连续油管侧钻技术

连续油管侧钻技术连续油管钻井(CTD)技术是90年代以来国外大力研究和发展的热门钻井技术之一：适于小井跟直井钻井、定向井钻井、水平井钻井及过油管钻井等多个领域。

利用连续油管进行过油管开窗徊l钻水平井，能显著节约钻井成本，是一种可靠、安垒、经济的对现存老井眼进行侧钻的有效方法。

随着小直径马达钻井系统和地面设备的可靠性应用的改进，连续油管钻井仍是侧钻现有井，发现新油藏，让作业人员倍感关注的一门工艺技术。

而连续油管过油管开窗侧钻技术亦有着巨大的优势，与常规侧钻技术相比，可以不起下油管，直接通过油管进行开窗侧钻，即过油管侧钻，加上连续油管无接头以及连续油管钻机固有的结构特点，使连续油管侧钻能显著节约钻井成本。

ARCO公司和BP公司在普鲁德霍湾油田使用CTD侧钻节约了起出、购买和重下生产油管和完井设备所需的成本，与传统的钻机侧钻相比，成本平均降低了40％。

Dowell Schlum-ber LET公司在加拿大Alberta Glaueonite⋯A’油田的一系列侧钻水平井也表明，连续油管侧钻技术具有较强的竞争力。

CTD钻井地面设备主要包括连续油管作业机(cru)及相关井口设备。

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，有车装自走式、拖车式和撬装式等多种结构型式，包括注入头、滚筒、液压动力装置和控制室等。

