连续油管作业技术

连续油管作业技术

CoiledTubingOperationTechnology

李宗田中国石化石油勘探开发研究院2014.2

主要内容第一部分：连续油管发展与性能第一部分：连续油管作业工具

第一部分：连续油管作业技术

第一部分：

连续油管发展与性能

CoiledTubingDevelopmentandProperty连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能当前主要连续油管服务成套连续油管作业设备连续油管的发展历史1945–在北海用于输油管线1950’s–SubmarineAntenna–第一套使用盘根的连续油管1962–第一套连续油管服务设备1989–螺旋焊接连续油管1991–高强度连续油管1990’s–强度和使用寿命得到提高目前–强度达到120,000lbs(磅)(1磅=0.45359公斤)时间跨度相应阶段20世纪60-70年代产生与探索阶段：强度低、技术不完善，仅用于洗井、打捞等简单作业。20世纪80-90年代技术进步阶段：井下工具配套，工艺技术得到改进，尺寸进一步增加。20世纪90年代以来技术成熟和迅速发展阶段：应用在水平井钻井、侧钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域。

历经三个发展阶段

世界三大连续油管生产公司：美国精密油管技术公司、优质油管公司和西南管材公司。连续油管的直径从12.17-168.14mm共有100多种规格；屈服强度为48.213-96.416MPa；单根长度可达9000m，作业设备车的数量已达到600多台，并且以每年20%的速度增长。仅美国普拉得霍湾西部作业区每年使用连续油管作业超过1000井次。现在，全世界的年耗量近500万米，作业工作量以每年25%的速度增加。

国外发展现状

1985年以来，国内陆上各油田共引进连续油管作业设备20多台，主要分布在大庆、胜利、中原、河南、大港、辽河、新疆等油田。大庆油田、塔里木油田、吐哈油田利用连续油管作业技术进行了气举、清蜡、洗井、冲砂、测井、挤水泥作业，成功地解决了油田生产中的一些特殊难题，取得了良好的效果。与国外相比，国内在连续油管和作业车的制造方面尚属空白，技术不配套，作业服务范围小，设备利用率低，接受和认识程度不高。国内发展现状GlobalCTUCount(1316Total)共1316台套连续油管分布状况历年全球连续油管服务产值状况年增长20%2005年产值18亿美元

1999 6.11亿美元2000 8.272001 11.2320029.042003 10.542004 13.242005 17.592006 20.23(估计)2006年年全球球连续续油管管市场场状况况地区产值亿美元)份额%美国9.050%加拿大3.017%其他(包括中国)6.033%总计18.0

发展趋势早期主要作为传输流体的通道，基本用于洗井、基质酸化和氮气举升。目前这些应用仍然是主要的应用领域，2001年占连续油管服务收入的77%

。现在，已经扩展到钻井(DRILLING)、作业(WORKOVER)、测井和射孔(LOGGINGandPERFORATION)增产措施(STIMULATION)等领域发展趋势：压裂、浅油气层钻井和在老井上钻多枝井。第一部部分：：连连续油油管发发展与与性能能连续油管发展与现状

连续油管基本结构

连续油管与主要技术性能当前主要连续油管服务连续油油管作作业业车连续油油管作作业车车示意意图导管器注入头连续油管动力系统控制系统井口连续油油管设设备机机械组组成连续油油管装装配图图第一部部分：：连连续油油管发发展与与性能能连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能连续油管机械性能连续油油管制制造厂厂家续油管管主要要制造造商集集中在在美国国QualityTubing(优优质油管公公司)PrecisionTechnology(精密管管技术公司司)SouthWesternPipe(西西南管子公公司)整机装配和和注入系统统生产的公公司有Hy-draRig公司Bowen工具公司司Otis工工程公司。。连续油管制制造材料碳素钢调质钢钛合金钢(质量轻和和强度高等等优点，但但价格贵，，是普通钢钢制连续油油管的6倍倍。)早期连续油油管焊接HAZHAZ30ft对对接焊连接接1000-2000ft对对接焊连接接焊接质量差差有薄弱点焊缝较长油管强度降降低50%经常出现质质量问题螺旋焊接-现在使用用平面螺旋焊焊接使热影影响区分布布均匀热影响区降降低70+%抗拉强度接接近本体焊接的同时时可以检验验螺旋焊代替替了对接焊焊（对接焊焊热影响区区强度降低低50%，多数施施工管柱不不使用对接接焊。高强度连续续油管屈服强度：：70号钢钢70,000PSI80号钢80,000PSI90号钢90,000PSI1980s–通通过热处理理加工高强强度管目前前--使用用合金材料料，不需要要热处理防腐蚀连续续油管2000’’s–出出现铬防防腐蚀连续续油管-更长使用周周期(Cycle/寿命Life)-悬挂在腐蚀蚀性井中非金属-复复合管外径大,滚滚筒小现场不能维维修没有广泛应应用CoiledTubingTechnicalDataTableSelectorSelectDesiredTechnicalDataTablebyClickingonListedDimensions(USorMetric)CoiledTubingQT-700QT-800QT-900QT-1000QT-1200HO-70Dimensions

