張 帥1，張燕萍，郭慧娟

(1.中國(guó)石油大學(xué) 機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院 ，北京 102206)①

連續(xù)管最早起源于二次世界大戰(zhàn)中“諾曼底登陸”的管線工程；1962年，開(kāi)始作為美國(guó)加利福尼亞州油田井筒清理的工具，后在傳統(tǒng)的修井和完井作業(yè)過(guò)程中也得到應(yīng)用與發(fā)展。隨著連續(xù)管鉆井系統(tǒng)、井下工具和鉆井工藝的不斷發(fā)展，連續(xù)管鉆井技術(shù)的特點(diǎn)日益凸顯[1]。目前，國(guó)外石油公司在連續(xù)管鉆井領(lǐng)域研發(fā)出多項(xiàng)先進(jìn)工具技術(shù)，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得良好效果，國(guó)內(nèi)中石油完成了多次重大現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在連續(xù)管領(lǐng)域取得重要突破，但與國(guó)外仍有較大差距。

1 連續(xù)管井下鉆具組合

由于連續(xù)管不可旋轉(zhuǎn)，其井下鉆具組合BHA(Bottom Hole Assembly)和傳統(tǒng)的井下工具也有所不同。連續(xù)管鉆井BHA主要作用包括為井下鉆井作業(yè)提供動(dòng)力、測(cè)量鉆井參數(shù)并反饋至地面、調(diào)整鉆頭工具面以保證井眼軌跡[2]等，連續(xù)管井下工具的技術(shù)水平直接影響到鉆井效率、成本以及井眼軌跡的準(zhǔn)確程度。典型的連續(xù)管定向井BHA包括連續(xù)管、變徑接頭、安全丟手、轉(zhuǎn)向器、MWD、容積式馬達(dá)和鉆頭等專用工具，如圖1所示。其中，轉(zhuǎn)向器是連續(xù)管定向鉆井的核心工具。

連續(xù)管鉆井BHA根據(jù)動(dòng)力來(lái)源或隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸方式的不同可分為無(wú)纜系統(tǒng)BHA和電纜系統(tǒng)BHA。相較于無(wú)纜系統(tǒng)BHA，電纜系統(tǒng)BHA的設(shè)備成本較高，但鉆井作業(yè)范圍廣、作業(yè)能力強(qiáng)，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸效率高，更易于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制[3-4]。最具代表性的連續(xù)管鉆井BHA是國(guó)外貝克休斯公司研制的CoilTrak系統(tǒng)(如圖2)，該系統(tǒng)已經(jīng)完成商業(yè)化應(yīng)用，包括尺寸為79.38(3英寸)、60.32(2英寸)和76.2 mm(3英寸)的井下工具，并在多次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中取得良好效果[5]。

1—連續(xù)管；2—變徑接頭；3—安全丟手；4—轉(zhuǎn)向器；5—隨鉆測(cè)量工具；6—鉆鋌；7—容積式馬達(dá)；8—鉆頭。

圖2 貝克休斯第二代CoilTrak系統(tǒng)

2 國(guó)外連續(xù)管鉆井系統(tǒng)工具

2.1 貝克休斯RSM系統(tǒng)

貝克休斯公司研制的第三代CoilTrak系統(tǒng)[6-7]引入了肋板導(dǎo)向馬達(dá)RSM(Rib-Steered Motor)，該馬達(dá)的設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)液力式可擴(kuò)展肋板，用于在鉆進(jìn)過(guò)程中降低水平井管柱摩阻，延伸水平井井身長(zhǎng)度。如圖3～4所示。

2008-07，RSM的功能性和機(jī)械完整性在阿拉斯加州的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中得到證明。在第1口76.2 mm(3英寸)井中，RSM累計(jì)循環(huán)20 h，鉆井11 h，鉆進(jìn)314 m(1 030英尺)，平均機(jī)械鉆速為28.7 m/h(94 英尺/小時(shí))。

