連續(xù)油管在增產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用

王治富

(延長油田股份有限公司 橫山采油廠，陜西 橫山 719100)

1 連續(xù)油管概況

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自1962年美國California石油公司和Bowen石油工具公司聯(lián)合研制的第一臺連續(xù)油管作業(yè)裝置(Coiled Tubing Unit CTU)投入石油工業(yè)應(yīng)用至今［1］，連續(xù)油管技術(shù)和CTU已經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷程，其間，歷經(jīng)了初級發(fā)展階段、發(fā)展“停滯”階段、高速發(fā)展階段和廣泛應(yīng)用階段。特別是20世紀(jì)90年代初，法國Elf公司利用CT技術(shù)進行老井加深，美國Oryx公司利用連續(xù)油管技術(shù)側(cè)鉆水平井以及Ensco公司利用CT技術(shù)進行欠平衡鉆井的試驗成功，極大地推動了連續(xù)油管鉆井(Coiled Tubing Drilling，CTD)技術(shù)的發(fā)展。目前CT作業(yè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鉆井(小井眼井、定向井、側(cè)鉆水平井、欠平衡鉆井等)、完井、采油、修井和集輸?shù)茸鳂I(yè)的各個領(lǐng)域，解決了許多常規(guī)作業(yè)技術(shù)和方式難以解決的問題，應(yīng)用效果明顯。

1.2 連續(xù)油管發(fā)展概況

連續(xù)油管(Coiled Tubing，簡稱CT)是由若干段長度在百米以上的柔性管通過對焊或斜焊工藝焊接而成的無接頭連續(xù)管，長度一般達幾百米至幾千米，又被稱為蛇形管或盤管。連續(xù)油管及其操縱設(shè)備稱為盤管作業(yè)機或連續(xù)油管作業(yè)機［1］(Coiled Tubing Unit CTU)。自20世紀(jì)80年代以來，基于生產(chǎn)的需要以及新技術(shù)的應(yīng)用，CT作業(yè)領(lǐng)域不斷擴大，除了清蠟、酸化、壓井、沖洗砂堵、負壓射孔、試井、測井、打撈以及作為生產(chǎn)油管等常規(guī)應(yīng)用外，還廣泛應(yīng)用于鉆井、完井、修井等作業(yè)的各個領(lǐng)域，解決了許多常規(guī)作業(yè)技術(shù)難以解決的問題，應(yīng)用效果明顯。在油氣田勘探與開發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用［2］。

現(xiàn)代連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)迄今已有40多年的歷史，其發(fā)展過程大致可分為三個階段，即60年代初至70年代初的初期快速發(fā)展階段、70年代初至80年代的發(fā)展“停滯”階段和80年代以后的擴大發(fā)展階段。

1.3 連續(xù)油管作業(yè)機

許多制造公司推出各種工業(yè)用的連續(xù)油管作業(yè)機，目前占主體地位的連續(xù)油管裝置大多采用垂直反向旋轉(zhuǎn)的鏈條驅(qū)動注入頭，下面對連續(xù)油管裝置的主要組成構(gòu)件加以介紹。

圖1 連續(xù)油管作業(yè)機的組成示意圖

主要設(shè)備構(gòu)成元件有:

①連續(xù)油管注入頭;②連續(xù)油管卷筒;③井口防噴器組;④液壓動力系統(tǒng);⑤控制臺。

2 連續(xù)油管在增產(chǎn)作業(yè)中的應(yīng)用

在油氣井鉆井，完井及生產(chǎn)過程中造成的地層傷害會嚴重束縛生產(chǎn)能力，地層傷害的原因有許多，必須根據(jù)傷害類型和傷害程度選擇實施適當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)措施。

(1)地層傷害程度的評價

通常地層傷害表現(xiàn)為當(dāng)流體性質(zhì)和井底流壓不變時產(chǎn)量下降，盡管通過產(chǎn)量下降可以斷定有傷害產(chǎn)生，但還需通過地層生產(chǎn)潛力評價定量分析地層的傷害程度。

通過地層特性資料、巖心和電測資料可進行地層評價，但更為精確的方法是通過不穩(wěn)定壓降試井，確定出滲透率及產(chǎn)層高度，然后用達西穩(wěn)定態(tài)徑向流公式預(yù)測流動潛力:

(2)傷害機理

如果在生產(chǎn)井或注入井中存在傷害，第一步應(yīng)判斷傷害原因，有四種基本的傷害機理會引起油氣產(chǎn)量的降低:①固體顆粒堵塞;②水鎖;③粘土膨脹;④微粒運移。

