新興的連續油管鉆井技術（上）
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[時間:2010-06-01 《石油與裝備》 關注度:0]
摘要: 連續油管起初作為經濟有效的井筒清理工具，在市場上贏得了立足之地。傳統的修井和完井作業的經濟收入占連續油管作業總收入的四分之三以上。隨著連續油管設備在油氣田上的應用范圍持續擴大，近年來，連續油管鉆井技術和連續油管壓裂技術成為發展最快的兩項技...
連續油管起初作為經濟有效的井筒清理工具，在市場上贏得了立足之地。傳統的修井和完井作業的經濟收入占連續油管作業總收入的四分之三以上。隨著連續油管設備在油氣田上的應用范圍持續擴大，近年來，連續油管鉆井技術和連續油管壓裂技術成為發展最快的兩項技術。
連續油管鉆井技術的發展
連續油管鉆井（CTD）研究始于上世紀六十年代。在上世紀七十年代中期，利用連續油管進行了鉆井作業。當時的連續油管裝置包括16英尺直徑的滾筒、6150FPM注入頭、3000psi防噴器以及由40英尺長的管子經端面焊接而成的3000英尺長的連續油管。利用該裝置和轉速為300rpm的 5″容積式馬達、三牙輪鉆頭等鉆井工具，鉆6-1/4″井眼的淺井。鉆了10口井后不再使用該裝置。
在上世紀八十年代，傳統鉆井在淺油氣藏鉆井市場有很強的競爭力，連續油管鉆井則不景氣。這不僅是因為傳統的鉆井設備更為便宜，而且由于人們當時沒有認識到連續油管鉆井在改善鉆井工藝或降低鉆井成本上的優勢。
從上世紀九十年代初開始，連續油管鉆井技術進入了發展和應用時期。1991年，在巴黎盆地成功地進行了連續油管鉆井先導性試驗，同年在德克薩斯利用連續油管進行了3井次的重鉆井作業。此后，連續油管鉆井技術迅速發展，至1997年，共完成了4000個連續油管鉆井項目（見圖1）。
連續油管鉆井技術的迅速發展歸功于以下幾個因素：連續油管行業已經發展到能提供必要的設備和基本技術的成熟階段；連續油管鉆井技術在市場上具有競爭力，有時甚至占上風；在定向鉆井和欠平衡鉆井方面處于技術優勢地位；油氣工業界對于連續油管鉆井的能力和局限性有了更多的理解，能更合理地選擇鉆井對象，最終使連續油管鉆井的成功率更高。
近年來，連續油管鉆井每年達到900～1000口，其中，老井側鉆鉆定向井約120口，新鉆淺直井約800口。連續油管鉆井技術已經成為經濟高效地在各種油氣藏進行加深鉆井、老井側鉆、鉆淺井的重要技術，在鉆井市場，特別在欠平衡水平鉆井市場贏得了地位。
連續油管
鉆井系統的優缺點
連續油管鉆井系統的優點，包括：一、控制壓力能力強，能在欠平衡條件下安全、高效地鉆井。二、適合于現有井的加深鉆井和側鉆作業，與用常規鉆井設備或修井設備達到同樣的目標相比，用連續油管可以節約費用25%～40%。三、容易提高鉆井工藝自動化水平，操作人員少。四、裝備的機動性好，安裝、拆卸容易，節約時間。五、起下鉆快，鉆進快，鉆井作業周期短。六、地面設備占地少，適合于地面條件受限制的地區或海上平臺作業。七、連續油管的撓性好，能鉆短彎曲半徑的水平井。八、地面設備少，噪音低，污物溢出量少，對環境影響小。
連續油管鉆井系統的缺點，包括：一、連續油管直徑較小，限制了能鉆的井眼尺寸和泥漿流量。二、連續油管不能象常規鉆桿那樣旋轉，鉆頭的旋轉動力只能來自井下馬達，使其水平位移受到限制。三、連續油管的壽命比常規鉆桿的壽命短。四、用通常的連續油管裝置還不能完成從開鉆到完鉆的所有作業，需要借助于常規鉆機或修井機做鉆井前的準備工作，例如起出生產油管和封隔器、清洗井眼等，以及下入長段套管或尾管柱。
連續油管鉆井系統的組成
許多連續油管鉆井作業能使用常規修井作業使用的連續油管設備。然而，隨著CTD實踐的增加和CTD作業的復雜性增加，逐漸趨向于制造CTD專用設備。后來也發展了特殊的混合式設備，它可以起下連續油管，也可以起下常規連接管。這類設備也允許CTU做更多的鉆井相關工作，例如起下完井管柱等。
