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1、 连续油管钻井技术连续油管钻井技术的发展连续管起源于二次世界大战期间，自六十年代开始用于石油工业。全世界的连续管作业设备，1962年第1台，七十年代中期有约200多台， 1993年有约561台；2001年2月有约850台；2004年1月有约1050台，主要分布在北美、南美和欧洲等地。目前，在国际市场上的连续管服务队伍拥有450多台连续管设备，加拿大有239台，美国有253台。我国已经引进了大约16套连续管作业设备，主要用于修井作业，还未用于钻井。连续管起初作为经济有效的井筒清理工具而在市场上赢得了立足之地。传统的修井和完井作业的经济收入占连续管作业总收入的四分之三以上。连续管设备在油气田上的应
2、用范围持续扩大，连续管钻井技术和连续管压裂技术成为近年来发展最快的两项技术。连续管钻井（CTD）研究始于六十年代。在七十年代中期，利用连续油管进行了钻井作业。当时的连续管装置包括16英尺直径的滚筒、6150FPM注入头、3000psi防喷器以及由40英尺长的管子经端面焊接而成的3000英尺长的连续管。利用该装置和转速为300rpm的 5容积式马达、三牙轮钻头等钻井工具，钻6-1/4井眼的浅井。钻了10口井后不再使用该装置。在八十年代，传统钻井在浅油气藏钻井市场有很强的竞争力，连续管钻井则不景气。这不仅是由于传统的钻井设备更为便宜，而且是由于人们认识到的连续油管钻井的好处还没有转化成改善钻井工艺
3、技术或降低钻井成本的方法。从九十年代初开始，连续管钻井技术进入了发展和应用时期。1991年，在巴黎盆地成功地进行了连续管钻井先导性试验，同年在德克萨斯利用连续管进行了3井次的重钻井作业。此后，连续管钻井技术迅速发展，至1997年，共完成了4000个连续管钻井项目（见图1 ）。 图1 CTD钻井数近年来，每年连续管钻井数9001000口，其中，老井侧钻钻定向井约120口，新钻浅直井约800口。连续管钻井技术已经成为经济高效地在各种油气藏进行加深钻井、老井侧钻、钻浅井的重要技术，在钻井市场，特别在欠平衡水平钻井市场赢得了地位。连续管钻井技术的迅速发展归功于以下几个因素：l 连续管行业已经发展到能提
4、供必要的设备和基本技术的成熟阶段；l 连续管钻井技术在市场上具有竞争力，有时甚至占上风；l 在定向钻井和欠平衡钻井方面处于技术优势地位；l 油气工业界对于连续管钻井的能力和局限性有了更多的理解，能更合理地选择钻井对象，最终使连续管钻井的成功率更高。连续管钻井系统的优点l 控制压力能力强，能在欠平衡条件下安全、高效地钻井。l 适合于现有井的加深钻井和侧钻作业，与用常规钻井设备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%40%。l 容易提高钻井工艺自动化水平，操作人员少。l 装备的机动性好，安装、拆卸容易，节约时间。l 起下钻快，钻进快，钻井作业周期短。l 地面设备占地少，适合于地面条
5、件受限制的地区或海上平台作业。l 连续油管的挠性好，能钻短弯曲半径的水平井。l 地面设备少，噪音低，污物溢出量少，对环境影响小。连续管钻井系统的缺点l 连续管直径较小，限制了能钻的井眼尺寸和泥浆流量。l 连续管不能象常规钻杆那样旋转，钻头的旋转动力只能来自井下马达，使其水平位移受到限制。l 连续管的寿命比常规钻杆的寿命短。l 用通常的连续管装置还不能完成从开钻到完钻的所有作业，需要借助于常规钻机或修井机做钻井前的准备工作，例如起出生产油管和封隔器、清洗井眼等，以及下入长段套管或尾管柱。连续管钻井的应用范围 连续管钻井的应用领域为：l 钻小井眼井l 现有井侧钻定向井l 现有井加深钻井l 钻浅井l
