连续油管作业技术应用与探索

连续油管作业技术应用与探索2584

连续油管作业技术应用与探索

目录

1连续油管作业技术应用与探索

3第一章概述

4第二章连续油管性能

11第三章连续油管设备

16第四章连续油管摩阻损失的计算

16第1节连续油管摩阻

17第2节环空摩阻

18第3节摩阻计算的其它公式

22第五章连续油管技术研究与应用

22第1节连续油管作业的特点

22第2节冲洗井作业

26第3节连续油管气举作业

28第4节水力钻进解堵

28第5节连续油管除垢作业

30第6节连续油管同心管注采技术

34第7节打捞及投捞作业

35第8节连续油管增产作业

35第9节大斜度井、水平井测井作业

36第10节井间地震探测

36第11节连续油管钻井技术

38第12节连续油管常用井下工具

41第六章基本操作指南

41第1节工作计划书

42第2节现场组织

43第3节安装设备

46第4节正常作业

48第5节作业完成后的保养

50第七章连续油管技术发展趋势

51参考文献

概述

连续油管工业的起源可以追溯到1944年6月，第二次世界大战期间的

“诺曼底登陆”的“PLUTO”（PipeLinesUnderTheOcean跨越英吉利海峡的

同盟军输油管线，该工程总共在海峡内铺设了23条管线，当时使用的管线内径

为3;,预先制成长度为4000ft的多根管子，然后通过焊接绕在直径为40ft的

轮毂上，用浮筒支撑浮在水面，由海底电缆船拖动铺设；23条管线中有17条长

达30英里，6条管线长度达70英里。）工程，1963年开始应用于石油工业。现

代科学研究与技术进步推动了连续油管作业技术的发展与进步，连续油管作业技

术作为一种新颖的油气井作业方式由初期的简单冲砂、洗井作业发展到目前的油

气井修井、增产、完井、测井和钻井等作业，在油气田勘探开发中发挥越来越重

要的作用，其设备数量和应用范围呈现增长势头。据统计，1992年世界上有533

套连续油管作业设备，1993年增加到561套，2004年全球统计1053套，2005

年则增加到H82套：其中美国257套，加拿大3n套。

中国，1978年四川石油管理局引进第一套连续油管设备开始起步，随后大

庆、华北、辽河、河南、大港、中原、吉林、长庆、新疆克拉玛依和吐哈等油田

也陆续引进，目前，全国约有30套连续油管作业设备，主要用于冲砂、洗井、

诱喷、拖动酸化、除垢和磨铳解堵等作业。

连续油管性能

连续油管制造工艺的发展

“PLUTO”工程，由同盟军的工程技术人员制造,较早时期的连续油管是美国

RepublicSteel公司通过TIG/MIG对焊技术制造。

SouthwesternPileInc3〉.公司于1969年开始生产连续油管，所用材料的

强度只有50000〜55000psi,最大直径1〃，但是由于对连续油管加工工艺的革

新，连续油管应用得到发展。

QualityTubingInc.公司于1976年也开始加入制造连续油管的行列，最大

外径1T/4〃。SouthwesternPileInc.和QualityTubingInc.两家公司工

艺技术不断改进，80年代成功选用屈服强度70000psi的高强度低合金钢(HSLA)

