連續(xù)管鉆井技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用*

李 寅，尹方雷，白冬青

（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司 工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010）

1944年，跨英吉利海峽第一條連續(xù)管的鋪設(shè)標(biāo)志著連續(xù)管作業(yè)技術(shù)的誕生。1962 年，美國加利福尼亞石油公司和波恩石油工具公司聯(lián)合研制了第一臺(tái)用于沖砂作業(yè)的連續(xù)管裝備，連續(xù)管技術(shù)開始應(yīng)用于石油領(lǐng)域，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。直至20 世紀(jì)90 年代，連續(xù)管鉆井技術(shù)在美國和加拿大取得成功應(yīng)用并迅速推廣，逐漸應(yīng)用于老井加深、開窗側(cè)鉆斜井或水平井、欠平衡鉆井、微小井眼鉆井等[1]。與傳統(tǒng)鉆井技術(shù)相比，連續(xù)管鉆井設(shè)備體積小、自動(dòng)化程度高、動(dòng)遷性能好；連續(xù)管無接頭、無變徑、承壓高、易于預(yù)置光纖和電纜，能夠動(dòng)態(tài)密封并在井內(nèi)連續(xù)起下，極大縮短了作業(yè)周期，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了開采成本，擁有更高的安全性。近年來，我國連續(xù)管鉆井技術(shù)也得到了快速發(fā)展，并在側(cè)鉆井應(yīng)用方面取得了一系列進(jìn)展[2]。

1 連續(xù)管鉆井技術(shù)

連續(xù)管鉆井技術(shù)是用連續(xù)管取代鉆桿進(jìn)行鉆井作業(yè)，施工設(shè)備包括連續(xù)管鉆機(jī)、配套循環(huán)設(shè)備、固控設(shè)備及輔助設(shè)備等。連續(xù)管鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)型式包括車裝自走式、拖車式、撬裝式、單模式和復(fù)合式等。鉆機(jī)裝備有操控室、容納連續(xù)管的滾筒、提供注入與提升功能的注入頭及輔助設(shè)備等[3]。由于連續(xù)管管柱不能旋轉(zhuǎn)，井下工具通常以螺桿等作為動(dòng)力鉆具，采用專用的定向工具調(diào)整工具面，并配有隨鉆測量工具、安全丟手、連接器等輔助工具。井下數(shù)據(jù)可以通過泥漿脈沖以及預(yù)置于連續(xù)管內(nèi)的電纜進(jìn)行傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)與動(dòng)力傳輸方式不同，井下工具系統(tǒng)分為有線與無線兩種。定向工具調(diào)整工具面方式可分為液控式、電液控式、電控式等，其中液控式結(jié)構(gòu)簡單、定向精度低、調(diào)整周期長，電液控式與電控式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高，但定向精度高、調(diào)整速度快，更利于井身軌跡要求高的水平井等施工[4]。由于連續(xù)管無接頭，鉆進(jìn)過程不用接單根，起下鉆方便，施工效率高，因此，適用于直井淺鉆、側(cè)鉆井、側(cè)鉆水平井等多種井型的施工，在欠平衡鉆井、氣體鉆井領(lǐng)域有獨(dú)特的優(yōu)勢[5-6]。

2 連續(xù)管鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀

國外連續(xù)管鉆井技術(shù)發(fā)展較早且更成熟，連續(xù)管設(shè)備齊全，NOV、S&S、Xtreme 等公司生產(chǎn)的連續(xù)管鉆機(jī)包括車裝自走式、拖車式、撬裝式、復(fù)合式等各種類型多種型號(hào)，并配備有專用于連續(xù)管鉆井的井控設(shè)備、循環(huán)設(shè)備等[7]。圖1所示為復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)。

圖1 復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)

井下工具的發(fā)展在經(jīng)歷了機(jī)械式與液控式后，目前以電液控式及電控式井下工具系統(tǒng)為主，并在現(xiàn)場開展了廣泛的應(yīng)用。例如：貝克休斯公司研制的CoilTrak系統(tǒng)（如圖2所示），斯倫貝謝公司的VIPER 系統(tǒng)，Antech 公司的COLT 定向系統(tǒng)等，均為電液控或電控定向系統(tǒng)，可在360°范圍內(nèi)調(diào)整工具面角，精度在1°以內(nèi)，部分產(chǎn)品可達(dá)到0.1°，配備有專業(yè)軟件進(jìn)行操作及分析設(shè)計(jì)，并在現(xiàn)場施工中開展了應(yīng)用[8-9]。