各種傷害原因都會阻塞地下流體的流動暢通，在鉆井，完井，作業(yè)，生產(chǎn)或注入等過程中都會發(fā)生傷害，有時可能幾種傷害原因同時存在，增加了增產(chǎn)作業(yè)的復(fù)雜程度。在此對地層傷害原因及評價不作過多的討論，但正確認識傷害原因?qū)υ霎a(chǎn)作業(yè)是十分重要的，如果在增產(chǎn)措施前不能正確判斷傷害原因，就可能造成措施失敗。

2.1 連續(xù)油管增產(chǎn)措施

當(dāng)?shù)貙觽Τ潭燃皺C理確定后，就可以進行增產(chǎn)措施優(yōu)化設(shè)計，通常增產(chǎn)措施分為水力壓裂和化學(xué)處理兩大類，化學(xué)處理措施主要通過酸或化學(xué)藥劑與地層或污染物反應(yīng)來解除傷害，一般注入排量和壓力都不高，利用連續(xù)油管可以滿足作業(yè)要求。

利用連續(xù)油管進行增產(chǎn)作業(yè)具有許多優(yōu)點，作業(yè)機占用空間小、不需要安裝常規(guī)修井設(shè)備等。以往都是用油管柱輸送酸液或其它工作液，酸液通過油管被整體驅(qū)替到目的層段，可能會因為工作液對目的層段的覆蓋率小、泵注中斷及造成附加地層傷害等導(dǎo)致措施無效。

連續(xù)油管酸化作業(yè)主要優(yōu)點之一是能在作業(yè)過程減小附加的地層傷害，連續(xù)油管可以進行不壓井作業(yè)，無需用存在傷害可能的壓井液壓井，同時也無需起出生產(chǎn)管柱使環(huán)空內(nèi)液體進入地層。由于不需要釋放封隔器和起出生產(chǎn)油管，井口及井下壓力密封裝置就不會象起出油管進行作業(yè)時那樣容易損壞。

在用連續(xù)油管柱泵注工作液前應(yīng)用酸洗液循環(huán)沖洗，將生產(chǎn)管柱或完井段處工作管柱內(nèi)的絲扣油或其它非溶性碎屑清除，同時還避免生產(chǎn)管柱與酸接觸造成的不必要腐蝕，并減小了管柱污垢及鐵銹溶解后被驅(qū)替到地層中的可能性。

其它優(yōu)點還有作業(yè)過程中的安全性以及工作液泵注循環(huán)的連續(xù)性，主要是因為同心連續(xù)油管柱伴隨泵注可以在井筒內(nèi)上下移動，從而在以下兩個方面提高了增產(chǎn)作業(yè)的能力:

第一，酸液可以選擇性地注入到特定井段或在井筒上下活動以覆蓋整個處理井段。酸化作業(yè)完成后，即可用連續(xù)油管進行井筒舉升，減小了殘酸在井內(nèi)的滯留時間，從而減小了酸化作業(yè)中造成二次傷害。當(dāng)井經(jīng)舉升并洗凈后，可在不壓井的條件下起出連續(xù)油管。

第二，連續(xù)油管作業(yè)過程的封閉性提供了對井連續(xù)有效控制的能力，并杜絕了如H2S和井口附近殘酸氣體造成的危險，連續(xù)油管作業(yè)全部過程都是透過遙控儀表車控制的，從而使施工人員避免了在危險環(huán)境條件下工作。

2.2 酸化作業(yè)應(yīng)用

在連續(xù)油管酸化作業(yè)設(shè)計中應(yīng)考慮幾個方面的內(nèi)容:液體體系的選擇、泵注程序設(shè)計、作業(yè)準(zhǔn)備及作業(yè)過程控制、以及作業(yè)后處理措施等。

2.2.1 酸液體系

在酸化作業(yè)中，酸液可通過調(diào)整呈一種或多種流態(tài)形式使用。最常用的是酸液，其中加有各種添加劑與緩蝕劑，可直接從貯罐通過連續(xù)油管泵送到目的段。對于正常壓力的地層，這種酸液體系是有效的。

酸與氮氣混合可以改善酸液使用性能，氮氣與酸液可按氣液比低于89.05 m3/m3進行混合，加入氮氣提高了措施后液體返排能力。

在酸液中加入表面活性劑，并按142.5～320.6 m3/m3。氣液比與N2混合，可以形成穩(wěn)定的泡沫體系。泡沫酸產(chǎn)生的靜水壓頭低，加大了酸液與地層面容比。但在砂巖基質(zhì)酸化中，泡沫乳化引起的轉(zhuǎn)向束縛了工作液進入地層的能力，因此泡沫酸一般用于處理酸鹽巖地層。