和焊接工艺的改进,使连续油管性能大大提高，1992年生产出外径2-3/8〃、1997

年生产出外径6-5/8〃的连续油管，屈服强度达lOOOOOpsio

目前，世界上有三家连续油管制造商：PTT(PrecisionTubeTechnology)^

QT(QualityTubingInc.)、SPI(SouthwesternPipeInc.),这三家公司对HSLA

连续油管的技术进步发挥了主要作用。通过改变钢的化学组成，以及采用淬火热

处理工艺大大提高了连续油管强度。较为常用的材料是：碳钢、调质钢及钛合金

材料等；近年又研制出玻璃纤维和碳素纤维等复合材料的连续油管，其重量和防

腐性能更好，但是制造成本高以及现场维护困难。

连续油管特性

连续油管本身的质量和性能对于连续油管作业的成败至关重要，为了避免连

续油管在作业过程中失效，充分认识其使用性能极限具有非常重要的意义。

几种常用连续油管的化学成分A-6064#调质钢

型号

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

连续油管的使用寿命

通常，连续油管的使用极限主要有三种类型：循环疲劳及腐蚀决定的寿命极

限、抗拉及耐压屈服极限、直径和椭圆度极限，这三者是相互影响的，一般认为

腐蚀具有明显地影响。

连续油管缠绕到绞盘时，连续油管会产生屈服变形，并承受弯曲应力，弹性

极限内的最小弯曲半径：R=E（D/2）/Sy

式中，E为材料的弹性模量（Mpa）,D为管子外径（mm）,Sy是材料屈服强

度（Mpa）,得出R（mm）

对于HSLA材料屈服强度482Mpa,弹性模量200Gpa,得出一组连续油管的最

小弯曲半径数据：

连续油管规格in

外径mm

最小弯曲半径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

事实上，连续油管绞盘一般不可能做的很大，通常在1.22〜2.44m,所以绞

盘上的连续油管超出了弹性极限，将产生塑性变形。

连续油管作业过程，至少循环起下一次，连续油管要完成6个弯曲动作：缠

绕在绞盘的连续油管被拉直一拉直的连续油管进入导向架被弯曲（导向架也是不

可能做的很大，通常1.37〜2.5m）一导向架连续油管被注入头驱动链条又拉直

进入油井内；起出连续油管发生反向的弯曲。

在不承受内压的条件下，上述6个弯曲动作引起的塑性变形一般在应力一应

变包络线内，但是连续油管作业基本上是承压的，这样就会引起连续油管内部结

构发生物理及几何变化，即连续油管发生“膨胀”现象，管径变大，管壁变薄。

上述6个弯曲动作有4个发生在导向架处，因此，连续油管一般疲劳破

坏发生在导向架处。

腐蚀对连续油管寿命的影响

在连续油管作业中，经常要接触酸化排液等腐蚀性介质，虽然加入一定量的

缓蚀剂，但是仍然存在一定的腐蚀，影响连续油管的使用寿命。在生产流体中，

常常还有硫化氢的存在，比如塔里木、四川以及中亚国家油气田，而高强度的管

材对硫化物特别敏感，试验证明，经过调质处理的材料抗硫化物应力开裂性能比

回火处理的材料有明显提高，因为调质处理的管材内部具有稳定的回火马氏体组

织，在应力低于屈服极限达条件下，其抗硫化物能力较强。

常规腐蚀它使连续油管的壁厚均匀变薄；通过使用化学剂、减少暴露时间

或管壁加厚可以有效的降低腐蚀程度。

点蚀它比常规腐蚀要严重的多，它使连续油管局部发生壁厚变薄；弱酸和

高温环境促使点蚀的发生，还容易在自然条件下盐水介质中发生；点蚀产生的应

力集中加速连续油管的疲劳破坏，又因为它不容易检测，所以有效的缓蚀剂和精

细的检查连续油管是十分必要的。

电化学腐蚀低合金的连续油管在常规井作业通常不存在电化学腐蚀，但是

在腐蚀性井筒里，井下工具类管柱可能是不锈钢、镁基类高温材料或者钛合金材

料，接触到电解液体，连续油管变成阳极加快腐蚀。

流体腐蚀地层产液包括C02、H2S,完井用的盐水、酸化的残酸等对连续

油管具有较强的腐蚀性。

H2s环境的腐蚀H2s液体对连续油管的侵蚀降低了连续油管的强度。这种

腐蚀产生的氢原子进入管材结构中导致连续油管氢脆发生断裂等。当然原因是多

方面的：H2s的局部压力、连续油管暴露时间、材质以及机械损伤等。目前没有

更好的材质满足连续油管H2S工况作业。

连续油管的疲劳极限

为了研究连续油管在作业条件下的应力变化，考虑各种外载荷因素对连续油

管使用寿命的影响，连续油管制造商进行了一系列的模拟试验：

A、相同连续油管规格不同工作压力承压5000psi的连续油管管径增加量

明显大于承压2500psi的连续油管管径增加量；5000psi工作压力的管子破裂时

循环次数为150次，2500psi工作压力的管子破裂时循环次数达到500次。

B、相同连续油管外径不同壁厚壁厚的增加降低了管壁的周向应力，从而

提高了管子的疲劳寿命。

C、相同连续油管不同的工艺处理随着屈服强度的增加疲劳寿命相应提高;

另外，相同的屈服强度经过调质处理的优于回火处理的。

连续油管抗挤毁极限

连续油管缠绕到绞盘上时，几乎全部处于弯曲状况，变形后形成椭圆形（圆

度约99%）,圆度的降低相对地椭圆度增大，同时在导向架上也产生椭圆形。试

验资料表明椭圆度的微小变化对连续油管的挤毁能力影响不太严重；但是，轴向

载荷对挤毁能力影响很大。连续油管从井内起出，轴向载荷则由于连续油管自重

和管壁之间的摩擦阻力、悬挂物产生的拉力而增大，挤毁能力下降。一旦轴向载

荷达到连续油管的屈服强度极限，管子将持续伸长，在最大应力点发生“颈缩”

现象，管子强度降低发生断裂失效。

美国DOWELLSCHLUMBERGER公司就对连续油管的变形做了规定：标准直

径的96%—106%范围内使用，否则不得使用。当然，实际作业时还要考虑其它

不利因素的影响。

连续油管抗弯曲性能

当连续油管在井底遇阻时，它受到轴向压载载荷的作用，此时连续油管在井

筒就像是细长杆，当压载超过临界压力，连续油管首先呈现正弦波形变化，随着

载荷的增大，最后变成螺旋状。

一旦连续油管变形成螺旋状，入井所需压力增大，连续油管和生产管柱的摩

擦阻力增大以至最终抵消地面入井压力，通常称这种状态叫“锁死”，它使连续

油管无法前进，如果地面再加压连续油管将在锁死点发生剪切失效。即使连续油

管在不受力的情况下缠绕在绞盘上，仍然存在残余的弯曲变形，所以连续油管失

效因素有许多方面。

连续油管设备

连续油管设备(CoiledTubingUnit,CTU)是一种轻便的、液压系统控制的

连续起下油管装置。

目前，全球制造连续油管设备的厂家以美国为代表，主要有BowenTool

Inc.、HydraRigInc.、NOWSCOWellServiceLtd.、HALLIBURTONSERVICES、

DOWELLSCHLUMBERGER以及STEWARTSTEVENSON等公司。

注入头连续油管设备的关键部件，目前注入头最大提升能力达到

2000001bs,主要功能有：

为克服油井压力或者摩擦力提供更强劲的起下作业能力；

有效控制不同井况下的起下速度；

支撑全井筒连续油管重量。

包括连续油管弧形导向架、重负荷链条牵引总成、自封密封盒、变量液压驱

动马达、指重传感器以及支撑架、支撑腿等。

连续油管弧形导向架接受从绞盘来的连续油管并将其引导入注入头。它根

据连续油管直径大小由钢材做成的弧形槽，槽内装有耐磨橡胶涂层的滚柱轴承，

通常60〜72”曲率半径的导向架适用于1-1/4”到1T/2”连续油管，1-3/4”

