连续管在钻井工程中的应用

连续管在钻井工程中的应用 徐月庆
 摘要：连续管钻井是一种国际上较先进的钻井方法。使用连续管钻井可以进行小井眼钻井、老井侧钻、欠平衡钻井等钻井施工，可以减了硬件和人力需求，降低作业成本。但是它也有一定的劣势，比如说连续管不能旋转，因而增加了卡钻的可能性；钻压、转矩、水力参数和井下钻具组合受到限制，可能出现螺杆钻具故障、压差卡钻、钻压传递和钻头泥包等问题。本文对这些问题进行了一定的总结。
关键词：连续管　钻井　注入头　欠平衡
前言
 连续管钻井(Coiled Tubing Drilling，简称CTD)是一种采用连续管进行钻井施工的技术。它的发展和应用始于二十世纪90年代初。连续管钻井按钻井的类型可分为定向重钻和直井钻井两类，按工艺方式分为欠平衡钻井、近平衡钻井和过平衡钻井三种。
 从连续管生产的角度，用于钻井和修井的连续管的主要不同点在于管材的直径和壁厚。许多连续管生产公司在过去几年内一直致力于开发厚壁连续管和更大更重卷轴的连续管。标准规格的钻井用连续管在连续管生产公司现在已经很容易就能够生产出来。
 连续管钻井现在主要应用在非定向浅层气井开发井和浅层注入井钻井，还有很多井眼直径小于7in的施工中。但是，直径达13-3/4 的井眼也可以用连续管施工。
 定向井现在也能够用连续管进行施工，其中包括新井、延伸井以及从已完井或水平井进行侧钻。此外连续管既能用于过平衡钻井也能用于欠平衡钻井。但是连续管的循环系统通常小于常规钻井的循环系统，因为其井眼尺寸较小限制了液体流量。
 现在许多钻井人的问题是：是否我们需要在钻井中用到连续管技术？比较常规性钻井技术，连续管钻井有很多优点，但是它也有很多局限性。使用连续管进行钻井的决定必须基于它的能力范围，因为以前人们更倾向于使用常规钻井技术。连续管有很多独特的优点使其能够在欠平衡钻井和老井眼从新利用项目中优于常规钻井技术。
连续管钻井的优点
 1）井场占地小，适合于地面条件受限制的地区或海上平台作业；
 2）特别适用于小井眼钻井；
 3）在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，因连续管管径小，可进行过油管作业，而且无需取出老井中的现有生产设备，可实现边钻边采的目的；
 4）可安全地进行欠平衡钻井作业，其最大的优势是可以确保井下始终处于欠平衡状态，减少泥浆漏失，防止地层伤害的发生；
 5）小井眼钻井可以减了硬件和人力需求，降低作业成本。根据国外的经验，与常规钻井或修井设备相比，连续管钻井可以节约费用25％（挪威北海Ula油田）至40％（ARCO阿拉斯加公司在普鲁德霍湾）。在钻机动迁费高的地区，连续管无钻机过油管重钻甚至比常规重钻节约50％以上的成本；
 6) 连续管不需接单根可以实现连续循环泥浆，减少起下钻时间和作业周期，提高起下钻速度和作业安全性，避免因接单根可能引起的井喷和卡钻事故；
 7) 连续管内置电缆后可改善信号的随钻传输，实现随钻测井，有利于实现闭环钻井；
 8) 最小限度地冲蚀地层，可以得到良好的录井质量(连续进行，无接管)；
2、连续管钻井的缺点
 1）连续管不能旋转，因而增加了卡钻的可能性；
 2）在水平分支内的有限通过距离；
 3）因直径小而限制了井眼尺寸和泥浆排量；
 4）钻压、转矩、水力参数和井下钻具组合受到限制，可能出现螺杆钻具故障、压差卡钻、钻压传递和钻头泥包等问题；
 5）庞大的滚筒不易运输和提升。
 6）连续管寿命较短。
3、连续管钻井的主要应用地区和范围
 最多的连续管钻井应用一直在加拿大和阿拉斯加。在加拿大，欠平衡连续管钻井已经非常普遍。压力控制钻井、近平衡钻井以及老井钻井等在阿拉斯加应用较为普遍。其他地区连续管钻井应用较少，只是在欧洲、远东和中东有所使用。
 威德福公司在阿尔及利亚钻井时由于地层坚硬致密，还具有磨蚀性，使用了一种新型连续管钻井系统。他们选用连续管主要是因为这一地区适合进行欠平衡钻井，并且成本和装备利用率等因素也起到了作用。威德福公司积极使用连续管钻井在阿拉斯加和加拿大地区，并应用于多分支的煤层气钻井中。
 连续管主要应用于
 ① 软地层小井眼直井；
 ② 水平井欠平衡重钻井；
 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3-1/2 in (88.9mm)或更大直径油管中过油管钻井；
 ⑤ 加深井钻井；
 ⑥ 探井；
 ⑦ 浅层气救援井(降压井)；
 ⑧ 浅层气无基座钻井；
 ⑨老井重入、边远地区勘探、边际油田开发。
4、连续管钻机设备
 （1）连续管注入头
 注入头是一套液压驱动装置，在下入连续管时，它提供向下的推力，推动连续管下井；在提升连续管时，它提供拉力，将连续管从井中取出来。连续管的运移速度可以在0至61m/min之间任意调节。
 注入头的关键部分是链条牵引总成。由液压驱动的反向旋转双链条夹持牵引式油管起下机构。
 （2）连续管滚筒
 带有均绕机构，用以均匀地缠绕连续管。滚筒所能缠绕连续管的长度和连续管直径的大小主要取决于滚筒的外径、滚筒的宽度、滚筒筒芯的直径、运输设备及公路的承载能力的要求等。
 （3）液压动力装置
 为注入头提供液压动力。
 