鉆井作業的類型、地點和作業的復雜性將決定需要裝備哪些地面設備。完成大部分CTD作業所需的主要設備有：一、基本連續油管設備：滾筒；連續油管；連續油管注入頭；動力系統、液壓系統、控制系統；起重機和支座。二、管子操作設備。三、壓力控制設備（防噴器組）。四、輔助地面設備。五、監測和記錄設備。六、安全和應急設備。七、鉆井流體混合、儲存、循環和處理設備。八、鉆井、測量底部工具組合。下期，將著重介紹一些重要設備。
應用范圍及技術水平
連續油管鉆井的應用領域為：鉆小井眼井、現有井側鉆定向井、現有井加深鉆井、鉆淺井、欠平衡（負壓）條件下鉆井、在3-1/2″（8809毫米）或更大直徑油管中過油管鉆井、在不用永久性安裝鉆井設備的海上平臺或浮動生產設施上鉆井、鉆救援井、環境敏感區（降底噪音、場地限制、防止漫濺、光學干擾）鉆井。
常用的連續油管鉆井按鉆井類型分類，有現有井定向重鉆和直井鉆井兩類；按工藝方式分類，有欠平衡鉆井、平衡鉆井和過平衡鉆井。目前連續油管鉆井廣泛用于鉆淺直井、現有井側鉆定向井、欠平衡鉆井。
在鉆井過程中連續油管的其它應用有取心、安放造斜器、伽碼射線測量、導向工具的有線測量、下尾管和懸掛器、泡沫或液體鉆井、空氣霧化鉆井等幾個方面。
在早期的技術水平方面，大部分井是用2″英寸連續油管和2-7/8″底部鉆具組合鉆成的。隨后出現了2-3/8″連續油管和3-1/2″底部鉆具組合鉆4-3/4″井眼。后來發展到采用2-7/8″連續油管和4-3/4″底部鉆具組合鉆6-1/4″井眼。井眼通常小于7″，但已經成功鉆過井眼達到13-3/4″的井。
1991年至1997年初，ARCO公司在德克薩斯、阿拉斯加、加里福尼亞和新墨西哥用連續油管共鉆了70多口井，其中，約58%的井為套管開窗側鉆，42%的井為套管鞋下方鉆的延伸井（包括加深井和定向水平井），在世界上用連續油管所鉆的定向水平井中占了很大比例。ARCO公司用連續油管在阿拉斯加普魯德霍灣鉆的井，垂深（造斜點）大約在2700～3000米，總井深在3350米左右，連續官鉆井長度為360米左右。這些井通常是通過4-1/2″或5-1/2″生產油管鉆的，也有通過3-1/2″油管鉆的，其中有3口多分支井。1995年至1997年，ARCO公司在普魯德霍灣用連續油管鉆的定向水平井的平均成本是每口井大約100萬美元，而用修井機完成類似的井需要大約200萬美元。連續油管所鉆的井平均單井日產量為1500桶左右，平均投資回收期為85天。這一連續油管鉆井計劃，大約90%的鉆井目標與5%的經濟目標獲得了成功。
1997年5月，殼牌英國勘探與生產公司在北海的北CORMORANT油田CN30井中用連續油管在5″和7″尾管中開窗側鉆，窗口深度為3862～3866米，總井深為4137米。該井中，用連續油管開窗、鉆3-7/8″井眼，測井，下2-7/8″尾管，射孔，日產油1780噸。
1994～2000年，BP阿拉斯加勘探公司在阿拉斯加的北坡油田，采用連續油管設備側鉆了250口井，2001年側鉆62口井，2002年計劃側鉆46口井。大部分的側鉆井是通過4-1/2″的油管鉆3-3/4″井眼，偶爾也通過3-1/2″油管鉆3″井眼。這些井的總深度為3300～3700米，側鉆水平井長度為450～720米。連續油管鉆井已經成為該油田的常規鉆井作業。
據報道，2004年3月，BP公司在阿拉斯加的Niakuk油田的一口井中鉆至17515英尺，創造了連續油管鉆井的世界記錄。
計算機模擬技術已經成為進行連續油管鉆井工藝設計、確定技術可行性、現場監控鉆井作業、鉆后評價鉆井技術效果等不可缺少的手段。隨著連續油管鉆井技術應用日益增多，它的技術水平在不斷發展提高。
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