1、Coiled Tubing Drilling連續軟管鉆井技術 一連續軟管鉆井技術發展概況 二連續軟管鉆井主要裝備和工具 三連續軟管鉆井的關鍵技術 四連續軟管鉆井在特殊工藝井中的應用 五連續軟管鉆井發展展望一連續軟管鉆井技術發展概況 總況 1.1 連續軟管鉆井技術發展歷程 1.2 連續軟管鉆井的優點 1.3 連續軟管鉆井的局限性 1.4 世界連續軟管鉆井發展概況 1.5 我國連續軟管技術發展狀況 1.6 連續軟管鉆井技術新進展總 況 連續軟管(Coiled Tubing)又稱撓性油管、蛇形管或盤管，也稱連續油管。其操縱設備稱連續軟管作業機。連續軟管作業技術是近年來興起的一項具有廣闊發展前景的實用

2、性技術。經過30多年的發展,連續軟管作業裝置已被譽為萬能作業設備。連續軟管作業技術已能對陸地和海上油氣井進行清蠟、酸化、擠水泥、壓井、沖砂洗井、負壓射孔、試井、測井、完井、鉆井、井下攝像和作為生產油管等20多種作業。連續軟管作業技術現已成為世界油氣工業技術研究與應用中的一個熱點。世界上現有連續軟管作業機的數量已達600多臺,連續軟管的年耗量近500萬m,連續軟管的最大作業井深已超過9000m。近年來連續軟管鉆井技術亦成為世界鉆井技術的熱點。目前連續軟管的最大鉆井深度已超過6900m。現在連續軟管外徑也由原來的12.7mm發展到現在12.7-168.275mm十幾種規格。可以說,世界石油工業正在

3、經歷一次連續軟管作業技術的變革。總 況 連續軟管鉆井(Coiled Tubing Drilling,簡稱CTD),是國外九十年代發展起來的一項新技術。連續軟管具有無接頭、無變徑、彎曲大、能連續起下、能動態密封和強度大、承壓高、體積小等特點,為進行短半徑、大位移、多側向的水平鉆井和欠平衡、小井眼鉆井提供了安全、先進、有效的技術手段。與常規接頭鉆桿鉆井相比,CTD操作簡便,施工安全,污染小和占地少,操作人員僅需3、4人,作業效率很高,施工效果好,從而倍受人們的歡迎。近年來,世界各國石油公司爭相配套應用該技術,特別是加拿大、美國和英國等發達國家,在短短的幾年內CTD技術的配套應用得到了迅速的發展,初

4、步顯示了CTD技術旺盛的生命力和巨大的吸引力。連續軟管鉆井技術發展歷程 早在20世紀30年代以前,人們就對連續鉆井管柱的概念和優點有了初步的認識。在二戰期間,盟軍曾用連續軟管從海底輸送能源,以滿足戰爭的需要。 1962年加利福尼亞石油公司及Bowen工具廠研制了第一個原始型“連續管輕型修車裝置”,用來清除海岸區油氣井中的砂橋。 1964年,RoyH.CullaResearch公司研制了一種連續軟管鉆井系統,在德克薩斯州的MarbleFalls附近的采石廠花崗巖地層上鉆了一口120.65mm、井深304.8m的試驗井 。連續軟管鉆井技術發展歷程 19641987年之間,由于連續軟管的可靠性差,事

5、故頻繁,連續軟管作業技術幾乎夭折 80年代后期,世界石油價格下跌,迫使國內外作業公司和服務公司研究和采用可降低鉆井成本的新方法,再加上連續軟管質量和可靠性的提高,連續軟管在修井和完井等作業中的應用急劇增加,并取得了明顯的經濟效益和社會效益 90年代初,連續軟管鉆井技術開始發展和應用 1991年,美國、加拿大、法國相繼成功地試驗應用了連續軟管鉆井技術連續軟管鉆井技術發展歷程 自從1991年采用連續軟管鉆了3口井之后，連續軟管鉆井的數量急劇增加。1994年到150口，1995年356口，1996年410口，1997年610口。到了1999年，除去側鉆井和加深井，全世界則有1500口。到2003年，