到2”连续油管则需要至少曲率半径80”的导向架。

重负荷链条牵引总成通过双向变量液压马达驱动两盘反向旋转的重负荷

链条，链条总成内有适合连续油管用的一系列卡瓦，通过三套液压缸调整卡瓦的

夹紧力来起下连续油管。

自封密封盒注入头底部，沿连续油管中心线装有液压控制的橡胶密封盒，

使连续油管外部和地面隔离，防止井内介质喷出。一般设计工作压力lOOOOpsi。

指重传感器把信号传到控制室，指示连续油管重量和提升力，同时还可以

指示作用于连续油管上的轴向上冲力。

几种型号的注入头性能

型号

适用油管

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

绞盘

连续油管绞盘是由钢板绕成，通常由直径60〜72”的筒芯和直径9ft轮缘

组成，这种绞盘可以容纳26000ft的1"连续油管或者22000ft的1-1/4"连续

油管。容纳不同尺寸连续油管的能力取决于绞盘的筒芯、宽度和轮缘的尺寸，绞

盘的大小与当地运输法规的限制条件有关。

特大型滚筒拖车，用于不受公路限制的偏远地区连续油管作业。

绞盘的转动通过液压马达带动的，液压马达在连续油管起下时保持一定的拉

力使连续油管始终绕在绞盘上。绞盘中心有一空心轴，中间用高压堵头隔开，轴

的一端装有高压旋接头，连续油管通过空心轴与该接头相连，并通过它连接到气

体或液体泵注装置上，全部部件可以承受lOOOOpsi的高压。

另外，连续油管除泵送流体外，还可以用于穿电缆作业：电缆穿入连续油管

内一起下入井内，类似于流体旋转接头的连接方式，空心轴的另一端安装有旋转

电接头，电接头与轴中间的高压堵头有多芯电缆连接，电缆的首端与高压堵头相

连以传输电信号。

绞盘上方还装有计数器，以计量连续油管入井深度；安装的排管器以使连续

油管整齐地排在绞盘内；其它还有固定底座和支撑架等辅助部件。

防喷器组

防喷器（BOP）系统是连续油管作业时的必备部件，通常有四组液压控制的

防喷装置，其工作压力在5000〜15000psi。四组防喷功能从上到下是：

全封用于油井失控时在地面将油井封住。

剪切用于B0P以下的连续油管卡死或油井失控（配合全封），或者有其它

需要时，机械切断连续油管。

悬挂用于支撑连续油管管柱重量，以防止管柱落井或者井内高压把连续油

管从井内冲出。

半封作用和注入头自封功能相似，但是它只能在连续油管静止状态下关

闭。

同时，在剪切和悬挂间装有法兰出口和旋塞阀，正常作业时关闭旋塞阀，油

井失控时打开旋塞阀进行外部压井。

液压动力系统

液压动力系统为连续油管所有部件的动作提供动力支持，并根据液压动力的

需要提供各种动力源。标准动力源包括柴油机和液压泵以及液压元件等组成。

控制室

控制室的设计多种多样，但是主要立足于远程控制，一方面便于操作控制，

另一方面便于观察井场。它可以安装在底盘车的某一固定位置，也可以做成撬装

式。

控制室装有全部仪表、控制阀件等，用以监测和控制连续油管作业设备的部

件运动：操作绞盘、注入头马达确定连续油管的起下速度，以及自封封井器、防

喷器的动作等。

辅助部件为了满足连续油管作业的需要配备的底盘车、吊车以及平台、梯

子等。

连续油管摩阻损失的计算

连续油管常常应用于洗井、排液诱喷、酸化增产以及钻井等作业，这里就涉

及泵送流体时的系统压力问题，而流体与其特性、系统压力、管子形状、流速等

密切相关；系统压力可以通过流体在连续油管和环空内的压力损失来估算。

连续油管摩阻

摩阻损失的压降4P,对于连续油管作业至关重要，不仅是冲洗作业考虑携

砂能力问题，而且涉及到地面施工排量和施工泵压以及连续油管承受能力等一系

列问题。

根据以下公式计算摩阻压力的损失:

(5—1)

式中：D—油管内径，m；L—油管长度，m；一流体密度，kg/m3；

Q一排量，m3/min；f—摩阻因子。

f通过计算雷诺数(Re),再查摩西图版(Moody,1944)可以得到。

(5-2)

口=液体动力粘度，mpa.s；V=流速，m/so

雷诺数(Re)

例如，1T/4"(①31.75mm)连续油管壁厚2.413mm,长度4n4.8m,洗井液

密度1000kg/m3,动力粘度1.05mpa.s,泵注排量0.0795m3/min,则摩阻的计算

步骤为：

雷诺数Re=59675,管子相对粗糙度(D/W,连续油管W=0.0456mm),查Moody

曲线f=0.0255；代入(5-1)式中得出:

△P=10.75Mpa。

环空摩阻

环空摩阻压力的损失计算因为液体流动不同于连续油管，截面为环形，所以

按照当量直径D当来代入(5-1)式计算摩阻。

D当=4R(5-3)

D当=Dc-Db(5—4)

事实上，环空摩阻对于管柱的偏心度(EC)十分敏感。

EC=2o/(DC-Db)

如果连续油管位于生产油管中心，则EC=O,与生产油管内切，则EC=1,

但是连续油管在井筒内由于重力和残余变形的存在，连续油管不在生产油管中

心，一般直井内EC=O.5〜0.75,水平井EC=0.75〜0.95。

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

大多数连续油管作业用于清洗裸眼井段，一般要求环空压力与井底压力平

衡，以尽可能的减少清洗液体对地层的伤害；但是环空流速的增加相应的摩阻增

加，其当量静水压头增大，使部分液体进入地层，同时返出地面的液体量将减小,

以维持摩阻损失与作用于裸眼段以上静水压头的平衡。实际作业过程由于部分液

体进入地层，环空流速减小，但是液体密度会因为洗井上返的固体物发生变化，

所以环空摩阻的计算需要综合考虑。

摩阻计算的其它公式

哈里伯顿Halliburton推荐

SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\h

SEQMTChap\h\*MERGEFORMATMACROBUTTONMTEditEquationSection2方

程段(下一个)节1(5—5)

