡压力钻井和过平衡压力钻井；按钻井和作业的类型分：垂直井、定向井、丛式井、斜井、水平井、小井眼井、裸眼井、下套管井、加深井、老井开窗侧钻、钻水泥封堵、钻塞、驱替钻井液、打捞、完井、大斜度井、水平井测井作业、井下电视摄影等；按地区分：适用于陆地、沙漠、浅海、海滩、海洋和极地等各种地区钻井。总之，国外连续油管技术已经能够对陆地和海上油气井进行20多种作业。

　　1.2连续油管的技术优势

　　——降低钻井作业成未

　　美国应用小井眼连续油管技术钻井的成本目标是比现在常规钻井技术节省40%，50%的开支，最大深度1828.8m。原西德克隆斯用常规技术钻一口1524m油井的总成本为25—35万美元，而用小井眼连续管钻井的成本为15万美元。

　　连续油管钻井之所以能降低成本主要有两方面的原因：一是采用常规的单根油管连接钻机，与钻进时间相比，大部分施工时间花费在连接单根油管上。而连续油管钻井的这个连续管子的优势就转化为施工成本的降低。这些降低的运行成本对项目经济效益会产生巨大影响。另一方面，连续油管钻井的连续作业也有助于提高平均机械钻速(ROP)来降低成本。

　　2001年全球连续油管技术服务市场收入为10亿美元，而连续油管装置和管材市场分别为3亿美元和9000万美元。从这一组数字也说明了连续油管钻井能大幅度降低钻井成本。

　　——适用于高压油层和欠平衡压力钻井

　　常规欠平衡钻井作业过程中，由于连接单根油管时暂停钻机液循环，对油藏造成压力波动，同时，停泵后会形成岩屑垫层，而连续油管无需连接单根油管，因而能保持井底压力稳定，不会对地层产生外来的压力波动，也可以避免出现岩屑垫层。由于采用连续油管钻井，可以连续不停地循环钻井液，井内欠平衡状态成稳定流动状态，从而形成了“真正的”欠平衡状态。

　　——减少钻井事故，节省钻井液循环时间

　　在钻井过程中，不需停泵接单根油管，可实现钻井液的连续循环，减少了起、下钻时间，缩短了钻井周期，提高了起、下钻速度和作业的安全性，避免了因连接单根油管可能引起的井喷和卡钻事故的发生。

　　——更适用于钻小井眼井、老井侧钻、老井加深

　　因为连续油管直径小，可进行过油管作业，无需取出老井中现有生产设备，从而实现边采边钻的目的，可显著节约钻井成本，故特别适用于小井眼井、老井侧钻和老井加深，从而提高油藏产量。

　　——有利于提高自动化水平

　　连续油管内可以放置电缆，有利于实现自动控制和随钻测量。

　　——保护油藏，产量最佳在钻井过程中，钻井阶段损害油藏是影响获得最佳产量的主要原因之一。这种损害是由于钻井过程中外来流体、化学药剂和岩屑进入孔隙造成的。与垂直井相比，水平井由于最靠近井身尾部的地层与这些外来异物接触的时间相当长，所遭受的损伤程度更加严重。

　　采用连续油管钻井能够保持井底稳定，使井内形成真正的欠平衡状态，避免了地层损害，从而提高了产量。

　　从以上六个方面来看，用连续油管钻井其技术经济指标是比较先进的，也减少了对环境的污染，这是符合节能环保的技术。

　　连续油管技术之所以能迅速发展，还因为它的技术装备有了很大的进步，达到了现代化水平。

　　1.3连续油管技术装备的发展

　　1993—2003年全球连续油管井下作业量以每年25%的速度增长，连续油管装置在这10年内增加了一倍，以每年20%的速度增长，到2003年底达到了1050台套。

　　连续油管技术的设备由地面设备和地下设备组成，地面设备主要是连续油管作业机、井控设备等组成；地下设备主要是井下工具，例如：钻头、弯接头、马达、钻铤、分离机构、连续油管配合接头。

　　1.3.1连续油管作业机(CTU)

