連續油管作業技術應用與探索

連續油管作業技術應用與探索2584

連續油管作業技術應用與探索

目錄

1連續油管作業技術應用與探索

3第一章概述

4第二章連續油管性能

11第三章連續油管設備

16第四章連續油管摩阻損失的計算

16第1節連續油管摩阻

17第2節環空摩阻

18第3節摩阻計算的其它公式

22第五章連續油管技術研究與應用

22第1節連續油管作業的特點

22第2節沖洗井作業

26第3節連續油管氣舉作業

28第4節水力鉆進解堵

28第5節連續油管除垢作業

30第6節連續油管同心管注采技術

34第7節打撈及投撈作業

35第8節連續油管增產作業

35第9節大斜度井、水平井測井作業

36第10節井間地震探測

36第11節連續油管鉆井技術

38第12節連續油管常用井下工具

41第六章基本操作指南

41第1節工作計劃書

42第2節現場組織

43第3節安裝設備

46第4節正常作業

48第5節作業完成后的保養

50第七章連續油管技術發展趨勢

51參考文獻

概述

連續油管工業的起源可以追溯到1944年6月，第二次世界大戰期間的

“諾曼底登陸”的“PLUTO”（PipeLinesUnderTheOcean跨越英吉利海峽的

同盟軍輸油管線，該工程總共在海峽內鋪設了23條管線，當時使用的管線內徑

為3;,預先制成長度為4000ft的多根管子，然后通過焊接繞在直徑為40ft的

輪轂上，用浮筒支撐浮在水面，由海底電纜船拖動鋪設；23條管線中有17條長

達30英里，6條管線長度達70英里。）工程，1963年開始應用于石油工業。現

代科學研究與技術進步推動了連續油管作業技術的發展與進步，連續油管作業技

術作為一種新穎的油氣井作業方式由初期的簡單沖砂、洗井作業發展到目前的油

氣井修井、增產、完井、測井和鉆井等作業，在油氣田勘探開發中發揮越來越重

要的作用，其設備數量和應用范圍呈現增長勢頭。據統計，1992年世界上有533

套連續油管作業設備，1993年增加到561套，2004年全球統計1053套，2005

年則增加到H82套：其中美國257套，加拿大3n套。

中國，1978年四川石油管理局引進第一套連續油管設備開始起步，隨后大

慶、華北、遼河、河南、大港、中原、吉林、長慶、新疆克拉瑪依和吐哈等油田

也陸續引進，目前，全國約有30套連續油管作業設備，主要用于沖砂、洗井、

誘噴、拖動酸化、除垢和磨銃解堵等作業。

連續油管性能

連續油管制造工藝的發展

“PLUTO”工程，由同盟軍的工程技術人員制造,較早時期的連續油管是美國

RepublicSteel公司通過TIG/MIG對焊技術制造。

SouthwesternPileInc3〉.公司于1969年開始生產連續油管，所用材料的

強度只有50000?55000psi,最大直徑1〃，但是由于對連續油管加工工藝的革

新，連續油管應用得到發展。

QualityTubingInc.公司于1976年也開始加入制造連續油管的行列，最大

外徑1T/4〃。SouthwesternPileInc.和QualityTubingInc.兩家公司工

藝技術不斷改進，80年代成功選用屈服強度70000psi的高強度低合金鋼(HSLA)

和焊接工藝的改進,使連續油管性能大大提高，1992年生產出外徑2-3/8〃、1997

年生產出外徑6-5/8〃的連續油管，屈服強度達lOOOOOpsio

目前，世界上有三家連續油管制造商：PTT(PrecisionTubeTechnology)^

QT(QualityTubingInc.)、SPI(SouthwesternPipeInc.),這三家公司對HSLA

連續油管的技術進步發揮了主要作用。通過改變鋼的化學組成，以及采用淬火熱

處理工藝大大提高了連續油管強度。較為常用的材料是：碳鋼、調質鋼及鈦合金

材料等；近年又研制出玻璃纖維和碳素纖維等復合材料的連續油管，其重量和防

腐性能更好，但是制造成本高以及現場維護困難。

連續油管特性

連續油管本身的質量和性能對于連續油管作業的成敗至關重要，為了避免連

續油管在作業過程中失效，充分認識其使用性能極限具有非常重要的意義。

幾種常用連續油管的化學成分A-6064#調質鋼

型號

c

Mn

P

S

Si

Cr

Cu

Ni

V

Nb

N

QT-1000

max

0.15

max

1.65

max

0.025

max

0.005

max

0.4

0.5-0.7

max

0.25

max

0.2

min

0.01

min

0.005

max

0.02

QT-900

0.1-

0.16

0.7-0.9

max

0.025

max

0.006

0.3-0.5

0.5-0.7

max

0.25

max

0.2

Mo:

max0.21

QT-800

0.1-

0.16

0.7-0.9

max

0.025

max

0.006

0.3-0.5

0.5-0.7

max

0.25

max

0.2

Mo:

max0.21

QT-700

0.1-

0.14

0.7-0.9

max

0.025

max

0.005

0.3-0.5

0.5-0.7

max

0.25

max

0.2

HS-90

0.1-

0.15

0.6-0.9

max

0.025

max

0.005

0.25-

0.4

0.55-

0.7

0.2-0.4

0.14-

0.3

Mo:0.1-

0.15

Al:

max0.04

HS-80

0.1-

0.15

0.6-0.9

max

0.03

max

0.005

0.3-0.5

0.45-

0.7

maxO.4

maxO.25

HS-70

0.1-

0.15

0.6-0.9

max

0.03

max

0.005

0.3-0.5

0.45-

0.7

maxO.4

MaxO.25

連續油管的使用壽命

通常，連續油管的使用極限主要有三種類型：循環疲勞及腐蝕決定的壽命極

限、抗拉及耐壓屈服極限、直徑和橢圓度極限，這三者是相互影響的，一般認為

腐蝕具有明顯地影響。

連續油管纏繞到絞盤時，連續油管會產生屈服變形，并承受彎曲應力，彈性

極限內的最小彎曲半徑：R=E（D/2）/Sy

式中，E為材料的彈性模量（Mpa）,D為管子外徑（mm）,Sy是材料屈服強

度（Mpa）,得出R（mm）

對于HSLA材料屈服強度482Mpa,彈性模量200Gpa,得出一組連續油管的最

小彎曲半徑數據：

連續油管規格in

外徑mm

最小彎曲半徑m

1

25.4

5.26

1-1/4

31.75

6.58

1-1/2

38.1

7.9

2

50.8

10.54

2-3/8

58>9.69

12.38

事實上，連續油管絞盤一般不可能做的很大，通常在1.22?2.44m,所以絞

盤上的連續油管超出了彈性極限，將產生塑性變形。

連續油管作業過程，至少循環起下一次，連續油管要完成6個彎曲動作：纏

繞在絞盤的連續油管被拉直一拉直的連續油管進入導向架被彎曲（導向架也是不

可能做的很大，通常1.37?2.5m）一導向架連續油管被注入頭驅動鏈條又拉直

進入油井內；起出連續油管發生反向的彎曲。

在不承受內壓的條件下，上述6個彎曲動作引起的塑性變形一般在應力一應

變包絡線內，但是連續油管作業基本上是承壓的，這樣就會引起連續油管內部結

構發生物理及幾何變化，即連續油管發生“膨脹”現象，管徑變大，管壁變薄。

上述6個彎曲動作有4個發生在導向架處，因此，連續油管一般疲勞破

壞發生在導向架處。

腐蝕對連續油管壽命的影響

在連續油管作業中，經常要接觸酸化排液等腐蝕性介質，雖然加入一定量的

緩蝕劑，但是仍然存在一定的腐蝕，影響連續油管的使用壽命。在生產流體中，

常常還有硫化氫的存在，比如塔里木、四川以及中亞國家油氣田，而高強度的管

材對硫化物特別敏感，試驗證明，經過調質處理的材料抗硫化物應力開裂性能比

回火處理的材料有明顯提高，因為調質處理的管材內部具有穩定的回火馬氏體組

織，在應力低于屈服極限達條件下，其抗硫化物能力較強。

常規腐蝕它使連續油管的壁厚均勻變薄；通過使用化學劑、減少暴露時間

或管壁加厚可以有效的降低腐蝕程度。

點蝕它比常規腐蝕要嚴重的多，它使連續油管局部發生壁厚變薄；弱酸和

高溫環境促使點蝕的發生，還容易在自然條件下鹽水介質中發生；點蝕產生的應

力集中加速連續油管的疲勞破壞，又因為它不容易檢測，所以有效的緩蝕劑和精

細的檢查連續油管是十分必要的。

電化學腐蝕低合金的連續油管在常規井作業通常不存在電化學腐蝕，但是

在腐蝕性井筒里，井下工具類管柱可能是不銹鋼、鎂基類高溫材料或者鈦合金材

料，接觸到電解液體，連續油管變成陽極加快腐蝕。

流體腐蝕地層產液包括C02、H2S,完井用的鹽水、酸化的殘酸等對連續

油管具有較強的腐蝕性。

H2s環境的腐蝕H2s液體對連續油管的侵蝕降低了連續油管的強度。這種

腐蝕產生的氫原子進入管材結構中導致連續油管氫脆發生斷裂等。當然原因是多

方面的：H2s的局部壓力、連續油管暴露時間、材質以及機械損傷等。目前沒有

更好的材質滿足連續油管H2S工況作業。

連續油管的疲勞極限

為了研究連續油管在作業條件下的應力變化，考慮各種外載荷因素對連續油

管使用壽命的影響，連續油管制造商進行了一系列的模擬試驗：

A、相同連續油管規格不同工作壓力承壓5000psi的連續油管管徑增加量

明顯大于承壓2500psi的連續油管管徑增加量；5000psi工作壓力的管子破裂時

循環次數為150次，2500psi工作壓力的管子破裂時循環次數達到500次。

B、相同連續油管外徑不同壁厚壁厚的增加降低了管壁的周向應力，從而

提高了管子的疲勞壽命。

C、相同連續油管不同的工藝處理隨著屈服強度的增加疲勞壽命相應提高;

另外，相同的屈服強度經過調質處理的優于回火處理的。

連續油管抗擠毀極限

連續油管纏繞到絞盤上時，幾乎全部處于彎曲狀況，變形后形成橢圓形（圓

度約99%）,圓度的降低相對地橢圓度增大，同時在導向架上也產生橢圓形。試

驗資料表明橢圓度的微小變化對連續油管的擠毀能力影響不太嚴重；但是，軸向

載荷對擠毀能力影響很大。連續油管從井內起出，軸向載荷則由于連續油管自重

和管壁之間的摩擦阻力、懸掛物產生的拉力而增大，擠毀能力下降。一旦軸向載

荷達到連續油管的屈服強度極限，管子將持續伸長，在最大應力點發生“頸縮”

現象，管子強度降低發生斷裂失效。

美國DOWELLSCHLUMBERGER公司就對連續油管的變形做了規定：標準直

徑的96%—106%范圍內使用，否則不得使用。當然，實際作業時還要考慮其它

不利因素的影響。

連續油管抗彎曲性能

當連續油管在井底遇阻時，它受到軸向壓載載荷的作用，此時連續油管在井

筒就像是細長桿，當壓載超過臨界壓力，連續油管首先呈現正弦波形變化，隨著

載荷的增大，最后變成螺旋狀。

一旦連續油管變形成螺旋狀，入井所需壓力增大，連續油管和生產管柱的摩

擦阻力增大以至最終抵消地面入井壓力，通常稱這種狀態叫“鎖死”，它使連續

油管無法前進，如果地面再加壓連續油管將在鎖死點發生剪切失效。即使連續油

管在不受力的情況下纏繞在絞盤上，仍然存在殘余的彎曲變形，所以連續油管失

效因素有許多方面。

連續油管設備

連續油管設備(CoiledTubingUnit,CTU)是一種輕便的、液壓系統控制的

連續起下油管裝置。

目前，全球制造連續油管設備的廠家以美國為代表，主要有BowenTool

Inc.、HydraRigInc.、NOWSCOWellServiceLtd.、HALLIBURTONSERVICES、

DOWELLSCHLUMBERGER以及STEWARTSTEVENSON等公司。

注入頭連續油管設備的關鍵部件，目前注入頭最大提升能力達到

2000001bs,主要功能有：

為克服油井壓力或者摩擦力提供更強勁的起下作業能力；

有效控制不同井況下的起下速度；

支撐全井筒連續油管重量。

包括連續油管弧形導向架、重負荷鏈條牽引總成、自封密封盒、變量液壓驅

動馬達、指重傳感器以及支撐架、支撐腿等。

連續油管弧形導向架接受從絞盤來的連續油管并將其引導入注入頭。它根

據連續油管直徑大小由鋼材做成的弧形槽，槽內裝有耐磨橡膠涂層的滾柱軸承，

通常60?72”曲率半徑的導向架適用于1-1/4”到1T/2”連續油管，1-3/4”