國外連續(xù)管管材以NOV 公司為代表，可生產(chǎn)常規(guī)系列QT800、QT900、QT1000鋼級(jí)（對應(yīng)國內(nèi)CT80、CT90、CT100），管徑19～88.9 mm（0.75～3.5 in）。高溫高壓系列ATP110、ATP120、ATP130、ATP140鋼級(jí)（對應(yīng)國內(nèi)CT110、CT120、CT130、CT140），管 徑 為44.5～73 mm （1.75～2.875 in）。多種鋼級(jí)、管徑、壁厚的系列產(chǎn)品已在現(xiàn)場大量應(yīng)用。

早在1976年，加拿大Flex Tube公司采用直徑60 mm連續(xù)管作為鉆柱在加拿大Alberta東南部地區(qū)鉆淺氣井使用[10]。1991年，美國Oryx能源公司在得克薩斯州采用連續(xù)管鉆井技術(shù)成功在一口老井中完成側(cè)鉆水平井，成為連續(xù)管鉆井技術(shù)步入實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)志性開端[11]。此后，連續(xù)管鉆井技術(shù)迅速從技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)階段進(jìn)入到商業(yè)化應(yīng)用階段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球擁有連續(xù)管鉆井裝備100多臺(tái)套，已累計(jì)鉆成1萬多口井；作業(yè)類型包括老井加深、側(cè)鉆和淺層油氣井鉆井等。斯倫貝謝公司在全球連續(xù)管鉆井?dāng)?shù)量已經(jīng)超過1 400井次，貝克休斯在1996年—2015年利用連續(xù)管有線鉆井系統(tǒng)完成了777口側(cè)鉆井施工，康菲、威德福等公司在阿拉斯加、中東等地也開展了一系列施工，取得了良好效果[12]。位于阿拉斯加北部斜坡的3口連續(xù)管側(cè)鉆井水平井都取得成功，從上覆頁巖開始側(cè)鉆，3 048 m開窗，Φ76.2 mm連續(xù)管鉆至3 870 m，水平段長426.7 m。2013 年Xtreme 公司在Eagle Ford采用Φ60.3 mm連續(xù)管鉆進(jìn)6 200 m。BP公司2006年6月在沙特阿拉伯Sharja氣田Sajaa16-3井運(yùn)用連續(xù)管側(cè)鉆井技術(shù)，3次側(cè)鉆進(jìn)尺為3 929～5 192 m，產(chǎn)量是直井的20倍以上。

連續(xù)管鉆井中30%是水平井和分支井，開窗側(cè)鉆井占43%，欠平衡鉆井和氣體鉆井占82%。氣體鉆井是使用氣體作為循環(huán)介質(zhì)取代常規(guī)鉆井液，可以使用氮?dú)狻⑻烊粴獾龋貏e是使用老井已有的生產(chǎn)管線，管網(wǎng)天然氣倒輸，使用管網(wǎng)天然氣鉆入氣層，返出來的天然氣分離后返回采氣站，省掉鉆井液循環(huán)凈化系統(tǒng)，可大幅降低鉆井成本。由于是負(fù)壓鉆井，機(jī)械鉆速高，鉆井周期也隨之下降。連續(xù)管氣體側(cè)鉆水平井集成了最先進(jìn)的鉆井技術(shù)，目前只有美國成功開展應(yīng)用。2014年，Antech公司采用Φ88.9 mm連續(xù)管、127 mm POLARIS導(dǎo)向工具，用連續(xù)管氮?dú)鈧?cè)鉆鉆進(jìn)，在Φ152.4 mm井眼內(nèi)鉆進(jìn)水平段達(dá)438 m，鉆速較常規(guī)鉆井提高5倍[13]。