另一常用的酸液體系是霧化酸，N2與酸液混合的氣液比要超過356.2 m3/m3。霧化酸系統(tǒng)用于處理液體敏感性氣層，并具有較高面容比。

通常，酸液用量需根據(jù)改造深度及地層孔隙度進行估計，一般地如采用多相酸液體系，用酸量將大大增加，相應(yīng)地作業(yè)時間延長。在進行氮氣伴注作業(yè)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮這些因素，但不能因為要減小施工時間而犧牲解除傷害所需用酸量。

酸化泵注程序應(yīng)按如下步驟進行，以保證工作液最佳的布置:

①沖洗井，清除預(yù)處理段的污染物(一般用隋性液體或芳香族溶劑)，并記錄下視始注入排量和壓力，以與預(yù)處理過程對比。②預(yù)處理，注入一段酸洗液段塞或在泵注土酸前泵注鹽酸。③用惰性液驅(qū)替酸洗液。④根據(jù)需要使用轉(zhuǎn)向劑，以暫時封堵已處理段使液體發(fā)生轉(zhuǎn)向進入其它層段。常用的轉(zhuǎn)向劑有可溶性顆粒(鹽粒或油溶樹酯)、水基泡沫乳狀液，或機械封隔裝置(單個或跨式封隔器)使液體轉(zhuǎn)向。⑤按設(shè)計的酸液泵注程序注入酸液段塞，直到達到設(shè)計用量為止。

2.2.2 酸液泵注程序

破裂壓力梯度這一參數(shù)在基質(zhì)酸化設(shè)計中是非常重要的，當(dāng)酸液進入地層時會因地層傷害有一定阻力，如果作業(yè)壓力大于地層破裂壓力，會在地層內(nèi)產(chǎn)生裂縫，使處理液沿裂縫進入地層，造成對近井地帶傷害區(qū)域不能進行有效改造。

在采用常規(guī)油管進行酸化作業(yè)時，需在預(yù)處理層段上方下一個封隔器，觀察到的實時壓力僅僅是地面泵注壓力，為減小壓開地層的可能性，必須對影響地面泵注壓力的所有參數(shù)進行準(zhǔn)確估計。

在泵注過程中，液體由替置液轉(zhuǎn)換為酸液時，液體粘度隨酸液流態(tài)(液態(tài)、硝化、泡沫或霧化)及溫度的升高而發(fā)生變化。對于酸液體系，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時液體粘度隨之降低。作業(yè)公司可利用穩(wěn)定熱傳遞模型評價系統(tǒng)，來評估流體的物理性能與溫度的變化關(guān)系。

最大注入排量(MIR)是指在不壓開地層的條件下所能容許的最大泵注排量。在大多數(shù)連續(xù)油管增產(chǎn)作業(yè)中，泵注排量是通過對井底作業(yè)壓力實時檢測進行控制的，但是這種靜態(tài)壓力計算方法只有當(dāng)井底壓力能支持全井筒靜液柱壓力時才能使用，另外當(dāng)使用膨脹式封蕊器封隔地層時，無法通過環(huán)空測量井底壓力。在這些場合下，最大注入排量的計算是至關(guān)重要的。

通過計算MIR值，也可進行作業(yè)時間的估計，因為MIR是泵注排量的上限，一旦MIR確定，就確定了施工排量的范圍。

一旦施工排量確定后，就要進行連續(xù)油管尺寸的篩選，小尺寸連續(xù)油管會因摩擦損失大，達不到設(shè)計的酸液排量，另外如果作業(yè)壓力過大會導(dǎo)致連續(xù)油管承受較大循環(huán)載荷，造成連續(xù)油管“膨脹”壁厚減小，當(dāng)內(nèi)壓超過17.24 MPa將非常嚴重，再加上與腐蝕性液體接觸，將大大降低連續(xù)油管所容許的工作壓力。因此，應(yīng)盡可能使用最大尺寸的連續(xù)油管，阻減小泵注時的摩擦阻力損失。