2011-05，在阿拉斯加州首次使用RSM BHA開(kāi)窗后鉆進(jìn)，相比傳統(tǒng)彎螺桿馬達(dá)BHA所需的行程與時(shí)間減少。至2012年，RSM在超過(guò)13口井上工作，循環(huán)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)866 h，鉆井時(shí)間339 h，總鉆進(jìn)長(zhǎng)度6 912 m(22 676英尺)[7]。

圖3 貝克休斯第三代CoilTrak系統(tǒng)

圖4 肋板導(dǎo)向馬達(dá)

RSM系統(tǒng)可以有效延伸水平井井身長(zhǎng)度，并有助于提高連續(xù)管鉆井作業(yè)的運(yùn)行效率，對(duì)連續(xù)管側(cè)鉆水平井的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生積極影響。

2.2 貝克休斯CIRCATM連續(xù)管軟件

隨著科技的不斷進(jìn)步，石油行業(yè)也逐漸由依賴經(jīng)驗(yàn)型向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型過(guò)渡。2016年，為使設(shè)備性能最大化并提高作業(yè)效率，貝克休斯公司在成熟的連續(xù)管鉆井BHA基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)出CIRCA連續(xù)管軟件。該軟件基于30多a的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)，建立了符合要求的作業(yè)模型，為鉆井作業(yè)提供實(shí)時(shí)高效的參考。該軟件套件包含3個(gè)版本：CIRCA完整版(CIRCA Complete)、CIRCA專業(yè)版(CIRCA Pro)和CIRCA即時(shí)版(CIRCA Real-Time)。如表1。

表1 貝克休斯CIRCATM連續(xù)管軟件

2.3 斯倫貝謝連續(xù)管工具

斯倫貝謝公司在連續(xù)管鉆井工具應(yīng)用較為成熟的基礎(chǔ)上，研制出為現(xiàn)場(chǎng)工作提供服務(wù)的軟件，以提高連續(xù)管鉆井效率，同時(shí)將連續(xù)管鉆井技術(shù)應(yīng)用于海上鉆井作業(yè)。

2.3.1 CoilCAT(Coiled tubing computer-aided treatment)連續(xù)管計(jì)算機(jī)輔助處理軟件

CoilCAT與Schlumberger CT服務(wù)集成，形成井場(chǎng)信息管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)明智的實(shí)時(shí)決策。該系統(tǒng)不僅可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還可進(jìn)行完整的分析和設(shè)計(jì)，使井內(nèi)干預(yù)操作更加高效和可靠。CoilCAT系統(tǒng)直接將PC與CT單元的眾多傳感器連接，以捕獲所有必需的參數(shù)。該系統(tǒng)融合了設(shè)計(jì)、執(zhí)行和實(shí)時(shí)評(píng)估功能，包括CoilCADETM連續(xù)管設(shè)計(jì)和評(píng)估軟件，可以分析問(wèn)題，提出解決方案，并預(yù)測(cè)操作參數(shù)變化的影響。如圖5。

圖5 CoilCAT連續(xù)管計(jì)算機(jī)輔助處理軟件

2.3.2 CT EXPRESS快速部署連續(xù)管裝置

CT EXPRESS專為低壓，中等深度的陸基井而設(shè)計(jì)。該裝置具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：將4輛卡車的功能結(jié)合到2臺(tái)拖拉機(jī)拖車單元中，能夠?qū)崿F(xiàn)快速裝配和拆卸；無(wú)需在懸掛負(fù)載的情況下工作；提供CT和泵送功能的過(guò)程控制，提高工作效率、經(jīng)濟(jì)性和操作安全性；在崎嶇地形和極端條件下提供可靠性。如圖6所示。

圖6 CT EXPRESS快速部署連續(xù)管裝置

2.3.3 CT SEAS海上連續(xù)管自動(dòng)化裝置

CT SEAS包括平臺(tái)，浮子和張力腿平臺(tái)，具有高度靈活的特點(diǎn)，可以減少海上CT操作的時(shí)間，并且可以提供傳統(tǒng)連續(xù)管裝置的全部功能。駕駛室符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，可增強(qiáng)操作員的控制性，同時(shí)減少人員需求、裝配時(shí)間和成本。如圖7。