2.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)連續(xù)管鉆井技術(shù)起步較晚，與國外技術(shù)水平和應(yīng)用規(guī)模差距較大，但近年來發(fā)展較快。早期的設(shè)備以連續(xù)管作業(yè)機(jī)為主，均為單模，形式上主要是車裝自走式、拖車式。中國石油工程技術(shù)研究院先后研制了LZ580-73T連續(xù)管鉆機(jī)與LZ900/73-3500型復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)并在現(xiàn)場成功應(yīng)用。其中，LZ580-73T 連續(xù)管鉆機(jī)于2012 年研制成功，為單模連續(xù)管鉆機(jī)，由主車和輔車構(gòu)成，主車為拖車式，注入頭最大拉力580 kN，注入頭最大注入力290 kN，注入頭最大起下速度40 m/min。該車經(jīng)過嚴(yán)格的單元、整車調(diào)試，-20～45 ℃條件下可正常施工，在12口井現(xiàn)場試驗(yàn)中，不停機(jī)連續(xù)正常運(yùn)行超過360 h，驗(yàn)證了其可靠性[14]。LZ900/73-3500型復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)，配備了井架、游動(dòng)系統(tǒng)，極大地提升了連續(xù)管鉆機(jī)的作業(yè)能力與適應(yīng)性，其主要技術(shù)參數(shù)如下：注入頭最大提升力900 kN，注入頭最大注入力270 kN，注入頭最大起升速度35 m/min，適用連續(xù)管外徑50.8～88.9 mm，最大鉤載1 125 kN，額定鉤載800 kN，絞車功率290 kW，井架高度26 m。另外，煙臺(tái)杰瑞石油裝備技術(shù)有限公司、四川宏華石油設(shè)備有限公司等也具備生產(chǎn)連續(xù)管鉆機(jī)的能力。

中國石油工程技術(shù)研究院研制了連續(xù)管連接器、安全丟手、液力式定向器、水力振蕩器以及連續(xù)管開窗工具等連續(xù)管無線井下工具，并應(yīng)用于現(xiàn)場試驗(yàn)。2015年，在大港油田G142-XK井完成了國內(nèi)第一口包括通井、刮銑、下斜向器、開窗、定向段鉆進(jìn)和穩(wěn)斜段鉆進(jìn)等全過程的連續(xù)管側(cè)鉆井試驗(yàn)。中國石油長城鉆探工程有限公司自主研發(fā)了電液控式的有線工具，包括電液控丟手、定向工具、隨鉆測量工具、開窗工具等系列工具，經(jīng)多口井現(xiàn)場試驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠，滿足現(xiàn)場施工要求[15]。2017年—2019年在現(xiàn)場完成了4口井側(cè)鉆井、側(cè)鉆水平井試驗(yàn)，均完成了開窗與全部裸眼段鉆進(jìn)，最大進(jìn)尺802 m，最大井斜90.11°，均創(chuàng)國內(nèi)紀(jì)錄。

寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司于2009年建成世界第三、亞洲第一條連續(xù)管生產(chǎn)線，經(jīng)過10多年的發(fā)展，開發(fā)出系列超高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫連續(xù)管產(chǎn)品。目前能夠生產(chǎn)CT55～CT150鋼級(jí)、管徑25.4～88.9 mm（1～3.5 in）多種規(guī)格的連續(xù)管，累計(jì)生產(chǎn)銷售連續(xù)管產(chǎn)品6萬余噸，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大油田，國內(nèi)市場占有率始終保持第一。

國內(nèi)主要在遼河、大港、長慶等油田開展了現(xiàn)場試驗(yàn)。由于早期不具備復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)，現(xiàn)場試驗(yàn)均采用修井機(jī)與連續(xù)管鉆機(jī)聯(lián)合施工的方式，修井機(jī)提供鉆臺(tái)、井架、游動(dòng)系統(tǒng)和配套的循環(huán)系統(tǒng)、固控設(shè)備等，配合連續(xù)管鉆機(jī)施工。復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)成功研制后，可以獨(dú)立完成作業(yè)，但試驗(yàn)不多，還未能大范圍推廣。

3 國內(nèi)連續(xù)管側(cè)鉆井施工案例

3.1 DC85-XX井

長慶油田DC85-XX 井，是一口Φ139.7 mm套管開窗側(cè)鉆定向井，設(shè)計(jì)井深2 137 m，開窗點(diǎn)1 790 m，由Φ73 mm連續(xù)管配合復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。該井采用液力定向器作為定向工具，進(jìn)行MWD 隨鉆測量，以單彎螺桿與PDC鉆頭鉆進(jìn)，完成了393 m裸眼段鉆進(jìn)。