6、全世界用連續軟管所鉆的井數超過了7000口，目前正以每年約750850口的數目增加。 近年來,隨著連續軟管器材和制造工藝的進一步發展,可靠性高的高強度大直徑連續軟管、小直徑容積式馬達、先進的定向工具及測量系統和金剛石鉆頭的相繼問世,極大地推動了連續軟管鉆井技術發展及應用。連續軟管鉆井的優點 1 由于井場占地少，適合于地面條件受限制的地區或小平臺上作業2 特別適合鉆小井眼，能節省套管和水泥，降低作業成本3 在老井重鉆作業時，因連續軟管尺寸小，可進行過油管作業，無需取出老井中已有的生產裝置，可顯著節約成本 4 采用連續軟管鉆井，可以使欠平衡鉆井技術得以成功應用，其最大的優勢是可以確保井下始終處于欠

7、平衡狀態，防止或減輕漏失以及地層傷害，有利于提高機械鉆速，而且作業的安全性較高 5 鉆井廢棄物少，有利于減少環境污染 連續軟管鉆井的優點6 在起下鉆過程中能夠連續循環泥漿，不用停泵接單根，減少了起下鉆時間，縮短了鉆井周期，提高了起下鉆速度和作業的安全性，避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發生7 改善信號的隨鉆傳輸，方便了定向控制和監測 8 連續軟管鉆井要求人員少，鉆井作業中起下鉆和鉆臺工作量少，從而提供了一個安全的工作環境9 連續軟管側鉆成本是利用常規鉆機鉆一新水平井的40 連續軟管鉆井的缺點1 用連續軟管鉆井之前,通常需要借助常規鉆井或修井機作好鉆前準備工作,如起出油管和封隔器等。 2 盡

8、管連續軟管可以用來下入較短的襯管,但如果要下入較長的套管柱或尾管柱,則需要借助常規鉆機或修井機才能完成。因此,目前的連續軟管作業裝置還不能完成從開鉆到完井的所有作業。 3 因連續軟管不能像常規鉆桿那樣旋轉,無法攪動可能形成的巖屑床,增大了卡鉆的風險以及BHA難以打撈等問題。 4 連續軟管內徑較小,泥漿在管內摩擦壓耗太高,限制了泥漿排量。連續軟管鉆井的缺點5 鉆壓、轉矩、水力參數和井底鉆具組合受到限制。 6 連續軟管使用壽命較短，其疲勞壽命大大短于普通鉆桿。 7 工作壓力受到限制。在地面施加壓力時，連續軟管呈正弦狀，當壓力增高時，其迅速變成螺旋狀。最終，井眼摩阻過大導致連續軟管停止前進。因此必須

9、限制施加的壓力。8 滾筒成本較高，且體積大，難以運輸和安裝。 9 由于連續軟管的柔性，使其在井眼中易受阻，可達的水平長度受限。 10 進行定向斜井或水平鉆井時，方向難以控制。 世界連續軟管鉆井發展概況 連續軟管鉆井技術是90年代以來國外大力研究和發展的一項技術,該項技術開始只是用于垂直深度9001300范圍內的低含硫低壓油藏。隨著技術的發展,目前已能用于鉆深氣井和含硫氣井。目前欠平衡連續軟管鉆氣井的垂直深度已達到2572,該技術已從陸上向海上發展。連續軟管鉆井技術已在德國、英國、美國、加拿大等國廣泛應用,鉆井井數逐年增加,從1991年至1994年,幾年時間內,已從3口增加到200口,至1997

10、年,僅在加拿大西部,用連續軟管鉆井已超過400口。連續軟管從1993年已開始用于垂直井延伸欠平衡鉆井,1995年已開始用于欠平衡水平井及開窗側鉆井。世界連續軟管鉆井發展概況 目前連續軟管用途廣泛，可用于水平鉆井、多側向鉆井、欠平衡鉆井、老井側鉆、過油管作業、小井眼鉆井、加深鉆井、淺層直井、救援井、注入井等作業。 Arco、BPAmoco、PDO等公司現均在利用現有井眼,借助連續軟管鉆井(CTD)技術開發常規鉆井技術難以達到的、隱蔽的、枯竭的油氣藏。 CTD最大的應用市場在美國的阿拉斯加,其次為加拿大。我國連續軟管技術發展狀況 1977年,我國引進了第1臺Bowen Oil Tools公司生產的