式中，P=液体密度，kg/m3；Q=排量，m3/min;

口=动力粘度，mpa.s；1=连续油管长度，m;

口=连续油管内径，m

PTT和QT连续油管制造厂家推荐

(5—6)

f=摩阻因子；1=连续油管长度，ft；P=液体密度，lb/ft3；

V=流速，吐/$刀=连续油管内径，in。

(5—7)

这里:

(5-8)

(5—9)

(5-10)

取W=0.0018〃

例子2〃连续油管(壁厚0.156”)12000ft,下入水平井中作业，泵注液

体清水，密度62.311b/ft3,动力粘度0.9784cp,排量3bpm；计算垂直段压力

降、水平段压力降？从地面到井底的总压力降？如果井底压力3000psi,则地面

泵注压力需要多少？

解答：连续油管内径D=2-2X0.156=1.688in,由(5-10)计算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；垂直段势能增加Ap势=PgLsin。=-3461psi；

则：

垂直段压力降=—3461+331.2X8=—812psi；

水平段压力降=0+331.2X4=1324psi；

总压力降=1324+(-812)=512psi；

井底压力3000psi时，地面压力=3000+512=3512psi。

以下是常用连续油管的摩阻损失速查图表:

连续油管技术研究与应用

连续油管作业的特点

作业时间短井场准备时间短，搬迁及安装时间短、设备少，起下钻快。

作业成本低减少配套设备费用、降低管柱连接丝扣的维修、保养费用。

作业效率高快速下入与起出，能在带压条件下作业；整个作业过程中随时

可循环，消除了作业过程中连接油管时的井控问题；施工人员少和配备工具少。

连续油管与常规修井机作业比较

连续油管与电缆钢丝绳作业比较

冲洗井作业

冲洗作业是最常用的连续油管作业技术，目的是冲洗井底沉砂、解除压裂砂

堵、清除蜡堵及盐堵和解除沥青有机物等堵塞。

冲洗作业涉及的主要内容是选择合适的冲洗液体系，以便迅速携带出砂子或

固体颗粒等污物。

冲洗液的选取

综合考虑以下几个因素：

目前井底压力准确了解井底压力对于安全冲洗作业十分重要，盐水一般用

于正常压力井(压力梯度0.00982〜0.0105Mpa),高压井(压力梯度

>0.0147Mpa)需要更大密度的液体，低压井(压力梯度<0.00985Mpa)则

应选择泡沫液或者氮气冲洗。

泵注排量和环空流速

连续油管流速(6-1)

环空流速(6-2)

冲洗井作业时只有环空液体流速大于固体颗粒下沉速度才能将固体颗粒等

携带出井筒，这个环空流速就称之为临界流速。

雷诺数Re(ReyonldNumber)它是惯性力与粘滞力的无因次比值，主要用

来确定液体流动时的流态。

液体流动有三种基本流态：层流(Re<2000)、过渡流

(2000<Re<4000)和紊流(Re>4000)o采用现场采用的单位制，雷诺

数为:

(6-3)

式中，Db为管子直径，m；u为流速，m/s；P为液体密度，kg/m3；P为液

体粘度，mpa.So

运动中的固体颗粒

除紊流状态外，颗粒在一定流态下随液体运动时，液体对其产生的拖曳力时

一致的，不管颗粒在液体中的运动状况如何，因为重力和阻力基本处于平衡，可

以以固定的速率在液体中下沉，即临界沉降速率(TPSV：TerminalParticle

SettlingVelocity)o圆球状固体颗粒在不可压缩流体中的沉降阻力系数(Cd)

及雷诺数Re的计算如下：

(6-4)

式中，g重力加速度；Dp颗粒直径，m；vt流速，m/s；

Ps——颗粒密度，kg/m3；PL——液体密度，kg/m3；

U液体粘度，mpa.So

Lappie等人提出了Cd〜Re的关系曲线，并将液体流动划分为三个区，

给出了各个区域的摩阻系数经验公式：

①Stoke定律区(Re<0.1)

logCd=-logRe+log24(6-5)

②过渡流定律区(0.l<Re<500)

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

③牛顿定律区(500<Re<200000)

logCd^logO.44(6-7)

固体的冲洗

井筒内砂子包括作业过程加的砂子(比如压裂加砂)和地层出砂。通过砂子

的颗粒参数分析，确定出临界沉降速度，为施工提高设计依据。

假设用不可压缩牛顿液体冲洗刚性圆球状颗粒，其临界沉降速度可由阻力系

数与雷诺数平方的乘积近似给出初值，并通过方程联立求解，确定出合理的雷诺

数范围，由此得出临界沉降速度。

示例：US30目的固体颗粒，Dp=0.59mm,Ps=2650kg/m3,PL=1000kg/m3,

P=1.05mpa.s,则临界沉降速度计算如下：

Cd(Re)2=X()2

两边去对数得:

logCd+21ogRe=log4000(6—8)