6、 欠平衡（负压）条件下钻井l 在3-1/2（8809毫米）或更大直径油管中过油管钻井l 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l 钻救援井l 环境敏感区（降底噪音、场地限制、防止漫溅、光学干扰）钻井 常用的连续管钻井分类，按钻井类型，有现有井定向重钻和直井钻井两类，按工艺方式，有欠平衡钻井、平衡钻井和过平衡钻井。目前，连续管钻井广泛用于钻浅直井、现有井侧钻定向井、欠平衡钻井。在钻井过程中连续管的其它应用： 取心；安放造斜器；伽码射线测量；导向工具的有线测量；下尾管和悬挂器；泡沫或液体钻井；空气雾化钻井等。连续管钻井的技术水平在早期，大部分井是用2英寸连续管和2-7/8底部钻具组
7、合钻成的。随后出现了2-3/8连续管和3-1/2底部钻具组合钻4-3/4井眼。后来发展到采用2-7/8连续管和4-3/4底部钻具组合钻6-1/4井眼。 井眼通常小于7，但已经成功钻过井眼达到13-3/4的井。1991年至1997年初，ARCO公司在德克萨斯、阿拉斯加、加里福尼亚和新墨西哥用连续管共钻了70多口井，其中，约58%的井为套管开窗侧钻，42%的井为套管鞋下方钻的延伸井（包括加深井和定向水平井），在世界上用连续管所钻的定向水平井中占了很大比例。ARCO公司用连续管在阿拉斯加普鲁德霍湾钻的井，垂深（造斜点）大约在27003000米，总井深在3350米左右，连续官钻井长度为360米左右。这
8、些井通常是通过4-1/2或5-1/2生产油管钻的，也有通过3-1/2油管钻的，其中有3 口多分支井。1995年至1997年，ARCO公司在普鲁德霍湾用连续管钻的定向水平井的平均成本是每口井大约100万美圆，而用修井机完成类似的井需要大约200万美圆。连续管所钻的井平均单井日产量为1500桶左右，平均投资回收期为85天。这一连续管钻井计划，大约90%的钻井目标与5%的经济目标获得了成功。1997年5月，壳牌英国勘探与生产公司在北海的北CORMORANT油田CN30井中用连续管在5和7尾管中开窗侧钻，窗口深度为38623866米，总井深为4137米。该井中，用连续管开窗、钻3-7/8井眼，测井，下
9、2-7/8尾管，射孔，日产油1780吨。19942000年，BP阿拉斯加勘探公司在阿拉斯加的北坡油田，采用连续管设备侧钻了250口井，2001年侧钻62口井，2002年计划侧钻46口井。大部分的侧钻井是通过4-1/2的油管钻3-3/4井眼，偶尔也通过3-1/2油管钻3井眼。这些井的总深度为33003700米，侧钻水平井长度为450720米。连续管钻井已经成为该油田的常规钻井作业。据报道，去年3月，BP公司在阿拉斯加的Niakuk油田的一口井中钻至17500英尺，创造了连续管钻井的世界记录。计算机模拟技术已经成为进行连续管钻井工艺设计、确定技术可行性、现场监控钻井作业、钻后评价钻井技术效果等不可
10、缺少的手段。随着连续管钻井技术应用日益增多，它的技术水平在不断发展提高。连续管钻井系统的组成许多连续管钻井作业能使用常规的修井作业使用的连续管设备。然而，随着CTD实践的增加和CTD作业的复杂性增加，逐渐趋向于制造CTD专用设备。也发展了特殊的混合式设备，它可以起下连续管，也可以起下常规连接管。这类设备也允许CTU做更多的钻井相关工作，例如起下完井管柱等。钻井作业的类型、地点和作业的复杂性将决定需要装备哪些地面设备。完成大部分CTD作业所需的主要设备如下：l 基本连续油管设备n 滚筒n 连续管n 连续管注入头n 动力系统、液压系统、控制系统n 起重机和支座l 管子操作设备l 压力控制设备（防喷