　　连续油管作业机是连续钻井作业的主要设备，它的作用是在作业时将连续油管下入、起出油井，并把起出的连续油管缠绕在卷筒上。从设备结构来说，它是一种移动式液压驱动的连续油管起下运输设备，它有车装自走式、拖车式和撬装式以及驳船式等多种结构，分别适用于陆地、沙漠、浅海、海滩、海洋和极地等各种地区作业，典型装备如陆地连续油管钻井装置、陆地连续油管钻塔、带井架车装连续油管钻井装置、全地形车装连续油管钻井装置、拖车装连续油管钻井装置以及连续油管钻井驳船、带井架连续油管钻井驳船、模块式海洋连续油管钻井装置等。近年来，又开发出复合连续油管作业机，适用于连续油管，也适用于普通油管作业等功能。它们虽然类型不同，但基本组成大体类似，主要有注人头、卷筒、连续油管、液压动力系统、控制室等五大部分。

　　注入头——是一套液压驱动装置，主要功能是在下入连续油管时，提供向下的推力，荆艮连续油管在井筒的浮力及摩擦力，推动连续油管下入井内，在不同情况下控制连续油管的下入速度；在提升连续油管时，它提供拉力，将连续油管从井中提取出来，或悬挂油管，或控制从井内提起油管的速度。连续油管的起下速度大致为0.1—60m／min，一般为18—30m／min，有的最高达70m／min。

　　注入头的关键部分是链条总成，它由链条及其驱动装置组成。链条有双组或单组链条传动，其形式为液压驱动的具有反向张紧力的链条夹持牵引式油管起下机构，驱动马达采用低速大扭矩液压马达。

　　注入头是连续油管钻井技术作业的关键部分，国外比较知名的厂商有加拿大Dreco公司生产的40K型和60K型两种规格，最大拉力分别为181.4KN和362.8KN，设计载荷安全系数为3。美国Hydra Rig公司开发出5000系列注入头，最大拉力可达889.6KN，适用于连续油管的最大规格为Φ139.7mm。美国Baker Hughes INTEQ公司开发出入工智能注入头，使连续油管寿命提高70%。

　　卷筒——是连续油管的储运设备，用以均匀地缠绕连续油管。它由筒蕊和边凸缘组成，为焊接的钢结构。卷筒采用液压驱动形式，液压马达通过链条传动驱动卷筒正反转，使连续油管起、下时在油管上保持一定的拉力，使其紧绕在卷筒上。卷筒前上方装有排管器和计数器，强制连续油管在卷筒上有序缠绕。采用两个小液压缸起升或下放排管器，并可使排管器处于钻井需要的位置。卷筒所能缠绕的连续油管的长度和直径的大小，主要取决于卷筒的外径、宽度和筒蕊的直径，以及运输设备(汽车底盘、拖车的承载能力和道路的条件)。

　　例如相应于Φ25.4mm和Φ31.75mm的连续油管，缠绕在卷蕊直径为Φ1.524-Φ1.828m，卷筒外径为Φ2.743m，可卷长度分别为7925m和6706m。

　　连续油管——是连续油管作业机的关键部件，是连续油管作业技术得以顺利实施的核心部件，是该技术中用量最大、质量要求最高的管材。世界上每年连续油管用量近500万m。常用规格一般为025.4、032、038、045和050.8mm等。

　　从制作工艺来看，连续油管常用ERW焊管，也可用无缝钢管。当采用无缝钢管对接焊后缠绕成连续油管，由于无缝钢管一般单根长度约8—10m，对于一盘大于5000m长度的连续油管来说，会有数百条环焊缝，环焊缝的抗弯、抗拉、抗挤能力较低，对连续油管整体强度影响较大。而采用ERW焊管来制作连续油管，按照目前国内卷板带供货能力，生产一盘大于5000m长度的连续油管，最多只有4条环焊缝，可靠性大得多。从材料来看，由碳钢发展到低合金钢(包括淬火回火钢)、钛合金，目前在研制复合材料。标准连续油管按美国材料试验协会标准的材料即改性HSIA碳钢制作，最小屈服强度483MPa，最小抗拉强度552MPa，延伸率>28%，硬度>HRC22，现在屈服强度已达到703MPa。连续油管用钢必须有良好的强度韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿命。目前用连续油管钻井深度已超过7000m，每年实施达1500井次以上。