按照不同流态进行试算：

Stoke区(6-5)与(6-8)联立求出Re=4000/24=166.7,显然超出Stoke

区范围；

过渡区(6-6)与(6-8)联立求出Re=46.5,符合过渡区范围，进而求

出Cd=0.44o

将Cd=0.44代入(6-4)式得出ut=0.0853m/s。

在上述条件下，20目的砂子(Dp=0.833mm)计算出ut=0.128m/s；10目

的砂子(Dp=2mm)计算出ut=0.274m/s。如果现场使用的砂子有多种类型，

则按照最大颗粒直径计算临界沉降速度。

在直井或小斜度井，环空液体流速一般要求达到固体颗粒临界沉降速度的两

倍，而在水平井至少要求10倍以上才能保证固体颗粒沿流体方向运动。因此作

业时，环空流速必须足够大以便携带固体颗粒上返。

当环空内最大截面处的液体流速不足以推动固体颗粒上升时，则可以考虑高

粘度携砂液体系。

冲洗速度

根据冲洗液性能和固体颗粒临界沉降速度，计算出环空所需最小流速，根据

此环空流速计算出连续油管下放速度。但是，井筒内往往有砂桥存在，地面不容

易观察到，几个砂桥之间相互作用，如果没有足够的循环时间，要么因为环空水

力压头的增加造成固体颗粒进入地层，要么由于循环不到位造成连续油管和生产

油管之间的新的砂卡。

接上例1-1/4"连续油管下入2-7/8”（内径①62mm）3048m的油管内，计算

的US30目的固体颗粒（基本接近实际生产中所用陶粒规格）：Dp=0.59mm,ps

=2650kg/m3,PL=1000kg/m3,u=1.05mpa.s,则临界沉降速度计算为ut=

0.0853m/so按照环空流速是临界沉降速度4倍计，则

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

实际操作还要降低一些（10〜15m/min）。

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

冲洗方式通常采取连续油管注入，环空（连续油管和生产油管之间）排出

的循环方式进行作业，是解决卡封井作业的有效手段。另外，根据连续油管下入

深度确定施加于连续油管的额外载荷，由此保证冲洗作业时连续油管应力不得超

过其屈服强度。

连续油管气举作业

油气井生产过程中，常常出现静水压力大于地层压力的过平衡现象，从而导

致井底流入性能降低，甚至油气井不能正常生产；通过降低静水压力的方法可以

使油气井重新激活，恢复生产。

连续油管是理想的气举作业设备，具有不压井、不动管柱、减小对地层的伤

害等。1992年NOWCAM研制的整体式可缠绕气举阀工作筒推动了连续油管气举革

命，但是实际生产中，氮气气举是最常用的气举技术。

氮气的物理性能氮气(N2)是一种惰性气体，微溶于水，基于安全考虑，

目前油气田明确氮气作为首选气体。空气中含有78%的氮气，即可以通过空气

分离获取氮气或者低温分离获取液氮。

氮气的物理性能

重量密度11.59kg/m3

气体比重0.9672

临界压力3.39Mpa

分子量28

临界温度T27°C

水中溶解度16.6°C2.35N2：100H20

比热1.4©37.7°C,0.IMpa

37.7°C1.55N2：100H20

液氮的性能

分离温度-196°C

密度808kg/m3

液氮：氮气

1：696

氮气气举注入方式

连续注入：这种方式是低排量连续注入，氮气连续分散在井筒液体内，环空

液面液体密度逐渐降低，便于控制诱发地层的流动。

间歇注入：首先将连续油管下入到液面以下的预定深度，然后开始气举，这

种方式氮气的泵注压力高（大于注入点静水压力）。

气举要点：气举的目的是在不产生压力震荡的条件下，诱发地层内的流动，

有时也用于不同程度地清除完井井段的表皮伤害；一旦根据计算选定最大生产压

差，气举作业过程就在此范围施工。

设备状况：连续油管车、制氮装置（额定排量14m3/min,最大工作压力

35Mpa）、液氮泵车（额定排量170m3/min,最大工作压力105Mpa）、液氮罐车（20m3）

等。

实例

吐哈油田台参xx井，用连续油管从2-7/8”生产油管（内径①62nlm）

内边下边用制氮装置进行气举至4500m,制氮装置排量14m3/min,最高施工泵压

18Mpao

水力钻进解堵

油气井开发过程中，常常发生油气井结蜡、水合物堵塞，甚至输油管道的堵

塞等，使用连续油管带井下工具可以有效地、快速安全地解决这类问题。

地面集输管线解堵

施工设备：连续油管车、水泥车

实例：吐哈油田丘陵XXX计量站与某井的900m计量管线不通，多次化学解

堵不通，并且无法判断哪一段被堵；为此技术部门认真分析后，从被堵管线阀门

处入手，模拟油井施工并安装施工井口和防喷设施，2天内顺利完成了被堵管线

的疏通。

解除油井堵塞

解除水合物堵塞

对于天然气混项驱油气井，生产周期半年左右后，生产管柱受压缩天然气的

影响，容易发生不明物质（暂定位水合物）的堵塞，为此开展了连续油管不压井

解堵技术研究并实施。

实例：吐哈油田葡北XX—XX、XX—XXX井，测试作业时，工具不能通过；后

上连续油管进

行水力钻进作业，解除油管内壁的堵塞，测试工作顺利开展。

配套工具通常只需配套连续油管连接短节、螺杆钻和钻头即可开展施工。

连续油管除垢作业

作业优点

不需要起下水井内的注水管柱，实行不压井作业，施工时间短，节省作业费

用，提高清洗套管射孔道的效率，并且大大减少了水井停注时间。

连续油管清洗工具

该工具是以常规的方式连接在连续油管柱上，沿连续油管清洗工具的径向分

布着一系列直径相同的喷嘴，每一圆周上的喷嘴数目不超过3个，这些喷嘴分布

在垂直于连续油管清洗工具中心线的一系列平面上,喷嘴的喷射方向与连续油管

清洗工具的内径相切。

液体射流产生的反作用力能使连续油管扭转，其扭转扭矩（或角度变化）与

液体射流产生的反作用力（通过喷嘴的压力降乘以喷嘴数目）、连续油管直径及

悬挂在注入头下部的油管长度（工作长度）成比例变化，引起角度变化的主要因

素是压力；当角度改变到某一特定值时，连续油管柱可以一定的速度作上下移动

（冲洗工具随之上下移动）。

由于连续油管清洗工具的距嘴数量及每个喷嘴的喷射轨迹不同，所以，连续

油管柱需作多次上下往复移动，每次移动时，压力值都略有变化，从而扩大或重

叠了喷射范围，确保清洗彻底。

使用范围

在有些情况下，连续油管清洗工具的工作效率较低，尤其是当连续油管清洗

工具在进出通道的油管直径较小，而所需清洗套管直径较大的油井中或者待清除

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

种不同沉积物的清洗能量见下表。

沉积在生产尾管和油管柱中的各种沉积物具有不同的清洗特性，这取决于沉

积物对油管和自身的粘合性能、油气中间层的沉积特点以及产生沉积物的条件

等。

各种沉积物的清洗能量值

材料类型

清洗能量值(KN.m/cm2)