11、器组）l 辅助地面设备l 监测和记录设备l 安全和应急设备l 钻井流体混合、储存、循环和处理设备l 钻井、测量底部工具组合对于其中一些设备简介如下：连续油管基本设备大多数连续管钻井作业者所用的连续管基本设备与修井服务很相似（图2 ）。在某些情况下，个别设备或许要加以改进或更换，以便适应特殊用途。连续管钻井中使用较大直径连续管的趋势导致钻井设备的尺寸与修井设备尺寸很不相同。主要基本设备简介如下。图2 连续管基本设备连续管滚筒连续管滚筒的主要功能是安全地保护和储存连续管（图3 ）。这通过避免管柱疲劳（弯2图3 CT滚筒图4 CT滚筒容量曲）或机械损伤造成的过分损坏而实现。滚筒上通常连接活动弯头，使
12、得滚筒在转动过程中能通过连续管泵送流体。对于CTD作业，需要内部装有电缆的连续管、接管板和收集器总成，使得连续管柱中的电缆通过转动的滚筒（电缆弯头/收集器）连接至地面。除了操作驱动马达、刹车和缠绕管子的导向装置（排管器）系统的液压管件外，CTD作业用的滚筒上通常安装检测设备和连接器（例如MWD泥浆脉冲技术用的压力检测传感器，或连续管柱检测设备如直径和椭圆度检测装置）。滚筒的连续管理论容量（图4）能利用下式计算。其假设条件是管子在整个滚筒上缠绕得很好。实际上难以达到这种程度，必须留有余量，以便保持滚筒的容量在实际的限度内。 L = (A+C) A B K 式中 L 管子容量（英尺）；A 管子堆叠
13、高度（英寸）；B 滚筒两端法兰之间宽度（英寸）；C 滚筒芯轴直径（英寸）；K 不同管子尺寸的K值 (英尺/英寸3) 。不同管子尺寸的K值为：连续管外径（英寸）K值(英尺/英寸3)10.2621-1/40.6181-1/20.1161-3/40.08620.0662-3/80.0462-7/80.0323-1/20.021利用驱动马达和排管器可将连续管合适地排布在滚筒上。采用半径较大的滚筒能显著增加连续油管的寿命。推荐的滚筒芯轴半径见表2 。连续管即便基本的CTD作业也需要高性能连续管柱。例如，若钻井作业需要在同一井眼中多次起、下连续管柱，那么连续管柱的疲劳便会快速积累。另外，CTD作业过程中卡
14、住管柱的可能性比大多数常规修井作业更大。这不仅意味着连续管柱的性能必须最佳，而且操作人员任何时候都必须知道钻井连续管柱的工作条件限度。人们总是希望改善连续管的屈服应力以及可能使用新奇的材料如象钛合金、合成材料和陶瓷制品等，目的在于拓宽钻井深度限度，更好地监测和了解连续管在不同的压力和温度下循环使用的疲劳寿命。计算机模型已用于分析管子疲劳寿命，并在钻井中用作连续管监测系统。钻新井和定向井通常使用2-3/8或2-7/8连续管。近来，大部分垂直井加深钻井使用2连续管，大部分垂直新井钻井使用2-7/8连续管。钻井作业使用的连续管的最大外径为3-1/2，新型的混合式钻井系统使用3-1/4外径的连续管作为
15、标准配置。对于几乎所有钻井作业，推荐的管柱壁厚至少0.156，采用屈服强度为70000psi或80000psi的材料制造。然而，对于钻较深的垂直井或延伸较长的水平井，或许需要屈服强度为100000psi或110000psi的材料制造。对于有些井，可能需要使用管壁厚度从0.190逐渐减薄至0.125的锥形管柱。通常，对于给定的钻井作业，连续管的尺寸是在管子寿命（较小尺寸的管子具有较长的循环寿命，但具有较低的强度和有限的流量）和流通截面（较大尺寸的管子具有较高的强度和较大的流通截面，但具有较短的循环寿命）之间采取折衷。其结果，CTD通常使用2-3/8或2-7/8连续管。另外，需要考虑的是，在一个给定的滚筒上能缠绕的达到所需深度的连续管的数量或起重机能支撑的最大重量。在钻井设计阶段，连续管的最佳尺寸、壁厚和屈服强度是利用连续管模拟软件以及打算要钻的井的相关井的资料确定的。如果不能利用计算机模型选择确定连续管参数，可以考虑下列推荐参数：l 内部压力限度；续管运行过程中的最大泵压： 4000psi连续管处于静止时的最大