3.2 J2-7-XXXC井

遼河油田J2-7-XXXC井是一口Φ139.7 mm套管開窗側(cè)鉆定向井，設(shè)計(jì)井深為1 510 m，開窗點(diǎn)為1 102 m，由車載修井機(jī)配合連續(xù)管鉆機(jī)采用NOV 公司QT900 鋼級(jí)Φ73 mm 連續(xù)管開展施工。施工中以常規(guī)鉆具開窗后，用連續(xù)管進(jìn)行裸眼鉆進(jìn)。定向采用有線傳輸電液控式井下工具，鉆具組合：Φ117.5 mm 牙輪鉆頭+Φ102 mm 單彎螺桿+Φ86 mm 隨鉆測量工具+Φ95 mm 定向工具+Φ73 mm 加重鉆桿+Φ95 mm丟手接頭+Φ95 mm連接器+Φ73 mm連續(xù)管，完井井深1 533 m，最大井斜25.76°，鉆井周期157 h，機(jī)械鉆速5.53 m/h，高于同區(qū)塊平均機(jī)械鉆速。

4 國內(nèi)連續(xù)管鉆井技術(shù)發(fā)展瓶頸分析

4.1 連續(xù)管鉆井裝備

國內(nèi)連續(xù)管鉆機(jī)經(jīng)歷了單模式、復(fù)合式的發(fā)展歷程，在短短10年期間走過了國外企業(yè)數(shù)十年的發(fā)展歷程，主要性能參數(shù)也達(dá)到了國際先進(jìn)水平，體現(xiàn)了國內(nèi)連續(xù)管鉆井裝備技術(shù)水平的飛速發(fā)展。但在研發(fā)與應(yīng)用過程中，表現(xiàn)出一些不足，與國外總體技術(shù)水平和綜合能力還存在一定差距。

由于國內(nèi)連續(xù)管鉆井技術(shù)推廣力度不足，連續(xù)管鉆機(jī)需求量較少，鉆機(jī)型號(hào)單一，還未形成產(chǎn)品系列，并不能滿足現(xiàn)場的各種需求。在研發(fā)和應(yīng)用過程中，不同的結(jié)構(gòu)型式具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，沒有哪一種機(jī)型可以作為萬能機(jī)型適用于所有井況。例如，國內(nèi)的復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)在技術(shù)水平與施工能力上都高于單模連續(xù)管鉆機(jī)，但由于國內(nèi)各油田道路情況與井場大小不同，有的井場地勢平坦，出入井場道路條件好，大型設(shè)備也能夠順利到達(dá)井場并順利展開安裝，此時(shí)，復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)能充分發(fā)揮自身優(yōu)勢；有的井場處于山坡地區(qū)，道路崎嶇狹窄，大型設(shè)備無法直接到達(dá)，需要拆裝運(yùn)輸，到達(dá)井場后重新組裝，過小井場甚至無法順利展開布置，這時(shí)，復(fù)合式連續(xù)管鉆機(jī)反而不如單模連續(xù)管鉆機(jī)更為適合。因此，需要擴(kuò)大產(chǎn)品系列，才能提高連續(xù)管鉆井技術(shù)的適用性與應(yīng)用范圍，有利于進(jìn)一步推廣。

另外，連續(xù)管設(shè)備的配套也與國外存在差距。國內(nèi)連續(xù)管鉆機(jī)以外循環(huán)系統(tǒng)、固控設(shè)備等配套，主要參考常規(guī)鉆機(jī)隊(duì)伍的配套方式與型號(hào)，并未形成專用于連續(xù)管鉆機(jī)的配套設(shè)備，不能充分發(fā)揮連續(xù)管鉆井的優(yōu)勢。

4.2 連續(xù)管鉆井工具

目前，國內(nèi)的多家企業(yè)與高校等科研機(jī)構(gòu)研發(fā)了各自的連續(xù)管鉆井工具，其中，除了中國石油工程技術(shù)研究院、中國石油長城鉆探工程有限公司的連續(xù)管鉆井工具已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)外，大多仍處于理論研究與室內(nèi)試驗(yàn)階段，總體發(fā)展規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進(jìn)水平。