到2”連續油管則需要至少曲率半徑80”的導向架。

重負荷鏈條牽引總成通過雙向變量液壓馬達驅動兩盤反向旋轉的重負荷

鏈條，鏈條總成內有適合連續油管用的一系列卡瓦，通過三套液壓缸調整卡瓦的

夾緊力來起下連續油管。

自封密封盒注入頭底部，沿連續油管中心線裝有液壓控制的橡膠密封盒，

使連續油管外部和地面隔離，防止井內介質噴出。一般設計工作壓力lOOOOpsi。

指重傳感器把信號傳到控制室，指示連續油管重量和提升力，同時還可以

指示作用于連續油管上的軸向上沖力。

幾種型號的注入頭性能

型號

適用油管

最大提升力

最快起下速度

HR560

1〃?2-3/8〃

60,000磅

190ft/min

HR580

1-1/2〃?3-1/2〃

80,000磅

170ft/min

HR5100

1-1/2"-3-1/2"

100,000磅

160ft/min

HR5200

1-3/4〃?5-1/2〃

200,000磅

160ft/min

絞盤

連續油管絞盤是由鋼板繞成，通常由直徑60?72”的筒芯和直徑9ft輪緣

組成，這種絞盤可以容納26000ft的1"連續油管或者22000ft的1-1/4"連續

油管。容納不同尺寸連續油管的能力取決于絞盤的筒芯、寬度和輪緣的尺寸，絞

盤的大小與當地運輸法規的限制條件有關。

特大型滾筒拖車，用于不受公路限制的偏遠地區連續油管作業。

絞盤的轉動通過液壓馬達帶動的，液壓馬達在連續油管起下時保持一定的拉

力使連續油管始終繞在絞盤上。絞盤中心有一空心軸，中間用高壓堵頭隔開，軸

的一端裝有高壓旋接頭，連續油管通過空心軸與該接頭相連，并通過它連接到氣

體或液體泵注裝置上，全部部件可以承受lOOOOpsi的高壓。

另外，連續油管除泵送流體外，還可以用于穿電纜作業：電纜穿入連續油管

內一起下入井內，類似于流體旋轉接頭的連接方式，空心軸的另一端安裝有旋轉

電接頭，電接頭與軸中間的高壓堵頭有多芯電纜連接，電纜的首端與高壓堵頭相

連以傳輸電信號。

絞盤上方還裝有計數器，以計量連續油管入井深度；安裝的排管器以使連續

油管整齊地排在絞盤內；其它還有固定底座和支撐架等輔助部件。

防噴器組

防噴器（BOP）系統是連續油管作業時的必備部件，通常有四組液壓控制的

防噴裝置，其工作壓力在5000?15000psi。四組防噴功能從上到下是：

全封用于油井失控時在地面將油井封住。

剪切用于B0P以下的連續油管卡死或油井失控（配合全封），或者有其它

需要時，機械切斷連續油管。

懸掛用于支撐連續油管管柱重量，以防止管柱落井或者井內高壓把連續油

管從井內沖出。

半封作用和注入頭自封功能相似，但是它只能在連續油管靜止狀態下關

閉。

同時，在剪切和懸掛間裝有法蘭出口和旋塞閥，正常作業時關閉旋塞閥，油

井失控時打開旋塞閥進行外部壓井。

液壓動力系統

液壓動力系統為連續油管所有部件的動作提供動力支持，并根據液壓動力的

需要提供各種動力源。標準動力源包括柴油機和液壓泵以及液壓元件等組成。

控制室

控制室的設計多種多樣，但是主要立足于遠程控制，一方面便于操作控制，

另一方面便于觀察井場。它可以安裝在底盤車的某一固定位置，也可以做成撬裝

式。

控制室裝有全部儀表、控制閥件等，用以監測和控制連續油管作業設備的部

件運動：操作絞盤、注入頭馬達確定連續油管的起下速度，以及自封封井器、防

噴器的動作等。

輔助部件為了滿足連續油管作業的需要配備的底盤車、吊車以及平臺、梯

子等。

連續油管摩阻損失的計算

連續油管常常應用于洗井、排液誘噴、酸化增產以及鉆井等作業，這里就涉

及泵送流體時的系統壓力問題，而流體與其特性、系統壓力、管子形狀、流速等

密切相關；系統壓力可以通過流體在連續油管和環空內的壓力損失來估算。

連續油管摩阻

摩阻損失的壓降4P,對于連續油管作業至關重要，不僅是沖洗作業考慮攜

砂能力問題，而且涉及到地面施工排量和施工泵壓以及連續油管承受能力等一系

列問題。

根據以下公式計算摩阻壓力的損失:

(5—1)

式中：D—油管內徑，m；L—油管長度，m；一流體密度，kg/m3；

Q一排量，m3/min；f—摩阻因子。

f通過計算雷諾數(Re),再查摩西圖版(Moody,1944)可以得到。

(5-2)

口=液體動力粘度，mpa.s；V=流速，m/so

雷諾數(Re)

例如，1T/4"(①31.75mm)連續油管壁厚2.413mm,長度4n4.8m,洗井液

密度1000kg/m3,動力粘度1.05mpa.s,泵注排量0.0795m3/min,則摩阻的計算

步驟為：

雷諾數Re=59675,管子相對粗糙度(D/W,連續油管W=0.0456mm),查Moody

曲線f=0.0255；代入(5-1)式中得出:

△P=10.75Mpa。

環空摩阻

環空摩阻壓力的損失計算因為液體流動不同于連續油管，截面為環形，所以

按照當量直徑D當來代入(5-1)式計算摩阻。

D當=4R(5-3)

D當=Dc-Db(5—4)

事實上，環空摩阻對于管柱的偏心度(EC)十分敏感。

EC=2o/(DC-Db)