Areas&VolumesSpecifiedMinimum

YieldStrengthCoiledTubing

UtilizationSpoolCapacity

ChartOD

(in)OD

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(mm)70,000

to

90,000

PSI100,000

to

120,000

PSILoadFactor.0.62515.900.62515.900.62515.90....0.62515.900.62515.90...00to.35AllSizes0.75019.100.75019.100.75019.10....0.75019.100.75019.100.750..40to.801.00025.401.00025.401.00025.401.00025.40..1.00025.401.00025.401.0001.0001.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.25031.801.2501.2501.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.50038.101.5001.5001.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.75044.501.7501.7502.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.00050.802.0002.0002.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.37560.332.3752.3752.62566.702.62566.702.62566.702.62566.702.62566.70..2.62566.702.6252.6252.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.87573.032.8752.8753.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.50088.903.5003.500检测测螺旋焊平面面检测（flat）常用磁通量量检测现场检测检测仪器装装在连续油油管轮毂上上连续油管地地面设备连续油管陆上卡车/拖车海上撬装设设备注入器指重仪深度仪检测设备导入弧导链/夹管管器连续油管.滚筒尺寸，，驱动能力力动力单元控制室––监测设设备压力控制设设备(TheStack)防喷器夹管器-盘盘根盒针形阀/变变径井口联结管线–旋旋转头/水龙头，，接头，管管汇连续油管地地面设备陆地设备布布置场地布置––场地地租赁环境限制/问题管理部门的的要求紧急关井和和撤离计划划临近地区的的其他作业业对环境的影影响陆地连续油油管设备摆摆放场地限制––上级级要求,场场地尺寸寸,道路路限制危险地带的的识别设备的尺寸寸和重量设备的摆放放方向远程控制台台和紧急关关断装置的的位置逃生通道和和设备绳索的栓系系点海上连续油油管的摆放放设备类型(漂浮平平台/固定定平台)吊车的能力力环保要求和和废物存放放附近的其他他作业地面和水下下的支撑能能力后勤支持管理部门的的规定紧急关井和和撤离计划划对环境的影影响平台和平台台道路的尺尺寸危险区域的的识别平台空间的的限制(设备,管管材等)设备备的的尺尺寸寸和和重重量量设备备的的摆摆放放方方向向远程程控控制制台台和和紧紧急急关关断断装装置置的的位位置置逃生生路路线线和和装装备备，，救救生生艇艇……钻机机位位置置/起起重重机机位位置置栓系系点点和和安安全全点点海上上连连续续油油管管的的摆摆放放第一一部部分分：：连连续续油油管管发发展展与与性性能能连续油管发展与现状连续油管基本结构连续油管与主要技术性能连续油管机械性能连续续油油管管的的机机械械性性能能屈服服强强度度55,000––用用于于管管线线屈服服强强度度70,000––广广泛泛应应用用于于各各种种作作业业屈服服强强度度80,000/90,000/100,000逐渐渐普普及及90,000已已用用于于各各种种作作业业屈服服强强度度110