材料类型

清洗能量值(KN.m/cm2)

硫酸领

1.47

焦碳与混合物

0.53

硅酸盐

1.26

蜡与混合物

0.42

碳酸钙

1.16

石蜡

0.25

硫酸钙

0.95

污泥

0.21

碳酸盐、硫酸盐、硅水垢

0.8

钻井液和胶液

0.17

碳氢化合物

0.67

半液体

0.105

焦油沥青

0.63

深井作业时，若油管和环空内的液面到达井口，则不存在静水压力差，因此,

喷嘴的有效压力较低;在高压油井中也不存在有静水压力差，此时，系统的工作

速度慢，效率降低;长链高分子聚合物具有增大喷嘴射程、减少液体流经连续油

管所产生的压力降(减阻)等特点。在进行清洗作业时，通常在清洗液中添加

0.3%的聚合物；平均降阻为51%；喷射清洗系统适用于大多数不可压缩性清洗

液，其清洗效率达到90%,能满足油水井清洗作业的要求。

实例

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

通过「1/4”连续油管带①54mm喷嘴除垢后①56mm的切割弹顺利通过，达到了

除垢目的。

哈萨克斯坦扎拉若尔油田xxxx、xxx两口井下①44nlm通井时遇阻，通过

「1/2”连续油管带①54mm喷嘴除垢后通井作业顺利开展。

连续油管同心管注采技术

连续油管充当油气井生产管柱，实现自喷接替，例如2-7/8”油管完井的自

喷井，停喷前，可在2-7/8”油管内下如连续油管，实现自喷接替作业;

连续管用作地面输油管道，由于其焊接工作量少，施工速度快，在地面输油管道

应用占很大比例，连续管也可做到内防腐和外部保温；使用废旧2-3/8\2-7/8\

3”连续油管作为侧钻井的完井尾管。

同心注采管柱就是将连续油管下入普通油管中，用封隔器封隔上下层位,连

续油管注采下部层位,从普通油管与连续油管的环形空间注采上部层位，实现分

层注采的目的。

该管柱油管和环空均具有两级安全控制系统。油管安全系统由井下安全阀和

采油树一号主阀构成，两者配合使用；环空安全系统由封隔器和套管头配合构成,

连续油管安全系统由连续油管底部带单流阀构成。

下部封隔器为双插管封隔器，2-7/8〃注水管柱下到位后插在外管内，1-3

/4〃连续油管下入插入内管内，密封筒实现连续油管与内管之间的密封，上部

封隔器用液压封隔器，封隔油管与套管的环形空间，并有利于注保护液。

打捞及投捞作业

连续油管通过配备不同的工具打捞落鱼如电缆、堵塞器、压力计等。

优点：安装快、成本低，系统具有液体循环能力。

缺点：不能旋转。

连续油管增产作业

连续油管压裂

用连续油管进行压裂施工的优越性在于：通过连接流体控制阀、皮碗（压差）

封隔器等特殊的井下工具，可以精确地实现一次多层压裂施工。由于压裂施工要

添加支撑剂，需要一定的排量，选择2〃以上的连续油管，受管柱摩阻的影响，

施工井深<2000m。

连续油管酸化

用连续油管进行酸化作业，配置流体控制阀、跨隔封隔器等特殊井下工具，

可以有目的地进行选层酸化。由于酸化作业对施工的排量和压力要求不高，用1

-1/2〃的连续油管即可满足要求，施工井深可达6000m以上。

实例1四川油田某油井实施连续油管水平井拖动酸化：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，预计地层压力22Mpao若按照常规酸化很难达到均匀布酸，而使用连续

油管可以实现从最底段开始分段注酸，一次完成三个孔段的施工。该井施工后增

产2倍以上。

实例2哈萨克扎拉若尔xxxx井：该井是扎那若尔油藏新完钻的一口水平

井，水平位移510.51m;本次通过连续油管拖动酸化技术，解除水平井段的污染,

提高该井产能。施工中分5段注酸，累计注入90m3酸液，施工排量160〜

2501/min,施工压力15-25Mpa；施工结束继续使用连续油管进行氮气气举排液,

后自喷完井，产量有当初的2m3升到50m3,到达了增产目的。

大斜度井、水平井测井作业

常规测井井斜大于45。，测井就有困难。当井斜大于60。，或水平井水平

段小于1000m的水平井，用连续油管测井，成功率高，速度快，相对常规测井节

约成本。主要技术参数，使用1-1/4〜的连续油管（油管内穿电缆）和

辅助工具（电缆连接头，扶正器），测井仪器及地面采集计算机等。

井间地震探测

常规井间地震探测为地面探测，而应用连续油管技术可进行地下探测，在不

同的两口井分别下入连续油管和相关仪器，其中一口井发出地震信号，另一口井

仪器接收信号，实现地下精确地震探测。

连续油管钻井技术

连续油管钻井（CoiledTubingDrilling简称CTD）技术随着现代连续油管

和钻井技术的重大发展，上世纪90年代开始得到发展。大直径、高强度的连续

油管不断研制应用，以及井下螺杆钻、定向工具和牙轮钻头等井下工具的不断开

发，大大推动了连续油管钻井技术的进步。

加拿大是应用CTD技术最早、发展最快的国家之一，上世纪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

技术发展非常迅速，到1995年已发展到340口；近年来，连续油管钻井技术在

浅层和海上油田发挥则积极作用。

CTD优势：

欠平衡钻井时的安全性；

缩短作业周期；

多侧向、小井眼、短半径；

用人少，节约劳动力成本；

泥浆溢出少，利于保护环境。

CTD缺点：

钻前准备需要常规钻机的配合，比如开窗；

需要常规钻机起出生产油管或下入套管等；

井眼尺寸小;

