□ 江怀友 / 中国石油经济技术研究院
李治平 郭建平 李勇 / 中国地质大学
齐仁理 / 大庆石油学院
连续油管钻井(Coiled Tubing Drilling)技术的应用始于20世纪90年代初。随着连续油管以及连续油管钻井配套技术和工具的发展,连续油管钻井技术得到了迅速推广。近年,连续油管钻井的数量增加了100多倍,应用领域也从当初的直井钻井推广到水平井钻井、定向井钻井及过油管钻井等多个领域。
国外海上油气典型技术及装备现状
目前连续油管钻井的主要应用领域有:软地层小井眼直井和水平井负压重钻井、海上平台钻井、过油管钻井、加深井钻井、勘探井钻井和环境敏感区钻井等。连续油管钻井的工艺方式有欠平衡钻井、平衡钻井和过平衡钻井 。
连续油管钻井作业的主要设备包括连续油管作业机、连续油管、井下配套工具、随钻测量系统、制氮车和辅助设备(如井控系统、钻井液循环及固控系统等)。下面就其中部分设备作简要介绍。
连续油管作业机 连续油管作业机是连续油管钻井作业的主要设备。它是一种移动式液压驱动的连续油管起下运输设备。作业时连续油管作业机将连续油管下入、起出油井,并把起出的连续油管缠绕在滚筒上。
连续油管作业设备组成
①注入头。注入头是一套液压驱动装置。在下入连续油管时,它提供向下的推力,推动连续油管下井;在提升连续油管时,它提供拉力,将连续油管从井中取出来。连续油管的起下速度为0.1~60m/min。注入头内的关键部分是链条牵引总成,其主要结构型式是液压驱动的反向旋转双链条夹持牵引式油管起下机构。在注入头上有多个夹紧液缸、张紧液缸和蓄能器,分别用于夹紧连续油管、张紧链条和平衡压力。驱动马达采用低速大扭矩液马达。马达刹车、连续油管起下速度、连续油管夹紧力和链条张紧力,由作业手在控制室集中控制。注入头是连续油管钻井作业的关键部件,开发商根据连续油管钻井作业要求开发出一系列大功率注入头,其中美国Hydra Rig公司开发的5000系列注入头,最大拉力可达889.6KN,适用最大连续油管尺寸为139.7mm。
②滚筒。 滚筒是连续油管的储运设备,带有排管器,用以均匀地缠绕连续油管。滚筒所能缠绕连续油管的长度主要取决于滚筒的外径、宽度、筒心的直径等。
③液压动力装置为整套连续油管机组提供液压动力源,主要由液马达、滤清器、油箱和液压阀等组成。
④控制室。 控制室是操作人员监控注入头、油管滚筒和防喷器等设备的场所,是连续油管机组的操作控制中心。在操作台上,有各种液压件和气动件操作控制仪表,以及发动机操作控制仪表等。在新型连续油管作业机中,还装备有数据采集系统和监视系统,因此它是连续油管作业机的神经中枢。
⑤注入头支架。 注入头支架用于承受连续油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。
井下钻具组合 井下钻具组合是影响连续油管钻井效率的关键。根据钻井工艺的不同,连续油管钻井对井下钻具组合的要求也有所不同。
辅助设备 与常规钻井相同,连续油管钻井辅助设备包括井控系统、钻井液循环系统和固控系统。
①井控系统
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。连续油管防喷器组由全封闭式闸板、剪切式闸板、带卡瓦闸板和连续油管闸板组成。防喷器是连续油管作业不可缺少的功能和安全设备,整套防喷器组由液压传动控制和操作。用连续油管作业装置钻井时,为安全地进行欠平衡钻井,除连续油管防喷器外,还需安装井下钻具组合防喷器,以有效密封连续油管和井下工具。
②钻井液循环及固控系统。与常规钻井相同,只是用连续油管钻井,井径小,所需钻井液量少,因此钻井液循环系统的容积比常规钻井所要求的小。固控设备包括振动筛、除砂器、除泥器和离心机。钻井泵的功率应满足井下钻井液马达和清洗井眼的要求 。因钻井液要通过整个连续油管柱才能到达井底,而绕在滚筒上的那部分连续油管中的压力损失较大,故选择泵压时必须考虑这一点。
国外海洋油气开发连续油管技术发展趋势
为了进一步降低海洋石油作业成本对现有连续油管作业技术(主要有连续油管冲砂洗井、钻桥塞、气举、清蜡、排液挤酸和配合测试等技术)进行深入挖潜,重点发展过油管(TTS)技术,在过油管压裂和过油管侧钻方面进行重点研究。
连续油管压裂技术 针对层状油藏、不连续油藏等需要进行的多级分层压裂以及分支井压裂,利用连续油管压裂技术,有选择性地进行支撑剂填充,实现在作业费用允许范围内有效地进行边际油藏压裂作业,提高油藏经济开发效果。在连续油管压裂车的基础上,重点开展适用于连续油管压裂的低摩阻无损害压裂液、支撑剂研究和施工作业配套工具、工艺技术研究,形成低成本、高效益的压裂工艺技术。
连续油管侧钻技术 针对套管损坏井复产需求,以应用连续油管进行老井侧钻为目标,连续油管侧钻车,配套井下动力钻具或电动连续管钻井系统,研制配套工具,开展连续油管侧钻综合配套技术研究,形成低成本的侧钻工艺技术。
中国海洋油气开发连续油管技术发展建议
应用连续油管技术进行海上修井作业,不受水深的限制,其主要的限制是连续油管的长度。也就是说应用连续油管进行修井作业绩可在浅海进行也可在深水进行。影响连续油管在国内广泛应用的主要原因是国内没有研发机构,无制造企业,技术不配套以及对连续油管技术认识不够。为了在海上修井作业中进一步降低开发作业成本,应用连续管进行修井作业是一种趋势。因此大力发展连续油管修井作业技术,对我国海上油井修井作业具有深远的意义。