,000––120,000特特殊殊需需要要Cr合合金金管管用用于于特特殊殊服服务务(QTI)连续续油油管管的的机机械械性性能能台阶阶管管柱柱焊焊接接记记录录连续续油油管管的的硬硬度度高强强度度连连续续油油管管需需要要使使用用经经过过特特殊殊硬硬化化处处理理的的连连接接头头和和卡卡瓦瓦屈服服强强度度标准准洛洛氏氏硬硬度度范范围围连续续油油管管的的受受力力/极极限限/失失效效由于于压压力力和和拉拉力力导导致致油油管管失失效效连续续油油管管的的主主要要受受力力:轴向向力力径向向力力周向向力力剪切切力力连续续油油管管的的形形状状尺尺寸寸和和载荷荷决决定定了了受受力力的的大大小小内压压力力外压压力力轴向向力力(+拉拉,-压压)剪切切力力连续续油油管管强强行行下下入入时时弯弯曲曲图图连续续油油管管受受力力预测测受受力力极极限限软件件手册册如果果vonMises方方法法计计算算的的载载荷荷超超过过了了屈屈服服强强度度，，连连续续油油管管就就会会失失效效失效效形形式式:破裂裂挤毁毁断裂裂注:vonMises方方法法中中没没有有考考虑虑椭椭圆圆度度连续续油油管管受受力力vonMises可可以以预预测测破裂裂挤毁毁(不不考考虑虑椭椭圆圆度度)屈曲曲最大大承承压压直径径尺尺寸寸随随内内压压力力的的增增加加剪切切vonMises方方法法中中没没有有考考虑虑椭椭圆圆度度考虑虑到到椭椭圆圆度度，，必必须须增增加加一一个个安安全全系系数数.椭圆圆度度在在实实际际使使用用中中增增大大，，必必须须测测量量和和记记录录连续续油油管管受受力力连续续油油管管受受力力分分析析软软件件MaurerEngineeringC.T.E.S.C.T.E.S.CoiledTubingHandbook提提供供了了所所有有的的力力学学计计算算公公式式C.T.E.S.,Conroe,Texas.以下下公公司司/网网站站提提供供技技术术数数据据，，图图片片:QualityTubingInc.,Houston,TexasPrecisionTubeTechnology,Houston,TexasInterventionandCoiledTubingAssociation(ICoTA)CavoDrillingMotorsPetro-TechTools(nowaDivisionofSchlumberger-CoilTOOLS)PCE(nowpartofNationalOilwellVarco)BakerHughesWellheadControlProducts连续油管使用用寿命连续油管下入入和起出时都都要经历三次次塑性变形1–滚筒筒2–进入入导弧3–离开开导弧每一次的变形形都会最终导导致连续油管管破裂失效CycleLife/FatigueLife/WorkingLifeTestsandSoftware试试验和软件可可以用于预测测寿命必须记录以下下的操作数据据:使用次数(起下，往复复运动)内压力的变化化达到寿命极限限的部分必须须更换或去掉掉.使用寿命连续油管下入入和起出时都都要经历三次次塑性变形疲劳寿命––48”半半径起下次数，48”半径滚滚筒循环压力，PSI1.4meters疲劳寿命––72”半半径2meters连续油管水力力性能连续油管服务务大部分使用用高压流体泵泵进行作业：：清砂(液体体/泡沫)氮气掏空增产措施(液体/泡沫沫)除垢(高压压喷射)水力切割(液体磨蚀)封层(水泥泥/凝胶)钻/磨PDMs螺杆马马达砾石充填压裂水力性能摩擦力使用CTESHandbook计算使用软件计算算使用Quality’sManual估算算使用Precision’s压降降曲线估算第二部分：连连续油管作作业-井下工工具CoiledTubingOperationTools中国石化石油油勘探开发研研究院2007年3月李宗田井下工具leibieBHA或DHA指指与连续油管管连接的所有有工具组合通用工具有有：连接器,单单流阀,安安全接头,冲冲洗工具,定位装置,扶扶正器...控制阀用于：：循环,水泥泥,平衡,卸载,自自动充填……马达：螺杆泵PDMs,容积式式马达顶部组组合…切削工具：扩眼器,钻钻头…打捞工工具：：震击器,加加速器,冲冲击锤…下放和起出工工具：打捞筒,指指数器…电缆工具：下入和起出工工具/测井电电缆和钢丝。。