如果連續油管位于生產油管中心，則EC=O,與生產油管內切，則EC=1,

但是連續油管在井筒內由于重力和殘余變形的存在，連續油管不在生產油管中

心，一般直井內EC=O.5?0.75,水平井EC=0.75?0.95。

EC=2o/(Dc-Db)EC=0EC=1

大多數連續油管作業用于清洗裸眼井段，一般要求環空壓力與井底壓力平

衡，以盡可能的減少清洗液體對地層的傷害；但是環空流速的增加相應的摩阻增

加，其當量靜水壓頭增大，使部分液體進入地層，同時返出地面的液體量將減小,

以維持摩阻損失與作用于裸眼段以上靜水壓頭的平衡。實際作業過程由于部分液

體進入地層，環空流速減小，但是液體密度會因為洗井上返的固體物發生變化，

所以環空摩阻的計算需要綜合考慮。

摩阻計算的其它公式

哈里伯頓Halliburton推薦

SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\h

SEQMTChap\h\*MERGEFORMATMACROBUTTONMTEditEquationSection2方

程段(下一個)節1(5—5)

式中，P=液體密度，kg/m3；Q=排量，m3/min;

口=動力粘度，mpa.s；1=連續油管長度，m;

口=連續油管內徑，m

PTT和QT連續油管制造廠家推薦

(5—6)

f=摩阻因子；1=連續油管長度，ft；P=液體密度，lb/ft3；

V=流速，吐/$刀=連續油管內徑，in。

(5—7)

這里:

(5-8)

(5—9)

(5-10)

取W=0.0018〃

例子2〃連續油管(壁厚0.156”)12000ft,下入水平井中作業，泵注液

體清水，密度62.311b/ft3,動力粘度0.9784cp,排量3bpm；計算垂直段壓力

降、水平段壓力降？從地面到井底的總壓力降？如果井底壓力3000psi,則地面

泵注壓力需要多少？

解答：連續油管內徑D=2-2X0.156=1.688in,由(5-10)計算Re=

240824,式(5—8)、(5—9)得出A、B,(5-7)得出f=0.00265,代入(5-6)

得出：

Apl000ft=331.2psi；垂直段勢能增加Ap勢=PgLsin。=-3461psi；

則：

垂直段壓力降=—3461+331.2X8=—812psi；

水平段壓力降=0+331.2X4=1324psi；

總壓力降=1324+(-812)=512psi；

井底壓力3000psi時，地面壓力=3000+512=3512psi。

以下是常用連續油管的摩阻損失速查圖表:

連續油管技術研究與應用

連續油管作業的特點

作業時間短井場準備時間短，搬遷及安裝時間短、設備少，起下鉆快。

作業成本低減少配套設備費用、降低管柱連接絲扣的維修、保養費用。

作業效率高快速下入與起出，能在帶壓條件下作業；整個作業過程中隨時

可循環，消除了作業過程中連接油管時的井控問題；施工人員少和配備工具少。

連續油管與常規修井機作業比較

連續油管與電纜鋼絲繩作業比較

沖洗井作業

沖洗作業是最常用的連續油管作業技術，目的是沖洗井底沉砂、解除壓裂砂

堵、清除蠟堵及鹽堵和解除瀝青有機物等堵塞。

沖洗作業涉及的主要內容是選擇合適的沖洗液體系，以便迅速攜帶出砂子或

固體顆粒等污物。

沖洗液的選取

綜合考慮以下幾個因素：

目前井底壓力準確了解井底壓力對于安全沖洗作業十分重要，鹽水一般用

于正常壓力井(壓力梯度0.00982?0.0105Mpa),高壓井(壓力梯度

>0.0147Mpa)需要更大密度的液體，低壓井(壓力梯度<0.00985Mpa)則

應選擇泡沫液或者氮氣沖洗。

泵注排量和環空流速

連續油管流速(6-1)

環空流速(6-2)

沖洗井作業時只有環空液體流速大于固體顆粒下沉速度才能將固體顆粒等

攜帶出井筒，這個環空流速就稱之為臨界流速。

雷諾數Re(ReyonldNumber)它是慣性力與粘滯力的無因次比值，主要用

來確定液體流動時的流態。

液體流動有三種基本流態：層流(Re<2000)、過渡流

(2000<Re<4000)和紊流(Re>4000)o采用現場采用的單位制，雷諾

數為:

(6-3)

式中，Db為管子直徑，m；u為流速，m/s；P為液體密度，kg/m3；P為液

體粘度，mpa.So

運動中的固體顆粒

除紊流狀態外，顆粒在一定流態下隨液體運動時，液體對其產生的拖曳力時

一致的，不管顆粒在液體中的運動狀況如何，因為重力和阻力基本處于平衡，可

以以固定的速率在液體中下沉，即臨界沉降速率(TPSV：TerminalParticle

SettlingVelocity)o圓球狀固體顆粒在不可壓縮流體中的沉降阻力系數(Cd)

及雷諾數Re的計算如下：

(6-4)

式中，g重力加速度；Dp顆粒直徑，m；vt流速，m/s；

Ps——顆粒密度，kg/m3；PL——液體密度，kg/m3；

U液體粘度，mpa.So

Lappie等人提出了Cd?Re的關系曲線，并將液體流動劃分為三個區，

給出了各個區域的摩阻系數經驗公式：

①Stoke定律區(Re<0.1)

logCd=-logRe+log24(6-5)

②過渡流定律區(0.l<Re<500)

logCd=-0.61ogRe+logl8.5(6-6)

③牛頓定律區(500<Re<200000)

logCd^logO.44(6-7)

固體的沖洗

井筒內砂子包括作業過程加的砂子(比如壓裂加砂)和地層出砂。通過砂子

的顆粒參數分析，確定出臨界沉降速度，為施工提高設計依據。

假設用不可壓縮牛頓液體沖洗剛性圓球狀顆粒，其臨界沉降速度可由阻力系

數與雷諾數平方的乘積近似給出初值，并通過方程聯立求解，確定出合理的雷諾

數范圍，由此得出臨界沉降速度。

示例：US30目的固體顆粒，Dp=0.59mm,Ps=2650kg/m3,PL=1000kg/m3,

P=1.05mpa.s,則臨界沉降速度計算如下：

Cd(Re)2=X()2

兩邊去對數得:

logCd+21ogRe=log4000(6—8)