圖7 CT SEAS海上連續(xù)管自動(dòng)化裝置

2.3.4 CT TComp連續(xù)管海上運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)

CT TComp可以通過(guò)限制井口應(yīng)力來(lái)保護(hù)CT操作期間的井口完整性，該系統(tǒng)補(bǔ)償井架內(nèi)部或外部垂直和水平方向的井口運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，鉆機(jī)更快，所需人員更少。該系統(tǒng)的功能包括：頂升架升沉補(bǔ)償、內(nèi)部張力升力補(bǔ)償。如圖8。

3 國(guó)內(nèi)連續(xù)管鉆井系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)近幾年已經(jīng)開(kāi)展連續(xù)管鉆井工具及工藝方面的研究，但目前尚無(wú)大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，僅處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段[8]。

圖8 CT TComp連續(xù)管海上運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)

截止到目前，中石油連續(xù)管鉆井系統(tǒng)在研單位有4家，分別在遼河、大港、長(zhǎng)慶、新疆油田等地完成了十幾口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，先后完成了連續(xù)管鉆井可行性試驗(yàn)、連續(xù)管穩(wěn)斜井段鉆進(jìn)、連續(xù)管側(cè)鉆開(kāi)窗、連續(xù)管定向鉆進(jìn)、連續(xù)管水平井鉆進(jìn)等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。其中，最深井深3 503.45 m，最長(zhǎng)單井進(jìn)尺802 m，單井水平段最長(zhǎng)123 m。如表2。

表2 中石油連續(xù)管現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及階段成果

在國(guó)家“十二五”和“十三五”期間，中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院已經(jīng)自主研制了連續(xù)管連接器、非旋轉(zhuǎn)接頭、安全丟手、液力式定向器[9]、水力振蕩器以及連續(xù)管開(kāi)窗工具等連續(xù)管全套專用井下工具并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[10]，是國(guó)內(nèi)第1口連續(xù)管包括通井、刮銑、下斜向器、開(kāi)窗、定向段鉆進(jìn)和穩(wěn)斜段鉆進(jìn)全過(guò)程試驗(yàn)完成的研制和應(yīng)用單位。如圖9～10所示。

圖9 中石油工程院連續(xù)管井下工具

圖10 中石油工程院連續(xù)管開(kāi)窗工具

4 結(jié)論

1) 國(guó)內(nèi)連續(xù)管鉆井裝備、工具及技術(shù)已具備實(shí)施連續(xù)管側(cè)鉆井的能力，同時(shí)，連續(xù)管鉆井整體技術(shù)水平與國(guó)外相比仍有較大差距。缺少井下隨鉆多參數(shù)測(cè)量工具，缺少一趟鉆定向工具系統(tǒng)以及連續(xù)管鉆井監(jiān)測(cè)與控制軟件等先進(jìn)技術(shù)。未來(lái)連續(xù)管鉆井技術(shù)也必然將不斷向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。

2) 連續(xù)管鉆井技術(shù)具有低成本、低污染、高效開(kāi)發(fā)油氣資源的特點(diǎn)，隨著不斷發(fā)展，此項(xiàng)技術(shù)相較于傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將更加凸顯，成為利用鉆井技術(shù)降低作業(yè)成本的重要手段。連續(xù)管鉆井技術(shù)可廣泛用于老井側(cè)鉆、老井加深，提高剩余油的采出程度，為老油田高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)和條件保障。

3) 應(yīng)加快連續(xù)管側(cè)鉆水平井工具的進(jìn)一步研究，盡快縮小與國(guó)外公司的差距，盡快將連續(xù)管鉆井技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，研發(fā)出符合我國(guó)國(guó)情的連續(xù)管鉆井系統(tǒng)。