Running&PullingToolsf/Logging&Slickline二次完井工具具：封隔器,桥桥塞附件…坐放短节连续油管接头外部连接器(通过连续续管外部连接接)卡瓦式连接固定螺丝内连接器(通过连续管管内部连接)插入式连接内部卡瓦式焊接式连接(在现场监测测太困难)螺纹连接(由于连续管管为椭圆型安安装困难)快速连接插入式可用于于低强度作业业最常用连接方方法:外部和内部卡卡瓦式接头示意图卡瓦式(Slip-Type)卡瓦和固定螺螺丝(Slip&Grub/SetScrew)固定或无头螺螺丝(Set/GrubScrew)改进固定螺丝丝(ImprovedSetScrew)轴向式卡瓦连连接(InlineSlip-Type双卡瓦连接(TandemSlip-Type)卡瓦和螺丝油管连接装装置内卡瓦瓦轴向插插入插入或或螺纹纹压制螺螺旋凹凹槽工工具单流阀阀和丝丝堵双阀板板单流流阀球阀––单单或双双球打压单单流阀阀打压丝丝堵/剪钉钉丝堵堵万向控控制阀阀双作用用丝堵堵单流阀阀双阀板板单流流阀Twin/DoubleFlapperCheckValve单球CheckValve双球DoubleBallCheckValve单流阀阀和丝丝堵剪切丝丝堵Shear-OutPlug打压丝丝堵Pump-OutPlug回流阀阀Back-FlowCheck投球释释放Ball-DropRelease自动填填充Auto-Fill打压释释放Pump-DownCheckValve单流阀阀和丝丝堵断开装装置（（安全全接头头）机械脱脱开投球液液压脱脱开差动水水力脱脱开起出工工具,机械械释放放回收工工具,液压压释放放断开装装置机械释释放剪切销销钉可打捞捞接头头密封回回接筒筒GS-型起起出工工具不旋转转或可可旋转转断开装装置投球断断开非旋转转选择择各种型型号穿过井井眼通通过球球Thru-BoretoPassBalls密封筒筒GS-型起起出工工具断开装装置差动水水力丢丢手不投球球压力释释放密封筒筒过眼投投球GS-型回回收工工具回收工工具GS-型上上提工工具可用于于下入入水力释释放内部打打捞可变水水嘴冲洗进进入落落鱼“D””有不不同长长度冲洗工工具洗鞋插入连连接螺纹单喷嘴嘴多喷嘴嘴角度向向下直线向向外倾斜向向上螺旋冲冲洗工工具旋转冲冲洗工工具水力喷喷砂工工具螺纹插入冲洗工工具单孔多多孔孔复复合反反孔复复合合孔侧侧孔单单斜斜孔螺旋型型冲洗洗工具具360度螺螺旋喷喷嘴可换喷喷嘴不旋转转件不同外外径尺尺寸使使喷嘴嘴贴近近油管管内壁壁小井眼眼冲洗洗工具具外径与与连续续管相相同防止卡卡钻连接头头/双双阀板板单流流阀/喷嘴嘴连接器器Connector双阀板板单流流阀TwinCheckValve喷嘴Nozzle旋转清清洗工工具旋转头头水平切切向喷喷嘴向下喷喷嘴可变喷喷嘴液压驱驱动旋旋转轴轴承水力喷喷砂冲冲洗工工具由Schlumberger/Halliburton/BJ公公司提供供设计,服务其他公司司无法提提供.可以替代代冲击锤锤和钻头头清洗坚坚硬的沉沉积物如如硫酸钡钡昂贵-运运行和维维护费用用高扶正器机械同轴轴弹簧扶扶正器允许井眼眼过流受力后收收缩槽型刚性性扶正器器槽体带有有通过孔孔小尺寸避避免卡钻钻水力扶正正器油管内径径调节范范围避避免弹簧簧过度延延长增加弹簧簧数量热处理弯弯曲弹簧簧保证可以以通过内内径弹簧必须须在一端端可压缩缩机械式扶扶正器刚性凹槽槽式扶正正器弓弓型型弹簧扶扶正器液压扶正正器压力打开开正常情况况关闭减少拖拉拉或磨损损通过缩径径张开直径径可调节节关开控制阀差动阀卸压阀/循环阀阀定位挤注注阀封隔器自自动充填填阀封隔器坐坐封卸载载阀上提卸载载阀上提平衡衡阀循环阀卸压/循循环阀选择性建建立油管管与环空空连通在封隔器器释放前前平衡封封隔器上方油管管/环空空压力在ＰＤＭＭ起管柱柱时卸油油在液压封封隔器以以下作为为坐放工工具差动阀阻止连续续油管液液体由于于”U形形管”效效应流到到低液面面的环空空支撑阀上上的液柱柱保护压力力敏感工工具运行和维维护复杂杂很少使使用自动填充充阀从环空充充填连续续油管自动平衡衡连续管管中液面面维护低液液面井水水力平衡衡下压卸载载阀现在打开开，CT/环空空压力平平衡上提密封封，CT/环环空内外外形成差差上提封隔隔器解封封释放避免封隔隔件脱落落上提卸载载阀平衡ＣＴＴ/环空空压力在释放压压缩型封封隔器前前防止封隔隔器部件件脱落关闭上提打开开循环阀上提打开开，CT/环空空压力平平衡PulltoOpenValve下放关闭闭，内外外形成压压差SetDowntoCloseValve定位注水水泥阀定量注水水泥水泥提前前注入连连续油管管底部水泥被清清管器隔隔离,清清管器在在起管柱柱时打打开注水水泥阀的的旁通，，建立循循环井下马达达容积式马马达-螺螺杆马达达TurbineMotor透平平马达液、气、、氮作为为工作液液可以耐高高温容积式马马达-螺螺杆马达达：行业业标准外径小于于2"和和大于2"多种定子子转子组组合高速/低低扭矩低速/高高扭矩用途决定定速度钻井磨铣导向打捞捞工具使用弯接接头用于于定向井井作业马达上部部接旁通通短节，，更多液液体进入入环空以以携带钻钻屑井下马达达直井中典典型的容容积式马马达井底底钻具组组合卸压阀在在入井期期间填充充管柱，，在起出出期间泄泄油循环接头头允许过过量循环环液通过过旁通进进入环空空以携带带钻屑．．调压阀DumpValve安全夹持持接头SafetyCatchSub动力面PowerSection连接总成成CouplingAssembly轴承组合合BearingAssembly钻头连接接BitConnection马达以上上工具组组合“3合合1””or“4合1”工工具组组合连接器双阀板单单流阀液压切断断装置循环阀或或双作用用循环阀阀投球－剪剪切释放放CT－－环空压压差剪切切释放或或投球剪剪切释放放井下钻具具组合比比单独使使用单个个工具总总长度短短在打捞和和洗井作作业中，，安装在在马达和和冲击锤锤以上切割工具具扩眼器,液压驱驱动多叶片用用于流畅畅作业钻头碳化钨金刚石牙轮磨铣工具具平底领眼铣鞋鞋圆鼻铣鞋鞋旋转鞋扩眼器附录SeeAppendix钻头/磨铣铣工具铣鞋平底磨铣铣工具西瓜型磨磨铣工具具领眼铣鞋鞋圆鼻型磨磨铣工具具尖头磨铣铣工具牙轮钻头头碳化钨钻钻头金刚石钻钻头聚晶金刚刚石镶齿齿钻头硬化钢打捞工具具震击器水力,单单向或双双作用机械,单单或双向向加速器给震击器器加力液压冲击击锤用于切削削硬沉积积物、净净化井眼眼、扩孔孔、模锻和滑滑动套筒筒文丘里管管碎屑打打捞篮液压颚式式夹钳钢丝夹具具印模工具具震击器、、上冲水水力驱动动震击器允允许过流流，所以以可以连连接各种种连续油油管工具具－旋转转器，液液压释放放工具和和扶正器器．加速器Accelerator上冲程Up-Stroke震击器、、下冲水水力驱动动通过震击击器的流流体驱动动震击器器以下工工具运行行加速器Accelerator下冲程Down-Stroke震击器,水力力双作用用震击器可可以向任任一方向向作用液体可以以通过加加速器和和震击器器流动加速器Accelerator双向震击击器Dual-DirectionJars冲击锤铁锤增强强器HammerIntensifier冲击锤ImpactHammer冲击钻头头HammerBits文丘里管管金属屑屑打捞篮篮从井中回回收金属属屑或碎碎片压力液在在工具顶顶部进入入环空向向下清洗底部部并返回回内孔打捞蓝抓抓住碎片片过滤器防防止堵塞塞各种打捞捞工具鳄鱼嘴AlligatorGrab铅印LeadImpressionBlock内抓WireGrab下入/回收收工具‘GS’液液压型下入入/回收工工具‘JD’液液压型下入入/回收工工具重型液压型型下入/回回收工具液压可退打打捞筒液压标引工工具GS/JD下入入和回收工工具GS-型重型JD-型l打捞筒和标标定工具标注工具打捞器OvershotExtension流动释放打打捞器Flow-ReleaseOvershot钢丝作业工工具液压滑套移移位工具液压移位工工具‘RX’下下入工具，，液压‘Z6’下下入工具,液压造斜工具,液压驱驱动转向接接头铅印保径齿排过油管万向向接头承受扭矩万万向接头旋转接头移位工具液压驱动移移位工具，，通过换向向工具打开开或关闭滑滑套内部压力驱驱动工具对称式移位位工具对称可选择择移位工具具水平井开关关PCE,Otis,Camco,Baker滑套一趟起下可可开关多个个滑套‘RX’下下入工具运行和坐放放‘X’’,‘XN’,‘‘R’,和‘‘RN’锁锁定装置置可选择性下下入‘X’’和‘‘R’锁锁定装置．．‘Z6’下下入工具具液压驱动,用于在定定位短节中中分别安装装‘DB’系列列No-Go（止止过短节））造斜工具转转换接头液压驱动短短节将标准准‘Merla-型型’钢丝丝造斜工具具转换成连连续油管造造斜工具在钢丝无法法下入的大大斜度井中中，