在許多酸化作業(yè)中，常使用復(fù)合沖洗工具使酸液按一定方向形成渦流，具體可根據(jù)MIR值和各種工具的水力特性選擇沖洗工具。

2.2.3 作業(yè)準(zhǔn)備

不管連續(xù)油管的作業(yè)壽命如何，由于與各種氧化物和氯化物接觸，管子內(nèi)表面都會有一定的鐵銹，在酸化過程中，酸與鐵銹反應(yīng)并被攜帶到地層內(nèi)會造成新的傷害。因此在酸化作業(yè)前，連續(xù)油管應(yīng)用酸洗液循環(huán)除去鐵銹。Halliburton公司研究發(fā)現(xiàn)，僅僅0.127 mm厚的鐵銹，溶解后三價鐵的含量就達0.234 kg/m2。用15%鹽酸清洗3810m長的各種連續(xù)油管的鐵銹所需酸液用量參見表1。

由于連續(xù)油管為連續(xù)管串，現(xiàn)場或室內(nèi)進行酸洗都較容易，但無論何時作業(yè)，一定要在作業(yè)前進行酸洗。

在作業(yè)前還應(yīng)對系統(tǒng)的摩擦損失加以分析。對于作業(yè)中使用的沖洗工具，應(yīng)根據(jù)不同注排量分析壓力損失以備實際作業(yè)時使用。

表1 清洗3810m長連續(xù)油管的用酸量

2.2.4 作業(yè)實施

連續(xù)油管基質(zhì)酸化具有伴隨液體泵注可移動管串能力，但管柱上下往復(fù)運動的次數(shù)應(yīng)加以控制，以盡量減小連續(xù)油管的彎曲循環(huán)次數(shù)。

在進行各種增產(chǎn)作業(yè)前，現(xiàn)場必須進行酸液滴定試驗以檢查酸液濃度，在罐內(nèi)可通過水力攪拌使緩蝕劑、表面活性劑及其它添加劑與酸液充分混合均勻。

現(xiàn)場需要通過觀察環(huán)空壓力變化控制酸化作業(yè)過程，可用一雙筆式記錄儀，檢測并記錄連續(xù)油管內(nèi)及環(huán)空內(nèi)壓力，以進行現(xiàn)場實時評價和對后處理措施進行檢測。

2.2.5 增產(chǎn)作業(yè)后沖洗井

從處理段處將殘酸清除以盡量減小溶解物的沉淀，在注入井中，需要用大量水溶液沖洗清除近井地帶的酸液。對于生產(chǎn)井，應(yīng)盡快將殘酸液返排出地面，這就需要用連續(xù)油管泵注低密度流體進行液體舉升。

2.3 連續(xù)油管酸化及化學(xué)處理作業(yè)程序

(1)在連續(xù)油管下端安裝沖洗工具。根據(jù)所需的水動力作用確定噴嘴的方位、直徑及數(shù)量。

(2)伴隨泵注沖洗液。將連續(xù)油管下至預(yù)處理段以下深度處，如果完井段以下有較深的口袋，在預(yù)處理段以下用高于酸液密度的鹽水循環(huán)沖洗，以減小施工過程中液體交換。

(3)開始泵注預(yù)沖洗液。從連續(xù)油管內(nèi)注入并從連續(xù)油管與生產(chǎn)油管環(huán)空中返出或用于驅(qū)替生產(chǎn)液到地層中。

(4)在泵注預(yù)沖洗液同時，緩慢上提連續(xù)油管柱，上提速度控制在井筒液體能用等量體積溶劑替代，這樣做的目的是將沖洗液被驅(qū)替到地層內(nèi)之前，使溶劑能夠覆蓋整個完井井段。

(5)一旦完井井段完全被溶劑覆蓋，停止移動連續(xù)油管，關(guān)閉環(huán)空，并驅(qū)替溶劑到預(yù)處理段。

(6)用酸洗段塞驅(qū)替預(yù)沖洗液。當(dāng)酸洗液流出噴嘴后，在完井段上下活動連續(xù)油管，以保證所有的射孔孔眼都進行酸浸。

(7)待酸洗液泵注完。注入第一個轉(zhuǎn)向劑段塞驅(qū)替酸液。轉(zhuǎn)向劑用量根據(jù)層段長度和處理范圍進行設(shè)計，在注入時應(yīng)往復(fù)移動連續(xù)油管。