技術(shù)水平上，雖然中國石油工程技術(shù)研究院、中國石油長城鉆探工程有限公司連續(xù)管鉆井工具通過了多口井現(xiàn)場試驗(yàn)，并驗(yàn)證了其功能與技術(shù)水平，但是也并不完善。從工具系統(tǒng)組成的完備性來說，缺少可靠的井下隨鉆多參數(shù)測量工具，缺少一趟鉆定向工具系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)。由于連續(xù)管管體柔性較好，鉆壓、扭矩的傳遞能力與常規(guī)鉆桿不同，通過地面布置的傳感器測量懸重、扭矩，判斷井下的鉆進(jìn)情況并不準(zhǔn)確，影響了工程技術(shù)人員對施工過程的判斷，這就需要井下隨鉆多參數(shù)測量工具來直接測量近鉆頭位置的鉆壓與扭矩?cái)?shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸至地面系統(tǒng)，供工程技術(shù)人員參考。由于連續(xù)管鉆進(jìn)需要依靠螺桿等動(dòng)力鉆具滑動(dòng)鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過程中無法像常規(guī)鉆井一樣通過復(fù)合鉆進(jìn)/滑動(dòng)鉆進(jìn)的切換快速調(diào)整穩(wěn)斜鉆進(jìn)/定向鉆進(jìn)的鉆進(jìn)模式，在實(shí)際施工中需要起下鉆，更換直螺桿/彎螺桿來調(diào)整，嚴(yán)重影響了施工效率，未能完全發(fā)揮連續(xù)管鉆井高效、快速的優(yōu)勢。

4.3 連續(xù)管鉆井工藝

國內(nèi)連續(xù)管鉆井工藝處于摸索階段，鉆具組合、施工參數(shù)、鉆井液性能等主要參考常規(guī)側(cè)鉆井、側(cè)鉆水平井，未能形成完全適合連續(xù)管專用的工藝技術(shù)。連續(xù)管側(cè)鉆井現(xiàn)場施工時(shí)，由于缺少有效的加壓工具及措施，均使用加重鉆桿作為施加鉆壓的工具，導(dǎo)致井下工具串長度增加，增加了井口操作時(shí)間，影響了作業(yè)效率；沒有先進(jìn)的連續(xù)管鉆井工程軟件的支持，對鉆進(jìn)過程分析、鉆井參數(shù)的制定缺乏理論指導(dǎo)；未能開展國外已經(jīng)實(shí)踐與應(yīng)用的欠平衡鉆井、氣體鉆井、大位移定向鉆井、多分支井及多分支水平井鉆井等連續(xù)管鉆井工藝，未能充分釋放連續(xù)管技術(shù)在鉆井領(lǐng)域的巨大能量。國內(nèi)外連續(xù)管鉆井技術(shù)對比見表1。

表1 國內(nèi)外連續(xù)管鉆井技術(shù)對比

5 結(jié)論與建議

（1）國內(nèi)連續(xù)管鉆井技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化現(xiàn)場試驗(yàn)階段，有線、無線井下工具和單模、復(fù)合式鉆機(jī)都經(jīng)過了現(xiàn)場的實(shí)際檢驗(yàn)。連續(xù)管側(cè)鉆井、側(cè)鉆水平井的施工工藝技術(shù)都得到了長足的進(jìn)步，取得了一系列成績，但整體技術(shù)水平與國外先進(jìn)技術(shù)相比仍有較大差距。

（2）連續(xù)管鉆機(jī)應(yīng)向系列化、專業(yè)化發(fā)展，配套專用的輔助設(shè)備，而非與現(xiàn)有設(shè)備直接結(jié)合。

（3）井下工具能夠滿足現(xiàn)場試驗(yàn)的需求，但性能指標(biāo)以及可靠性與國外成熟產(chǎn)品仍差距較大，應(yīng)在井下參數(shù)測量、造斜率調(diào)節(jié)等方面完善工具系列。

（4）國內(nèi)連續(xù)管鉆井工藝處于初級(jí)階段，鉆具組合、施工參數(shù)、鉆井液性能等主要參考常規(guī)側(cè)鉆井、側(cè)鉆水平井，未能形成完全適合連續(xù)管的專用工藝技術(shù)，應(yīng)繼續(xù)攻關(guān)研究，形成連續(xù)管鉆井專用的施工工藝，充分發(fā)揮連續(xù)管技術(shù)優(yōu)勢。

（5）加大推廣連續(xù)管鉆井技術(shù)應(yīng)用力度，將“產(chǎn)、學(xué)、研、用”結(jié)合在一起，在實(shí)踐中發(fā)展理論，完善工藝，形成裝備、工具的產(chǎn)品系列，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展。