按照不同流態進行試算：

Stoke區(6-5)與(6-8)聯立求出Re=4000/24=166.7,顯然超出Stoke

區范圍；

過渡區(6-6)與(6-8)聯立求出Re=46.5,符合過渡區范圍，進而求

出Cd=0.44o

將Cd=0.44代入(6-4)式得出ut=0.0853m/s。

在上述條件下，20目的砂子(Dp=0.833mm)計算出ut=0.128m/s；10目

的砂子(Dp=2mm)計算出ut=0.274m/s。如果現場使用的砂子有多種類型，

則按照最大顆粒直徑計算臨界沉降速度。

在直井或小斜度井，環空液體流速一般要求達到固體顆粒臨界沉降速度的兩

倍，而在水平井至少要求10倍以上才能保證固體顆粒沿流體方向運動。因此作

業時，環空流速必須足夠大以便攜帶固體顆粒上返。

當環空內最大截面處的液體流速不足以推動固體顆粒上升時，則可以考慮高

粘度攜砂液體系。

沖洗速度

根據沖洗液性能和固體顆粒臨界沉降速度，計算出環空所需最小流速，根據

此環空流速計算出連續油管下放速度。但是，井筒內往往有砂橋存在，地面不容

易觀察到，幾個砂橋之間相互作用，如果沒有足夠的循環時間，要么因為環空水

力壓頭的增加造成固體顆粒進入地層，要么由于循環不到位造成連續油管和生產

油管之間的新的砂卡。

接上例1-1/4"連續油管下入2-7/8”（內徑①62mm）3048m的油管內，計算

的US30目的固體顆粒（基本接近實際生產中所用陶粒規格）：Dp=0.59mm,ps

=2650kg/m3,PL=1000kg/m3,u=1.05mpa.s,則臨界沉降速度計算為ut=

0.0853m/so按照環空流速是臨界沉降速度4倍計，則

環空流速u=0.3412m/s=20.4m/min,即下放速度控制在20.4m/min以內，

實際操作還要降低一些（10?15m/min）。

由此計算出泵注排量Q=u（Dc2-Db2）/0.02122=401/mino

沖洗方式通常采取連續油管注入，環空（連續油管和生產油管之間）排出

的循環方式進行作業，是解決卡封井作業的有效手段。另外，根據連續油管下入

深度確定施加于連續油管的額外載荷，由此保證沖洗作業時連續油管應力不得超

過其屈服強度。

連續油管氣舉作業

油氣井生產過程中，常常出現靜水壓力大于地層壓力的過平衡現象，從而導

致井底流入性能降低，甚至油氣井不能正常生產；通過降低靜水壓力的方法可以

使油氣井重新激活，恢復生產。

連續油管是理想的氣舉作業設備，具有不壓井、不動管柱、減小對地層的傷

害等。1992年NOWCAM研制的整體式可纏繞氣舉閥工作筒推動了連續油管氣舉革

命，但是實際生產中，氮氣氣舉是最常用的氣舉技術。

氮氣的物理性能氮氣(N2)是一種惰性氣體，微溶于水，基于安全考慮，

目前油氣田明確氮氣作為首選氣體。空氣中含有78%的氮氣，即可以通過空氣

分離獲取氮氣或者低溫分離獲取液氮。

氮氣的物理性能

重量密度11.59kg/m3

氣體比重0.9672

臨界壓力3.39Mpa

分子量28

臨界溫度T27°C

水中溶解度16.6°C2.35N2：100H20

比熱1.4?37.7°C,0.IMpa

37.7°C1.55N2：100H20

液氮的性能

分離溫度-196°C

密度808kg/m3

液氮：氮氣

1：696

氮氣氣舉注入方式

連續注入：這種方式是低排量連續注入，氮氣連續分散在井筒液體內，環空

液面液體密度逐漸降低，便于控制誘發地層的流動。

間歇注入：首先將連續油管下入到液面以下的預定深度，然后開始氣舉，這

種方式氮氣的泵注壓力高（大于注入點靜水壓力）。

氣舉要點：氣舉的目的是在不產生壓力震蕩的條件下，誘發地層內的流動，

有時也用于不同程度地清除完井井段的表皮傷害；一旦根據計算選定最大生產壓

差，氣舉作業過程就在此范圍施工。

設備狀況：連續油管車、制氮裝置（額定排量14m3/min,最大工作壓力

35Mpa）、液氮泵車（額定排量170m3/min,最大工作壓力105Mpa）、液氮罐車（20m3）

等。

實例

吐哈油田臺參xx井，用連續油管從2-7/8”生產油管（內徑①62nlm）

內邊下邊用制氮裝置進行氣舉至4500m,制氮裝置排量14m3/min,最高施工泵壓

18Mpao

水力鉆進解堵

油氣井開發過程中，常常發生油氣井結蠟、水合物堵塞，甚至輸油管道的堵

塞等，使用連續油管帶井下工具可以有效地、快速安全地解決這類問題。

地面集輸管線解堵

施工設備：連續油管車、水泥車

實例：吐哈油田丘陵XXX計量站與某井的900m計量管線不通，多次化學解

堵不通，并且無法判斷哪一段被堵；為此技術部門認真分析后，從被堵管線閥門

處入手，模擬油井施工并安裝施工井口和防噴設施，2天內順利完成了被堵管線

的疏通。

解除油井堵塞

解除水合物堵塞

對于天然氣混項驅油氣井，生產周期半年左右后，生產管柱受壓縮天然氣的

影響，容易發生不明物質（暫定位水合物）的堵塞，為此開展了連續油管不壓井

解堵技術研究并實施。

實例：吐哈油田葡北XX—XX、XX—XXX井，測試作業時，工具不能通過；后

上連續油管進

行水力鉆進作業，解除油管內壁的堵塞，測試工作順利開展。

配套工具通常只需配套連續油管連接短節、螺桿鉆和鉆頭即可開展施工。

連續油管除垢作業

作業優點

不需要起下水井內的注水管柱，實行不壓井作業，施工時間短，節省作業費