11、連續軟管作業機,目前國內共引進連續軟管作業機約20臺。陸地上(自走車裝或大拖車裝式)有大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、華北、四川、吉林、吐哈、塔里木等油田。海洋上(橇裝式)也有少數幾臺。使用范圍主要包括沖砂洗井、鉆橋塞、氣舉、注液氮、清蠟、排液、擠酸和配合測試(水平井測試或高溫高壓井測試)等。其中用得比較多的是沖洗砂堵和清蠟。 連續軟管鉆井尚屬空白，開展科研的單位也不多連續軟管鉆井技術新進展1 無焊縫,大直徑(最大尺寸達168.275mm),高強度(屈服強度已達960MPa)連續軟管出現2 連續軟管疲勞破壞的精確模擬,提高了鉆井作業的可靠性 3 連續軟管注入頭進展顯著,Hydra Rig公

12、司已經生產出HR560、HR580、HR5100型一系列注入頭4 過程控制系統、電纜安裝系統、數據采集系統等方面取得了明顯進展。5 電動連續軟管鉆井系統研制試驗成功 連續軟管鉆井技術新進展6 加拿大研制成功一種模塊化多功能鉆機7 美國設計并試驗成功一種加壓鵝頸管8 美國開發了人工智能注入頭，可減少連續軟管 彎曲變形和交變疲勞作用，使連續軟管壽命提高 709 美國開發了旋轉連續軟管的新型轉盤，在鉆井時使連續軟管以5-15r/min的速度向右旋轉，可使連續軟管壽命提高37010 美國推出了一種名叫COLT的連續軟管井底鉆具組合二連續軟管鉆井主要裝備和工具（一）連續軟管鉆井裝置類型 1 陸地連續軟管

13、鉆井裝置 2 陸地連續軟管鉆塔 3 連續軟管鉆井駁船 4 帶井架車裝連續軟管鉆井裝置 5 帶井架連續軟管鉆井駁船 6 簡易車裝連續軟管鉆井裝置 7 拖車裝連續軟管鉆井 8 模塊式海洋連續軟管鉆井裝置 （二）連續軟管鉆井裝備及工具 1 地面設備 2 底部鉆具組合（BHA） 連續軟管鉆機連續軟管陸地連續軟管鉆井裝置 裝置安裝在長方形井場中央，前開口井架固定在可以平行四邊形起升的高鉆臺底座上面。滾筒架空設計可減少連續軟管疲勞陸地連續軟管鉆塔 專用的塔式井架固定著注入頭，井架的3個側面均有可上下的扶梯，滾筒置于井架前面，鉆井泵和凈化系統置于井架右側，液壓動力裝置置于左側，主要用于陸地鉆井帶井架的車裝連

14、續軟管鉆井裝置 所有部件均安裝在一臺8輪重型車上,卡車尾部裝有兩腿井架,可利用兩個液缸起升到鉆井位置,井架放倒后卡車可在公路上自由行駛.井架上面有一個懸吊注入頭的橫梁,橫梁可沿井架上下移動,注入頭可在橫梁下面水平移動,以對準或離開井口.簡易車裝連續軟管鉆井裝置 全套裝置分別安裝在兩臺卡車上，無井架，利用隨車吊吊著注入頭對準井口，注入頭本身有坐地的框架,主要用于北極地區各種地形-4545拖車裝連續軟管鉆井裝置 無井架，所有裝置均安裝在一個大型拖車上，主要用于陸地鉆井模塊式海上連續軟管鉆機 全裝置分為注入頭、滾筒、控制室、液壓動力裝置、鉆井泵、高壓管線和凈化系統6個模塊，組裝在鉆井船上。連續軟管鉆

15、井裝備及工具導向工具、馬達、鉆頭環閥定向工具、助推器、循、多路傳輸接頭連接器、緊急分離接頭底部鉆具組合半封剪切閘板壓井管匯井控系統：封井器全封罐振動篩除砂器除泥器循環系統：泥漿泵泥漿控制室動力機組注入頭導向架連續軟管滾筒連續軟管作業機及設備地面設備連續軟管鉆井裝備連續軟管作業機示意圖連續油管(CT) 即工作管柱，是一種連續的高強度、高韌性的鋼管。連續油管外徑尺寸范圍一般為12.7114.3mm(0.54.5in)，在連續油管鉆井作業中，適合采用外徑大于44.45mm（1 34in）連續油管。 滾筒 其轉動由液壓馬達控制。滾筒上的勻繞機構和計量裝置，可以使連續油管均勻地纏繞并測量出管子的長度。另