连续油管疲劳破坏。

应用范围：

现有直井、水平井的加深；

现有直井定向侧钻以连通非均质地层中未波及区域；

现有老井加钻分支井；

小井眼钻井等。

CTD工程连续油管钻井是一套系统工程，包括地面设备、井下工具和技术

研究试验等。

连续油管CTD宜采用大直径的连续油管（2-3/8”以上），具有水力性能好,

承受载荷高；但是由于道路运输限制，连续油管直径和长度因此受到约束。

连续油管车通常制造成拖挂式，安放注入头、防喷器、控制室、动力源等;

由于CTD钻具长，安装时需要单独的起吊设备。

液体循环系统泥浆罐、泥浆泵以及除砂除泥设备等。

钻井液体系重点考虑携带能力强、摩阻损失小、地层伤害低的优质钻井液。

井控设施常规钻井基本属于过平衡作业，井筒内静水压力大于地层孔隙压

力；而CTD处于欠平衡状态作业，防喷器组在钻井过程中处于工作状态，保持一

定的井筒压力。通常需要两组防喷器，一组用于控制连续油管，另一组用于控制

井下工具组合。

井下工具

连续油管有井下造斜、稳斜工具组合。定向工具组合取决于造斜率：双弯工

具适用与20°/m更大的场合，单弯工具适用于造斜率较小的场合。

随钻测量MWD同样适用于连续油管钻井。

钻头需要旋转快、钻压低的低扭矩钻头。PDC适用于中层或软地层，TSD

热稳定金刚石钻头适用于硬地层。

螺杆钻与所用钻头匹配使用，低速高扭螺杆钻与TSD钻头配合钻井，中高

速螺杆钻与PDC钻头配合。

定向工具实现定向井、水平井需要井下旋转和工具控制井眼方位的功能。

连续油管常用井下工具

连接头的作用：连接井下工具和连续油管，不同的尺寸，不同的丝扣，接头

的结构和尺寸各不相同。

双阀回压阀：连接在连接头下部，允许从连续油管正循环，而不允许从连续

油管回流。保证使用安全。

液压丢手：与许多下入工具或打捞头一同使用时，可通过液压作用将其下部

工具串与连续油管脱开。

拉力丢手（机械丢手）：在大多时候作为紧急丢手使用。当液压丢手无法脱

开时，可直接上提，拉断拉力丢手。使其下部工具串与连续油管脱开。

打捞头：连续油管工具串的最下部工具。与落鱼打捞颈相匹配，连接后通过

连续油管提到地面。根据要打捞的落鱼的形状不同，内卡式，外卡式，胀扣式几

种。

注意：各个工具要根据连续油管的尺寸选择不同的型号和结构。

切刀扩眼器：用于切割油管或套管；还可以扩眼。

换位工具：有机械和液压两种。通过上提下放或循环泵压使下部工具（打捞

头，对接器等等转换某一角度，便于完成对接。每上提下放一次，工具可旋转1

20度。该设计用于当工具通过套管回接筒，开窗窗口等等有台阶部位时，旋转

可使工具串通过。

机械改锥：与换位工具作用相同，但他每上提下放一次可旋转三圈。

液压马达：在旋转作业时井下的动力工具。地面泵入液体循环时，马达转动,

使下部工具串旋转。

除垢磨鞋：当井下套管或油管结垢后可通过连续油管工具，井下马达和除垢

磨鞋一同清理结垢。

震击器：当打捞或回收工具被卡时可通过震击器产生震击力时工具解卡；或

解封封隔器或桥塞时需要上提连续油管，震击器的使用可减少连续油管的拉伸

力。

液压扶正器：通过液体循环，液压力作用活塞使得扶正片将管柱扶正，用于

打捞对接。

机械扶正器：作用与液压扶正器相同，但它扶正片上下端均固定在本体上.

定位接头：机械定位接头，在过油管后回拉连续油管，该接头回卡住生产油

管底部，使悬重增加，以此为基准定位，下放到设计深度。

在旋转作业时，油管锚定器可锚定连续油管，产生反扭矩。

单向万向节:在工具需要弯曲或对接时，万向节的应用可提高作业的成功率,

和可操作性。

双向万向节：功能与单向万向节相同。

液压弯曲工具：也可弯曲工具，但弯曲程度可由液压力控制。

单向/双向旋转短节：可使得工具下部的工具随意转动，而不受连续油管的

控制。

可锁定旋转短节：需要下部工具转动时可以转动，而不需要转动时可以锁定。

旋转冲洗工具：在一些冲洗作业时，使用该工具可在循环时，工具自动旋转

冲洗。

流动旁通短节：在一些循环量需要控制时使用。当循环量大于需要量时，多

余的量将通过旁通短节分流.