用，提高清洗套管射孔道的效率，并且大大減少了水井停注時間。

連續油管清洗工具

該工具是以常規的方式連接在連續油管柱上，沿連續油管清洗工具的徑向分

布著一系列直徑相同的噴嘴，每一圓周上的噴嘴數目不超過3個，這些噴嘴分布

在垂直于連續油管清洗工具中心線的一系列平面上,噴嘴的噴射方向與連續油管

清洗工具的內徑相切。

液體射流產生的反作用力能使連續油管扭轉，其扭轉扭矩（或角度變化）與

液體射流產生的反作用力（通過噴嘴的壓力降乘以噴嘴數目）、連續油管直徑及

懸掛在注入頭下部的油管長度（工作長度）成比例變化，引起角度變化的主要因

素是壓力；當角度改變到某一特定值時，連續油管柱可以一定的速度作上下移動

（沖洗工具隨之上下移動）。

由于連續油管清洗工具的距嘴數量及每個噴嘴的噴射軌跡不同，所以，連續

油管柱需作多次上下往復移動，每次移動時，壓力值都略有變化，從而擴大或重

疊了噴射范圍，確保清洗徹底。

使用范圍

在有些情況下，連續油管清洗工具的工作效率較低，尤其是當連續油管清洗

工具在進出通道的油管直徑較小，而所需清洗套管直徑較大的油井中或者待清除

的堵塞物需要較高的清洗能量(大于0.74kN.m/cm2)時，其清洗效率更低。各

種不同沉積物的清洗能量見下表。

沉積在生產尾管和油管柱中的各種沉積物具有不同的清洗特性，這取決于沉

積物對油管和自身的粘合性能、油氣中間層的沉積特點以及產生沉積物的條件

等。

各種沉積物的清洗能量值

材料類型

清洗能量值(KN.m/cm2)

材料類型

清洗能量值(KN.m/cm2)

硫酸領

1.47

焦碳與混合物

0.53

硅酸鹽

1.26

蠟與混合物

0.42

碳酸鈣

1.16

石蠟

0.25

硫酸鈣

0.95

污泥

0.21

碳酸鹽、硫酸鹽、硅水垢

0.8

鉆井液和膠液

0.17

碳氫化合物

0.67

半液體

0.105

焦油瀝青

0.63

深井作業時，若油管和環空內的液面到達井口，則不存在靜水壓力差，因此,

噴嘴的有效壓力較低;在高壓油井中也不存在有靜水壓力差，此時，系統的工作

速度慢，效率降低;長鏈高分子聚合物具有增大噴嘴射程、減少液體流經連續油

管所產生的壓力降(減阻)等特點。在進行清洗作業時，通常在清洗液中添加

0.3%的聚合物；平均降阻為51%；噴射清洗系統適用于大多數不可壓縮性清洗

液，其清洗效率達到90%,能滿足油水井清洗作業的要求。

實例

??吐哈油田葡北X-XX(2-7/8"X3500m)井①54nlm的井下工具不能通過，

通過「1/4”連續油管帶①54mm噴嘴除垢后①56mm的切割彈順利通過，達到了

除垢目的。

哈薩克斯坦扎拉若爾油田xxxx、xxx兩口井下①44nlm通井時遇阻，通過

「1/2”連續油管帶①54mm噴嘴除垢后通井作業順利開展。

連續油管同心管注采技術

連續油管充當油氣井生產管柱，實現自噴接替，例如2-7/8”油管完井的自

噴井，停噴前，可在2-7/8”油管內下如連續油管，實現自噴接替作業;

連續管用作地面輸油管道，由于其焊接工作量少，施工速度快，在地面輸油管道

應用占很大比例，連續管也可做到內防腐和外部保溫；使用廢舊2-3/8\2-7/8\

3”連續油管作為側鉆井的完井尾管。

同心注采管柱就是將連續油管下入普通油管中，用封隔器封隔上下層位,連

續油管注采下部層位,從普通油管與連續油管的環形空間注采上部層位，實現分

層注采的目的。

該管柱油管和環空均具有兩級安全控制系統。油管安全系統由井下安全閥和

采油樹一號主閥構成，兩者配合使用；環空安全系統由封隔器和套管頭配合構成,

連續油管安全系統由連續油管底部帶單流閥構成。

下部封隔器為雙插管封隔器，2-7/8〃注水管柱下到位后插在外管內，1-3

/4〃連續油管下入插入內管內，密封筒實現連續油管與內管之間的密封，上部

封隔器用液壓封隔器，封隔油管與套管的環形空間，并有利于注保護液。

打撈及投撈作業

連續油管通過配備不同的工具打撈落魚如電纜、堵塞器、壓力計等。

優點：安裝快、成本低，系統具有液體循環能力。

缺點：不能旋轉。

連續油管增產作業

連續油管壓裂

用連續油管進行壓裂施工的優越性在于：通過連接流體控制閥、皮碗（壓差）

封隔器等特殊的井下工具，可以精確地實現一次多層壓裂施工。由于壓裂施工要

添加支撐劑，需要一定的排量，選擇2〃以上的連續油管，受管柱摩阻的影響，

施工井深<2000m。

連續油管酸化

用連續油管進行酸化作業，配置流體控制閥、跨隔封隔器等特殊井下工具，

可以有目的地進行選層酸化。由于酸化作業對施工的排量和壓力要求不高，用1

-1/2〃的連續油管即可滿足要求，施工井深可達6000m以上。

實例1四川油田某油井實施連續油管水平井拖動酸化：人工井底3275m,水

平段520m,射孔分三段：2750?3001m,3105?3138m,3177?3270m,孔密166

孔/米，預計地層壓力22Mpao若按照常規酸化很難達到均勻布酸，而使用連續

油管可以實現從最底段開始分段注酸，一次完成三個孔段的施工。該井施工后增

產2倍以上。

實例2哈薩克扎拉若爾xxxx井：該井是扎那若爾油藏新完鉆的一口水平

井，水平位移510.51m;本次通過連續油管拖動酸化技術，解除水平井段的污染,

提高該井產能。施工中分5段注酸，累計注入90m3酸液，施工排量160?