16、外，滾筒上還裝有安全裝置，如滾筒剎車。 連續油管注入頭 主要用來為連續油管下入井內提供推力，并控制連續油管下入速度；承載懸空連續油管的全部重量；協助回收連續油管。注入頭由連續油管引導器、鏈條牽引總成、橡膠刮泥器3部分組成。 液壓動力系統 液壓動力系統的功能是，為連續油管作業提供液壓控制和操作動力。 控制臺 由各種開關和儀表組成，用于監測并操縱連續油管鉆井作業。 循環系統。循環系統由鉆井液罐、振動篩、除砂器、過濾池和離心機組成，此外還有鉆井泵。鉆井泵最高壓力通常限制為2835MPa，排量0.64mmin。 井控系統。欠平衡條件下的連續油管作業，防噴器是井控主要設備。連續油管防噴器具由封井頭、全封

17、芯子、剪斷芯子、帶有隔離閥的壓井管線、卡瓦芯子和油管芯子等組成。防噴器的設計壓力為69MPa。防噴器組底部鉆具組合2 連續油管連接器。連續油管連接器是一個外凹型連接件，通過絲扣與連續油管相連，以保證其具有抗扭、抗鉆進振動能力。 緊急分離工具。鉆井過程中鉆具遇卡時該工具可使連續油管與下部鉆具分離，并使液壓和電力通訊安全切斷。 多路傳輸接頭。實現井下與地面的數據傳送。 定向工具。當連續油管鉆水平段時，需要旋轉鉆具來改變井眼的方位和井斜。定向工具具有在地面控制定向和實時測得井下數據的能力。 助推器。當連續油管鉆井向水平延伸時，由于摩阻和管柱在井中的螺旋彎曲，鉆壓會降低。助推器有助于通過錨定鉆柱控制鉆

18、壓，抵消鉆井作業中所產生的無功扭矩和負荷。 循環閥。連續油管鉆井期間，有許多情況常需在鉆頭不轉時保持循環。循環閥能滿足這一要求。 下負載變送器。其作用是協助助推器工作。 導向工具。由電纜控制的導向工具，其作用與常規定向鉆井和水平鉆井所使用的導向工具相同，目前正在研制適用于連續油管鉆井的新型導向工具。 馬達。主要作用是使鉆頭產生旋轉，有高速低扭矩、中速中扭矩、低速高扭矩三種類型，其中低速高扭矩馬達與TSD鉆頭匹配，中速中等扭矩馬達與PDC鉆頭匹配。馬達外徑60.33mm165.10mm。 鉆頭。連續油管作業時，PDC鉆頭常用于鉆直井或鉆水平井的直井段，適用于中軟或軟地層；TSD鉆頭常用于鉆定向井

19、、水平井的造斜段或曲線段，適用于硬地層。另外，井下鉆具還包括控制管纜和井下電子儀器 三連續軟管鉆井的關鍵技術連續軟管可靠性問題鉆屑攜帶問題固井問題定向問題水平位移問題連續軟管可靠性問題失效原因：連續軟管材質不好，強度不高；工作環境惡劣，受力復雜；焊接質量差，人為操作不當失效形式：變形失效，斷裂失效，表面損傷失效內在機理：連續軟管在力的作用下超過了它的抗拉抗壓極限、直徑和橢圓度極限、由循環疲勞和腐蝕決定的使用壽命極限這三個極限之一。連續軟管可靠性問題解決方法：建立各種受力模型、計算各種強度；疲勞壽命計算；軟件跟蹤疲勞壽命；截斷法；使用變徑管；反轉使用；防止機械損傷；合理配置設備（采用大直徑滾筒和導向架、小直徑高強度軟管）鉆屑攜帶問題1原因：連續軟管不旋轉，無法攪動可能形成的鉆屑 床 ； 泥漿排量受井下馬達和噴嘴直徑限制； 管內壓降大，軟管