　　用ERW焊管制作连续油管的主要工艺流程如下：热轧板卷检验→纵剪分条→板探→剪切对焊→矫平→活套→辊式成型→高频焊接→去毛刺空冷→水冷→焊缝超声波探伤→定减径→焊管整体调质处理→卷取→水压试验→包装→计量→入库。

　　世界上几个大的连续油管主要制造企业均集中在美国(休斯顿)三家公司，它们是Quality Tubing(优质油管公司)、Precision Technology(精密管技术公司)、Southwestrn Pipe(西南管子公司)，用以制造连续油管的材料有碳素钢、调质钢和稀有材料。其中稀有材料有钛合金，其价格是碳钢材料制成的连续油管的6倍。

　　目前世界上较大的生产连续油管作业机的企业主要有美国的哈里伯顿公司、Hydra Rig公司、CVDD公司、Bowen工具公司、Stewart Stvenson公司和加拿大DRECO官螈公司。

　　液压动力装置——为整套连续油管机组提供液压动力源，主要由液压马达、液压阀等组成。

　　控制室——是操作人员监控注入头、卷筒、防喷器和节流器等设备的场所，是连续油管机组的操作控制中心。控制室装有各种仪表、开关以及有关控制系统；在新型连续油管作业机中，还装备有数据采集系统和监视系统，是作业机的神经中枢。

　　1.3.2泥浆循环系统

　　与常规钻井相比，连续油管钻井所用泥浆循环系统大致相同，只是容积小一些，固控设备包括振动筛、除砂器、除泥器和离心机。

　　1.3.3井控系统

　　与常规钻井相同，连续油管钻井中的井控主要设备也是防喷器；但在欠平衡压力钻井作业中，通常采用两套防喷器，一套用在连续油管上，另一套用在井底钻具组合上。

　　1.3.4井下工具

　　井下工具是影响连续油管钻井效率的关键。根据钻井工艺的不同，连续油管钻井时井下钻具的要求也有所不同，但大体上是相同的。

　　连续油管钻井用的井下工具主要有：钻头、弯接头、马达、钻铤、分离机构和连续油管配合接头。

　　钻头——用于连续油管钻井的钻头，其特点有两点：1.低钻压和高钻速；2.钻头对扭矩的要求要低，以免高扭矩使连续油管疲劳破坏。连续油管钻井所用钻头的结构形式与常规钻井用的是相同的，一般直井段用PDC钻头，定向井、水平井的造斜段或曲线段用TSD钻头。

　　容积式马速——用来旋转钻头，有三种类型，低速高扭矩马达，适合于TSD钻头和天然金刚石钻头；中速中扭矩马达适合PDC钻头；高速低扭矩马达适用于连续油管外径范围为60.3-165.1mm。

　　连续油管接头——主要用于联接连续油管和井下工具组合，接头用以承受钻井马达所产生的扭矩、振动和加速作用，因、此，接头的抗拉强度比连续油管大。

　　钻铤——与常规钻井相同，用以给钻头提供钻压，以产生预定的钻井速度，并给井下工具提供合理的重力。

　　断开接头——其作用是当钻头或钻铤卡死在井眼中时，提供使连续油管与井下工具断开的能力。

　　定向工具——用于定向井和水平井钻井，因为用连续油管钻井时，连续油管不能旋转，必须用一种专门的井下工具即定向工具来调整底部钻具组合的工具面方位。(目前美国Fedlech公司开发了旋转连续油管的新型转盘，在钻井时使连续油管以5—15r／min的速度向右旋转。)

　　2.连续油管技术在国内的应用概况

　　我国于1977年由四川油田引进第一台Bowen Oil Tools(波恩工具公司)的连续油管作业机，到1999年我国共引进连续油管作业机18套，虽然都在应用、开发连续油管技术方面取得了一定的进展，作出了一定的成绩，但同国外同行相比，同国内石油钻采的实际需求相比，差距仍然很大。

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