2501/min,施工壓力15-25Mpa；施工結束繼續使用連續油管進行氮氣氣舉排液,

后自噴完井，產量有當初的2m3升到50m3,到達了增產目的。

大斜度井、水平井測井作業

常規測井井斜大于45。，測井就有困難。當井斜大于60。，或水平井水平

段小于1000m的水平井，用連續油管測井，成功率高，速度快，相對常規測井節

約成本。主要技術參數，使用1-1/4?的連續油管（油管內穿電纜）和

輔助工具（電纜連接頭，扶正器），測井儀器及地面采集計算機等。

井間地震探測

常規井間地震探測為地面探測，而應用連續油管技術可進行地下探測，在不

同的兩口井分別下入連續油管和相關儀器，其中一口井發出地震信號，另一口井

儀器接收信號，實現地下精確地震探測。

連續油管鉆井技術

連續油管鉆井（CoiledTubingDrilling簡稱CTD）技術隨著現代連續油管

和鉆井技術的重大發展，上世紀90年代開始得到發展。大直徑、高強度的連續

油管不斷研制應用，以及井下螺桿鉆、定向工具和牙輪鉆頭等井下工具的不斷開

發，大大推動了連續油管鉆井技術的進步。

加拿大是應用CTD技術最早、發展最快的國家之一，上世紀70年代用CTD

完成15口井，80年代完成30口井，1990T994五年完成145口井。全球CTD

技術發展非常迅速，到1995年已發展到340口；近年來，連續油管鉆井技術在

淺層和海上油田發揮則積極作用。

CTD優勢：

欠平衡鉆井時的安全性；

縮短作業周期；

多側向、小井眼、短半徑；

用人少，節約勞動力成本；

泥漿溢出少，利于保護環境。

CTD缺點：

鉆前準備需要常規鉆機的配合，比如開窗；

需要常規鉆機起出生產油管或下入套管等；

井眼尺寸小;

連續油管疲勞破壞。

應用范圍：

現有直井、水平井的加深；

現有直井定向側鉆以連通非均質地層中未波及區域；

現有老井加鉆分支井；

小井眼鉆井等。

CTD工程連續油管鉆井是一套系統工程，包括地面設備、井下工具和技術

研究試驗等。

連續油管CTD宜采用大直徑的連續油管（2-3/8”以上），具有水力性能好,

承受載荷高；但是由于道路運輸限制，連續油管直徑和長度因此受到約束。

連續油管車通常制造成拖掛式，安放注入頭、防噴器、控制室、動力源等;

由于CTD鉆具長，安裝時需要單獨的起吊設備。

液體循環系統泥漿罐、泥漿泵以及除砂除泥設備等。

鉆井液體系重點考慮攜帶能力強、摩阻損失小、地層傷害低的優質鉆井液。

井控設施常規鉆井基本屬于過平衡作業，井筒內靜水壓力大于地層孔隙壓

力；而CTD處于欠平衡狀態作業，防噴器組在鉆井過程中處于工作狀態，保持一

定的井筒壓力。通常需要兩組防噴器，一組用于控制連續油管，另一組用于控制

井下工具組合。

井下工具

連續油管有井下造斜、穩斜工具組合。定向工具組合取決于造斜率：雙彎工

具適用與20°/m更大的場合，單彎工具適用于造斜率較小的場合。

隨鉆測量MWD同樣適用于連續油管鉆井。

鉆頭需要旋轉快、鉆壓低的低扭矩鉆頭。PDC適用于中層或軟地層，TSD

熱穩定金剛石鉆頭適用于硬地層。

螺桿鉆與所用鉆頭匹配使用，低速高扭螺桿鉆與TSD鉆頭配合鉆井，中高

速螺桿鉆與PDC鉆頭配合。

定向工具實現定向井、水平井需要井下旋轉和工具控制井眼方位的功能。

連續油管常用井下工具

連接頭的作用：連接井下工具和連續油管，不同的尺寸，不同的絲扣，接頭

的結構和尺寸各不相同。

雙閥回壓閥：連接在連接頭下部，允許從連續油管正循環，而不允許從連續

油管回流。保證使用安全。

液壓丟手：與許多下入工具或打撈頭一同使用時，可通過液壓作用將其下部

工具串與連續油管脫開。

拉力丟手（機械丟手）：在大多時候作為緊急丟手使用。當液壓丟手無法脫

開時，可直接上提，拉斷拉力丟手。使其下部工具串與連續油管脫開。

打撈頭：連續油管工具串的最下部工具。與落魚打撈頸相匹配，連接后通過

連續油管提到地面。根據要打撈的落魚的形狀不同，內卡式，外卡式，脹扣式幾

種。

注意：各個工具要根據連續油管的尺寸選擇不同的型號和結構。

切刀擴眼器：用于切割油管或套管；還可以擴眼。

換位工具：有機械和液壓兩種。通過上提下放或循環泵壓使下部工具（打撈

頭，對接器等等轉換某一角度，便于完成對接。每上提下放一次，工具可旋轉1

20度。該設計用于當工具通過套管回接筒，開窗窗口等等有臺階部位時，旋轉

可使工具串通過。

機械改錐：與換位工具作用相同，但他每上提下放一次可旋轉三圈。

液壓馬達：在旋轉作業時井下的動力工具。地面泵入液體循環時，馬達轉動,

使下部工具串旋轉。

除垢磨鞋：當井下套管或油管結垢后可通過連續油管工具，井下馬達和除垢

磨鞋一同清理結垢。

震擊器：當打撈或回收工具被卡時可通過震擊器產生震擊力時工具解卡；或

解封封隔器或橋塞時需要上提連續油管，震擊器的使用可減少連續油管的拉伸

力。

液壓扶正器：通過液體循環，液壓力作用活塞使得扶正片將管柱扶正，用于

打撈對接。

機械扶正器：作用與液壓扶正器相同，但它扶正片上下端均固定在本體上.

定位接頭：機械定位接頭，在過油管后回拉連續油管，該接頭回卡住生產油

管底部，使懸重增加，以此為基準定位，下放到設計深度。

在旋轉作業時，油管錨定器可錨定連續油管，產生反扭矩。

單向萬向節:在工具需要彎曲或對接時，萬向節的應用可提高作業的成功率,

和可操作性。

雙向萬向節：功能與單向萬向節相同。

液壓彎曲工具：也可彎曲工具，但彎曲程度可由液壓力控制。

單向/雙向旋轉短節：可使得工具下部的工具隨意轉動，而不受連續油管的

控制。

可鎖定旋轉短節：需要下部工具轉動時可以轉動，而不需要轉動時可以鎖定。

旋轉沖洗工具：在一些沖洗作業時，使用該工具可在循環時，工具自動旋轉

沖洗。

流動旁通短節：在一些循環量需要控制時使用。當循環量大于需要量時，多

余的量將通過旁通短節分流.