液压油管穿孔：可使用连续油管进行油管的打孔作业，而不需射孔。

基本操作指南

工作计划书

连续油管作业的成功关键是充分的工作准备，制定详细得出工作计划书时，

考虑以下项目：

油井资料连续油管作业涉及许多行业内容，包括：

套管规格、型号，钢级、深度

油管规格、型号，钢级、深度

完井设施的尺寸、深度等技术描述

必要时的测井资料

井筒液体密度、型号等性能

管柱结构图

井筒通井情况

井口设备技术参数

井筒存在的问题

油套管目前承压能力

以前的作业情况

地层油藏特征

原始和当前的井口压力

原始和当前的地层压力

含H2S或者C02情况

预计的施工压力

同一区块油井存在的问题等。

施工参数计算上修之前，根据施工要求通过计算机模拟查、图表或者手工

计算出施工参数：

计算连续油管、工具串和施工井筒的间隙，只有足够的安全间隙方可施工

(>6mm)；

计算连续油管预计下入深的重量以及可能的摩擦力和管柱允许的拉伸载荷

之间的安全值；

计算连续油管摩阻损失，选取合适的泵注压力；

计算冲洗等作业的泵注排量；

计算作业时的井口压力或者井底压力，由此对连续油管的上顶力，防止连续

油管发生弯曲失效；

使用螺杆钻时，施工参数与螺杆钻技术参数相匹配；

设备设施的策划根据施工工艺要求确定满足施工的设备设施：

连续油管规格尺寸的确定;

连续油管的清洗;

连续油管的压力测试（通常30Mpa）,稳压5min；

进入井场设备的防火；

防喷器组的检修、试压；

注入头支撑架和绷绳的准备；

其它配套的检查。

动员操作连续油管之前有许多程序值得考虑：

甲方是否有特别的安全要求

土地使用、环境保护以及政府的法律法规

收集相关作业信息

传达相关信息到每一位作业人员

相关设施的需求

道路状况及经济评价

预期施工周期及相关食宿条件

天气状况。

现场组织

一旦到达现场，连续油管作业监督和甲方代表应该仔细检查、落实作业内容,

所有涉及双方的事情在开始作业前加以明确并使双方满意。

场地规划场地的进出口、排出管线的位置、井口位置、风向等应该在连续

油管设备安装之前重申一次，确保安全作业。当然，在以后的作业周期内因为天

气原因等，设备不一定处理理想位置，但是每次必须重申这些事情，把安全做到

最佳。

进入连续油管安装场地不应有障碍，并处于上风口；

尽可能使连续油管操作者在控制室里看到排出管线、井口以及泵注设备；

高压元件、腐蚀性液体、挥发性液体等尽可能远离操作人员。

现场核实计算：井筒管柱和施工参数等，以及事先没有得到的新的重量信

息。

施工程序的核实不管事前双方有无提高正式程序，现场应再次核实施工程

序，以最大限度地确保安全施工。

备足作业所需的液体；

排污罐的到位情况；

双方十分清除作业内容；

现场核实后更改的程序向所有作业人员交底；

设备全部到达现场；

应急预案编制审批。

甲方的交流很多时候，甲方代表对连续油管不是很熟，可能问操作人员一

些技术问题，包括：

连续油管的直径、厚度、长度等规格型号；

本次作业的最大深度；

连续油管的使用情况（作业小时）；

注入头最大起升能力;

连续油管起下速度;

防喷器工作压力；

作业内容等。

安全事项作为操作人员应知道：

发生事故时，应急预案是如何表达的（比如，最近的医院，交通工具，合适

的司机，应急电话等）？

双方安全方针有什么不同？

作业设备的工作性能；

急救训练；

本次施工的风险识别和预防措施。

安装设备

连续油管设备的安装正确穿戴劳动保护用品，遵守安全吊装规范，制定专

人操作吊车和专人指挥吊装:

停车根据前期勘查的路线和井场状况，将连续油管设备停放在平整坚硬的

地基上，后保险杠距离井口2±0.5m,吊车悬臂与井口中心保持1m左右的偏差,

防止连续油管和吊车悬臂的碰撞。

根据井口连接实际安装井口短接。

吊装防喷器于井口短接处，丝扣上到位后回1/4圈，便于拆卸时松扣。

吊装导向架于注入头上方的固定架上。

吊装注入头（连同导向架）于井口短接处，丝扣上到位后回1/4圈，便于拆

卸时松扣；吊装时栓好引绳，确保吊装平稳。

调整好注入头和绞盘的方向，安装注入头支撑架（至少前面2个）和拉紧绷

绳（至少前面1根，后面2根）。

控制室操作注入头运行，将连续油管引入注入头链条内运行至自封封井器

内。

井控设施对于连续油管作业来说，井控设施是十分重要的，其工作压力必

须在控制压力之内，开始作业之前必须对井口设施井下确认：防喷器的技术参数

和功能尽管我们以前清楚这些，但是作业前还是必须重申工作压力，操作原则

和顺序，做到遇事不慌。

常规井作业的安装（井口压力<15Mpa）安装方式：自封+4功能防喷

器，防喷器和井口的连接采取由壬连接。腐蚀性介质（H2S、C02）作业井的安装

（15&It;井口压力<25Mpa）安装方式：自封+4功能防喷器+循环三通，

防喷器和井口的连接采取法兰连接，以提高连接强度。

高压井作业的安装（井口压力>25Mpa）安装方式：自封+4功能防喷

器+循环三通十单闸板封井器，防喷器和井口的连接采取法兰连接，并且相关配

套设施技术参数到达要求，增加的单闸板封井器远控操作，压井阀远控开关或者

装有单流阀。

带有防喷管作业井的安装所有连接为法兰连接，井口和防喷管之间必须安

装有防喷器。

设备安装时的安全考虑

施工前召开安全会议并记录下来；

H2s井场作业时，为作业人员提高监测仪和呼吸器，并培训使用；

正确穿戴劳保用品;

高于2米的作业必须穿戴安全带;

应急演练一次；

第三方作业人员的安全培训等。

正常作业

下放连