 （4）控制室
 为操作人员提供监控注入头、滚筒、防喷器等设备的场所。
 
 
 （5）注入头支架
 用于承受连续管在起下作业时注入头上所产生的载荷，防止弯曲力矩由注入头转移到防喷器和套管法兰上。
 （6）防喷器
 井控系统主要由防喷器组、节流管汇及遥控系统、气液分离器和油水分离器组成。连续管防喷器是一套防喷器组，它由全封闭式闸板，剪切式闸板，带卡瓦闸板和连续管闸板防喷器组成。防喷器是连续管作业不可缺少的功能和安全设备，整套连续管装置全部由液压传动控制和操作。用连续管作业装置进行欠平衡钻井时，通常要安装两组防喷器，一组是连续管防喷器，另一组是井下钻具组合防喷器。
 
 （7）钻井液循环系统
 实质上，凡是不损坏泥浆马达橡胶定子的泥浆，都能用于连续管钻井。因为井径小，钻井液容量少，所以钻井液循环系统的容积比常规钻井所要求的容积小。固控设备也包括振动筛、除砂器、除泥器和离心机。泥浆泵的功率应满足井下泥浆马达和清洗井眼的要求。因钻井液必须通过整个连续管柱才能泵到井底，卷在滚筒上的那部分连续管中的压力损失较大，选择泵压时必须考虑到这一点。
 （8）连续管钻机的地面结构
 作业时，连续管经滚筒、注入头导向架进入注入头的链条牵引总成，后经橡胶刮泥器、防喷器组进入井口装置。连续管钻机流程如图所示。目前连续管钻机的标准结构形式有将连续管系统装置安装在拖车上的、卡车上的以及滑撬式等多种结构型式。车装式还可带有注入头举升架，可对连续管钻机进行方便地操作和定位。
5、发展与展望
 大庆油田处于油田发展后期，为了最大限度的获得剩余油，许多老井需要进行侧钻，而在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，因连续管管径小，可进行过油管作业，而且无需取出老井中的现有生产设备，可实现边钻边采的目的。此外，使用连续管可安全地进行欠平衡钻井作业，最小限度地冲蚀地层，并提高钻井速度，节省钻井成本。因此，在大庆油田使用连续管钻井是油田进行新技术钻井的可行方案之一。