國內(nèi)外連續(xù)管鉆井技術發(fā)展現(xiàn)狀

張 帥1，張燕萍，郭慧娟

(1.中國石油大學 機械與儲運工程學院，北京 102249；2.中國石油集團工程技術研究院 ，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，開始作為美國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)過程中也得到應用與發(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)管鉆井技術的特點日益凸顯[1]。目前，國外石油公司在連續(xù)管鉆井領域研發(fā)出多項先進工具技術，并在現(xiàn)場應用中取得良好效果，國內(nèi)中石油完成了多次重大現(xiàn)場試驗，在連續(xù)管領域取得重要突破，但與國外仍有較大差距。

1 連續(xù)管井下鉆具組合

由于連續(xù)管不可旋轉，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)提供動力、測量鉆井參數(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)管井下工具的技術水平直接影響到鉆井效率、成本以及井眼軌跡的準確程度。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、轉向器、MWD、容積式馬達和鉆頭等專用工具，如圖1所示。其中，轉向器是連續(xù)管定向鉆井的核心工具。

連續(xù)管鉆井BHA根據(jù)動力來源或隨鉆測井數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可分為無纜系統(tǒng)BHA和電纜系統(tǒng)BHA。相較于無纜系統(tǒng)BHA，電纜系統(tǒng)BHA的設備成本較高，但鉆井作業(yè)范圍廣、作業(yè)能力強，同時數(shù)據(jù)傳輸效率高，更易于實現(xiàn)閉環(huán)控制[3-4]。最具代表性的連續(xù)管鉆井BHA是國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—轉向器；5—隨鉆測量工具；6—鉆鋌；7—容積式馬達；8—鉆頭。

圖2 貝克休斯第二代CoilTrak系統(tǒng)

2 國外連續(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]引入了肋板導向馬達RSM(Rib-Steered Motor)，該馬達的設計主要包括3個液力式可擴展肋板，用于在鉆進過程中降低水平井管柱摩阻，延伸水平井井身長度。如圖3～4所示。

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

2011-05，在阿拉斯加州首次使用RSM BHA開窗后鉆進，相比傳統(tǒng)彎螺桿馬達BHA所需的行程與時間減少。至2012年，RSM在超過13口井上工作，循環(huán)時長超過866 h，鉆井時間339 h，總鉆進長度6 912 m(22 676英尺)[7]。

圖3 貝克休斯第三代CoilTrak系統(tǒng)

圖4 肋板導向馬達

RSM系統(tǒng)可以有效延伸水平井井身長度，并有助于提高連續(xù)管鉆井作業(yè)的運行效率，對連續(xù)管側鉆水平井的經(jīng)濟性產(chǎn)生積極影響。

2.2 貝克休斯CIRCATM連續(xù)管軟件

隨著科技的不斷進步，石油行業(yè)也逐漸由依賴經(jīng)驗型向數(shù)據(jù)驅動型過渡。2016年，為使設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基礎之上開發(fā)出CIRCA連續(xù)管軟件。該軟件基于30多a的現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)，建立了符合要求的作業(yè)模型，為鉆井作業(yè)提供實時高效的參考。該軟件套件包含3個版本：CIRCA完整版(CIRCA Complete)、CIRCA專業(yè)版(CIRCA Pro)和CIRCA即時版(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)管鉆井工具應用較為成熟的基礎上，研制出為現(xiàn)場工作提供服務的軟件，以提高連續(xù)管鉆井效率，同時將連續(xù)管鉆井技術應用于海上鉆井作業(yè)。

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

CoilCAT與Schlumberger CT服務集成，形成井場信息管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)明智的實時決策。該系統(tǒng)不僅可進行數(shù)據(jù)采集，還可進行完整的分析和設計，使井內(nèi)干預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)融合了設計、執(zhí)行和實時評估功能，包括CoilCADETM連續(xù)管設計和評估軟件，可以分析問題，提出解決方案，并預測操作參數(shù)變化的影響。如圖5。

圖5 CoilCAT連續(xù)管計算機輔助處理軟件

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計。該裝置具有以下幾個特點：將4輛卡車的功能結合到2臺拖拉機拖車單元中，能夠實現(xiàn)快速裝配和拆卸；無需在懸掛負載的情況下工作；提供CT和泵送功能的過程控制，提高工作效率、經(jīng)濟性和操作安全性；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)管自動化裝置

CT SEAS包括平臺，浮子和張力腿平臺，具有高度靈活的特點，可以減少海上CT操作的時間，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設計，可增強操作員的控制性，同時減少人員需求、裝配時間和成本。如圖7。

圖7 CT SEAS海上連續(xù)管自動化裝置

2.3.4 CT TComp連續(xù)管海上運動補償系統(tǒng)

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

3 國內(nèi)連續(xù)管鉆井系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)近幾年已經(jīng)開展連續(xù)管鉆井工具及工藝方面的研究，但目前尚無大規(guī)?，F(xiàn)場應用，僅處于現(xiàn)場試驗階段[8]。

圖8 CT TComp連續(xù)管海上運動補償系統(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、長慶、新疆油田等地完成了十幾口井的現(xiàn)場試驗，先后完成了連續(xù)管鉆井可行性試驗、連續(xù)管穩(wěn)斜井段鉆進、連續(xù)管側鉆開窗、連續(xù)管定向鉆進、連續(xù)管水平井鉆進等現(xiàn)場試驗。其中，最深井深3 503.45 m，最長單井進尺802 m，單井水平段最長123 m。如表2。

表2 中石油連續(xù)管現(xiàn)場試驗及階段成果

在國家“十二五”和“十三五”期間，中國石油集團工程技術研究院已經(jīng)自主研制了連續(xù)管連接器、非旋轉接頭、安全丟手、液力式定向器[9]、水力振蕩器以及連續(xù)管開窗工具等連續(xù)管全套專用井下工具并應用于現(xiàn)場試驗[10]，是國內(nèi)第1口連續(xù)管包括通井、刮銑、下斜向器、開窗、定向段鉆進和穩(wěn)斜段鉆進全過程試驗完成的研制和應用單位。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)管開窗工具

4 結論

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

2) 連續(xù)管鉆井技術具有低成本、低污染、高效開發(fā)油氣資源的特點，隨著不斷發(fā)展，此項技術相較于傳統(tǒng)鉆井技術的優(yōu)勢將更加凸顯，成為利用鉆井技術降低作業(yè)成本的重要手段。連續(xù)管鉆井技術可廣泛用于老井側鉆、老井加深，提高剩余油的采出程度，為老油田高效經(jīng)濟開發(fā)奠定技術基礎和條件保障。

3) 應加快連續(xù)管側鉆水平井工具的進一步研究，盡快縮小與國外公司的差距，盡快將連續(xù)管鉆井技術與生產(chǎn)實際相結合，擴大應用規(guī)模，研發(fā)出符合我國國情的連續(xù)管鉆井系統(tǒng)。