(8)按設(shè)計要求交替泵注酸液和轉(zhuǎn)向劑段塞，在完井段上下移動連續(xù)油管。

(9)用沖洗液將酸從連續(xù)油管中替出進入完井段中。許多場合下，伴注氮氣以幫助洗井。

(10)施工完畢后，將連續(xù)油管下到處理段以下，用清潔液體沖洗井下設(shè)備，清除施工中落入井底而不易反排出的高腐蝕性酸液。

(11)采取合理的后處理清洗措施。

2.4 連續(xù)油管增產(chǎn)作業(yè)注意事項

①保證酸液在泵注前配制好，在貯存罐內(nèi)攪拌幾分鐘，使酸、緩蝕劑、表面活性劑混合均勻。如果液量較大時，應(yīng)提高攪拌速度并延長混合時間以保證完全混合。

②現(xiàn)場準(zhǔn)備好酸液滴定工具，在泵注前測定酸液濃度并與設(shè)計值對照。

③檢查與環(huán)空連接的循環(huán)管線，觀察并確定管線是否有NACE認證的耐腐蝕作業(yè)用。“流動三通”。

④安裝一個雙筆式壓力記錄儀，并聯(lián)接到連續(xù)油管及連續(xù)油管與生產(chǎn)油管環(huán)空中，以檢測施工過程中壓力變化。

⑤在循環(huán)管線上安裝可調(diào)式節(jié)流閥，并現(xiàn)場準(zhǔn)備一個供替換用的心軸，使用前應(yīng)進行刻度標(biāo)定。

⑥如果設(shè)計需要水動力作用，在連續(xù)油管尾部安裝沖洗工具。

⑦檢查PH值測試工具以及中和化學(xué)藥品是否到位，返排出的殘酸液在處理及排泄前應(yīng)進行測試和中和。

⑧確保操作人員用合理的安全設(shè)施操作化學(xué)藥品(防護面罩、橡膠手套、擋板等)。

⑨現(xiàn)場安裝一個輕便沖洗及化學(xué)燃燒站，準(zhǔn)備足夠的沖洗用水。

3 認識和建議

3.1 連續(xù)油管國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

1985年以來，國內(nèi)陸上各油田共引進連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備20多臺，主要分布在［4］大慶、勝利、中原、河南、大港、遼河、新疆等油田。大慶油田、塔里木油田、吐哈油田利用連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)進行了氣舉、清蠟、洗井、沖砂、測井、擠水泥作業(yè)，成功地解決了油田生產(chǎn)中的一些特殊難題，取得了良好的效果，但與國外相比，作業(yè)設(shè)備的利用率還比較低。

在CT應(yīng)用方面，由于國內(nèi)CT技術(shù)和裝備的限制，主要局限于直井的簡單作業(yè)，不能充分發(fā)揮CT的作用，應(yīng)用方面還存在如下問題:

①設(shè)備利用率低;②工具配套不完善，影響其應(yīng)用范圍;③各油田重視程度不夠，技術(shù)儲備少。

3.2 未來市場需求

我國還沒有CT的生產(chǎn)制造單位，因此開發(fā)出國產(chǎn)CT以適應(yīng)市場的需求是當(dāng)前的重要任務(wù)。隨著CT設(shè)備的引進和改造，CT的使用范圍進一步擴大，市場前景良好。

3.3 當(dāng)前技術(shù)突破關(guān)鍵

連續(xù)油管推廣應(yīng)用中技術(shù)是一個很大的障礙，主要在工具配套和作業(yè)工藝的技術(shù)人員培訓(xùn)。CT有限的工作壽命，鉆柱屈服強度以及井眼直徑和馬達的能力等工具配套目前還不能達到油田生產(chǎn)的要求。另外，缺乏經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的CTD作業(yè)技術(shù)人員，使得連續(xù)油管的現(xiàn)場應(yīng)用得到限制。

3.4 建議

連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)［3］是一項具有廣闊發(fā)展前景的實用性技術(shù)。根據(jù)目前該項技術(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀，建議從以下幾方面采取措施，以縮短與國外技術(shù)的差距:

①加強連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)和工藝的研究工作。

②研制連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備與配套工具，盡早實現(xiàn)國產(chǎn)化。

③研制國產(chǎn)連續(xù)油管。

④加強連續(xù)油管地面檢測設(shè)備的研制。

［1］張嗣偉.石油連續(xù)柔性管技術(shù)的現(xiàn)狀與進展［J］.石油專用管，1997，5(3):1－7.

［2］賀會群.連續(xù)油管技術(shù)與裝備發(fā)展綜述［J］.石油機械，2006，34(1):1－6.

［3］黃志潛，高學(xué)和著.連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)［J］.石油工業(yè)出版社，1998，105－108.

［4］張嗣偉，王優(yōu)強.對我國連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的思考［J］.石油礦場機械，1999，4－6.