液壓油管穿孔：可使用連續油管進行油管的打孔作業，而不需射孔。

基本操作指南

工作計劃書

連續油管作業的成功關鍵是充分的工作準備，制定詳細得出工作計劃書時，

考慮以下項目：

油井資料連續油管作業涉及許多行業內容，包括：

套管規格、型號，鋼級、深度

油管規格、型號，鋼級、深度

完井設施的尺寸、深度等技術描述

必要時的測井資料

井筒液體密度、型號等性能

管柱結構圖

井筒通井情況

井口設備技術參數

井筒存在的問題

油套管目前承壓能力

以前的作業情況

地層油藏特征

原始和當前的井口壓力

原始和當前的地層壓力

含H2S或者C02情況

預計的施工壓力

同一區塊油井存在的問題等。

施工參數計算上修之前，根據施工要求通過計算機模擬查、圖表或者手工

計算出施工參數：

計算連續油管、工具串和施工井筒的間隙，只有足夠的安全間隙方可施工

(>6mm)；

計算連續油管預計下入深的重量以及可能的摩擦力和管柱允許的拉伸載荷

之間的安全值；

計算連續油管摩阻損失，選取合適的泵注壓力；

計算沖洗等作業的泵注排量；

計算作業時的井口壓力或者井底壓力，由此對連續油管的上頂力，防止連續

油管發生彎曲失效；

使用螺桿鉆時，施工參數與螺桿鉆技術參數相匹配；

設備設施的策劃根據施工工藝要求確定滿足施工的設備設施：

連續油管規格尺寸的確定;

連續油管的清洗;

連續油管的壓力測試（通常30Mpa）,穩壓5min；

進入井場設備的防火；

防噴器組的檢修、試壓；

注入頭支撐架和繃繩的準備；

其它配套的檢查。

動員操作連續油管之前有許多程序值得考慮：

甲方是否有特別的安全要求

土地使用、環境保護以及政府的法律法規

收集相關作業信息

傳達相關信息到每一位作業人員

相關設施的需求

道路狀況及經濟評價

預期施工周期及相關食宿條件

天氣狀況。

現場組織

一旦到達現場，連續油管作業監督和甲方代表應該仔細檢查、落實作業內容,

所有涉及雙方的事情在開始作業前加以明確并使雙方滿意。

場地規劃場地的進出口、排出管線的位置、井口位置、風向等應該在連續

油管設備安裝之前重申一次，確保安全作業。當然，在以后的作業周期內因為天

氣原因等，設備不一定處理理想位置，但是每次必須重申這些事情，把安全做到

最佳。

進入連續油管安裝場地不應有障礙，并處于上風口；

盡可能使連續油管操作者在控制室里看到排出管線、井口以及泵注設備；

高壓元件、腐蝕性液體、揮發性液體等盡可能遠離操作人員。

現場核實計算：井筒管柱和施工參數等，以及事先沒有得到的新的重量信

息。

施工程序的核實不管事前雙方有無提高正式程序，現場應再次核實施工程

序，以最大限度地確保安全施工。

備足作業所需的液體；

排污罐的到位情況；

雙方十分清除作業內容；

現場核實后更改的程序向所有作業人員交底；

設備全部到達現場；

應急預案編制審批。

甲方的交流很多時候，甲方代表對連續油管不是很熟，可能問操作人員一

些技術問題，包括：

連續油管的直徑、厚度、長度等規格型號；

本次作業的最大深度；

連續油管的使用情況（作業小時）；

注入頭最大起升能力;

連續油管起下速度;

防噴器工作壓力；

作業內容等。

安全事項作為操作人員應知道：

發生事故時，應急預案是如何表達的（比如，最近的醫院，交通工具，合適

的司機，應急電話等）？

雙方安全方針有什么不同？

作業設備的工作性能；

急救訓練；

本次施工的風險識別和預防措施。

安裝設備

連續油管設備的安裝正確穿戴勞動保護用品，遵守安全吊裝規范，制定專

人操作吊車和專人指揮吊裝:

停車根據前期勘查的路線和井場狀況，將連續油管設備停放在平整堅硬的

地基上，后保險杠距離井口2±0.5m,吊車懸臂與井口中心保持1m左右的偏差,

防止連續油管和吊車懸臂的碰撞。

根據井口連接實際安裝井口短接。

吊裝防噴器于井口短接處，絲扣上到位后回1/4圈，便于拆卸時松扣。

吊裝導向架于注入頭上方的固定架上。

吊裝注入頭（連同導向架）于井口短接處，絲扣上到位后回1/4圈，便于拆

卸時松扣；吊裝時栓好引繩，確保吊裝平穩。

調整好注入頭和絞盤的方向，安裝注入頭支撐架（至少前面2個）和拉緊繃

繩（至少前面1根，后面2根）。

控制室操作注入頭運行，將連續油管引入注入頭鏈條內運行至自封封井器

內。

井控設施對于連續油管作業來說，井控設施是十分重要的，其工作壓力必

須在控制壓力之內，開始作業之前必須對井口設施井下確認：防噴器的技術參數

和功能盡管我們以前清楚這些，但是作業前還是必須重申工作壓力，操作原則

和順序，做到遇事不慌。

常規井作業的安裝（井口壓力<15Mpa）安裝方式：自封+4功能防噴

器，防噴器和井口的連接采取由壬連接。腐蝕性介質（H2S、C02）作業井的安裝

（15&It;井口壓力<25Mpa）安裝方式：自封+4功能防噴器+循環三通，

防噴器和井口的連接采取法蘭連接，以提高連接強度。

高壓井作業的安裝（井口壓力>25Mpa）安裝方式：自封+4功能防噴

器+循環三通十單閘板封井器，防噴器和井口的連接采取法蘭連接，并且相關配

套設施技術參數到達要求，增加的單閘板封井器遠控操作，壓井閥遠控開關或者

裝有單流閥。

帶有防噴管作業井的安裝所有連接為法蘭連接，井口和防噴管之間必須安

裝有防噴器。

設備安裝時的安全考慮

施工前召開安全會議并記錄下來；

H2s井場作業時，為作業人員提高監測儀和呼吸器，并培訓使用；

正確穿戴勞保用品;

高于2米的作業必須穿戴安全帶;

應急演練一次；

第三方作業人員的安全培訓等。

正常作業

下放連