注入头是一套液压驱动装置。

在下人连续油管时，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。

注人头放置在钻机平台防风壁中，位于井眼上方，其关键部分是链条牵引总成，为液压驱动的反向旋转双链条夹持牵引式油管起下机构。

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。

滚筒用于均匀地缠绕连续油管，其所能缠绕连续油管的长度主要取决于滚筒的外径、宽度、同心的直径、汽车底盘或拖车的承载能力和道路条件等。

滚筒的大小决定了所使用连续油管的尺寸和长度。

滚筒的主轴是空心的，通过它可以泵送各种液体进入连续油管内部，连续油管末端的内侧与空心的滚筒支架连在一起，并直接与旋转接头相连。

用循环泵将气体、液体通过此接头泵到井内，从而保证在连续油管下人或回收过程中能进行循环。

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。

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。

其它井口设备：循环系统中的钻井泵系统、节流阀及柴油发电机安装在对准井口上方的修井机主拖架上，该拖架提供了一个封闭取暖工作平台，给防喷器组提供了保护罩。

钻井液罐系统与主拖架相邻，配有蒸汽加热器、47．7 m3储存能力的钻井液罐，可混合钻井液、除气，并具有一定的固控能力。

为维护关键钻井液的性能，联合使用一个固相处理设备与钻井液罐系统。

此轻便设备只在裸眼钻进时才使用以降低成本，它包括一个线性振动钻井液筛和一个用来清除钻屑的高速离心机。

防喷器组由两个双闸板防喷器和一个环空防喷器组成，还包括一个传统的CT油管润滑器和一个封井头较低处的双闸板防喷器和环空防喷器，在B1LA联接期间和下衬管时使用。

上部的双闸板防喷器带有全封闸板和半封闸板，剪断或卡紧cT工作管柱液压封井头可以在68 95 MPa额定压力下使用，确保安全。

其它的地面设备，包括控制和维护定向工具的MWD拖车、司钻和地质师专用拖车及钻井工具修复拖车：用立式罐储存清洁辅助液和旧钻井液。

连续油管开窗侧钻所用的主要井下工具有连续油管接头、回压阀、液压短开接头、循环接头、非旋转接头、定向工具、随钻测量系统、井下马达磨鞋和钻头等(如图所示)。

连续油管接头用于连接连续油管和井下工具，并承受轴向载荷和扭转载荷，主要有卡瓦式和嵌压式两种结构，现场一般采用卡瓦式接头。

回压阀安装在连续油管接头上方，用于限制流体流动方向，使钻井液从地面流向井底．阻止井液反向流动。

阀的过流面积大，阻力小，反向密封可靠。

液压断开接头位于回压阀下方，在卡钻时用于分离液压断开接头上部井下工具和下部井下工具．采用投球作用方式，分离后，井下落鱼用打捞工具打捞。

循环接头位于液压断开接头下方，投球循环至球座后发挥作用。

在其打开时，液体在MWD和钻井马达上方通过侧空呈放射状分流。

循环接头减少了通过BHA的压力损失和流速限制，从而允许增大流速，较高的流速可改善清岩效果非旋转接头，由于B1LA的长度过太，常常要在井中将工具分成二三段。

当底部BHA进入井眼以后，由防喷器卡瓦持定位，此时管柱不可能再进行旋转，也不能再进行传统的丝扣联接。

为了进行联接，需要使用一个花键非旋转型接头。

两个联接滑卡在一起并通过内花键互锁防止旋转。

为保护BHA，在花键段以上接一丝扣钻铤。

定向工具用于调整井下工具的工具面，采用压差驱动方式。

调整时，顺时针转动，可以预设调整量，一般每次调整20。

产生的转动扭矩可达678 N·11，下部还可以加装喷射接头，以增大转动扭矩。

随钻测量系统可测量工具面、井斜角和方位角。

脉冲发射器和涡轮系统安装在同一圆管中。

位于钻井马达和圆管之间的方向探测器和伽马探测器安装在无磁蒙乃尔钻铤内。

测量数据不停地传递到地面并在CTU控制室中显示。

随着新型传感器的出现，已经能够测量井底压力、井下温度等参数。

井下马达采用螺杆马达(单弯外壳或双弯外壳)，在普鲁德霍湾油田，主要使用1 5级73 tom和88 9 tom两种规格的螺杆马达，瓣比为7：8，外壳弯曲度为1。

～3。

在CTD作业中广泛采用PDC钻头，五翼结构，镶嵌粒径8 iillXi的圆形和平底切削片。

工作切削片的刃角为钝角，以便减小马达失速和反扭矩。

在砂岩中的钻速一般为9～21 m／h，在泥页岩地区的钻速一般为3～6 m／h。

在穿过套管侧窗时，为避免对PDC钻头的切削齿造成损坏要降低泵速和下钻速度。

钻井液要求：磨铣开窗作业时会产生岩屑和金属碎末，因此．要求钻井液必须具有良好的铁屑携带能力和良好的剪切稀释性能以及悬浮能力，漏斗牯度一般在70～100 s之间为宜，屈服值大于25，使塑性粘度与屈服值之比较小。

有条件时可采用正电胶钻井液体系。

固控要求：在磨铣过程中应做好钻井液的净化工作，返回的钻井液应通过一系列钻井液槽磁铁一个线性振动筛，以防止返出的铁屑再次入井，堵塞磨铣工具喷嘴。

开窗侧钻工艺利用连续油管进行开窗侧钻，目前较成熟、应用较广泛的是水泥塞开窗侧钻技术，它是在老井眼中开窗侧钻的可靠、经济和有效方法。

截至1995年底，ARo0公司在普鲁德霍湾油田利用连续油管钻机钻的40余口井，大部分为水泥塞侧钻井。

现将水泥塞开窗侧钻工艺简述于后。

1．注开窗水泥塞目前用于注水泥塞的水泥浆体系是2 039 ks／的G级配方，添加12．8 ks／m]的尼龙纤维，水泥成批混合，通过连续油管作业机注入开窗部位，在井底条件下有5 h的稠化时间使用尼龙加强材料可增加磨铣所形成的水泥斜面的耐久性。

2．钻导引孔在水泥塞上钻导引孔至开窗点，该点位于新老井眼交汇处导引孔的形状确定了其他阶段的磨铣操作。

钻导引孔采用常规的短抛物线型金钢石钻头，接着下1。

弯外壳可定向的容积式马达。

导引孔有近边导引、远边导引和曲线导引三种几何形状，大多数井中采用曲线导引，因其易于定向和可预测造斜，且从直井跟段经过平缓的导引曲率段到窗口的最高曲率处过渡平滑，减小了井下钻具组合穿过窗口的阻力。

3．磨铣窗口开窗的最后一个步骤是磨铣窗口导引孔钻至接触套管壁，使磨铣井下钻具组合保持在正确的方位上，水泥斜面从开始就支持着磨鞋和马达弯外壳，产生所需的切削力。

开窗井下钻具组合为：钻铤+定向工具+2。

～3。

双弯外壳井下马达+磨鞋，钻铤用于向磨鞋提供所需的钻压。

在开窗作业中，最重要的技术之一是吊打，吊打的关键是锁住注入头一段时间磨铣套管，从而使磨鞋磨进套管。

吊打步骤完成以后，恢复定时钻井，如果磨鞋在0 3 m左右范围内开始获得钻压，表明磨鞋保径已经切入套管，可以加钻压磨铣窗口。

随着起始磨鞋和导引孔的改进，吊打的时间已经大大缩短。

一趟磨鞋的逐步成熟，使一趟开窗成为可能，不仅节约了开窗时间，节省了费用，而且可以避免第二趟磨鞋下井衔接的准确性问题。

4．侧钻：开窗完成后，首先钻造斜段和稳斜段，最后钻水平井段，侧钻工艺与常规侧钻类似。

连续油管过油管开窗侧钻技术包括水泥塞开窗侧钻技术、水泥环内置造斜器开窗侧钻技术和过油管造斜器开窗侧钻技术。

三种技术的主要差别在于开窗和出老井眼的导向方式上。

水泥塞开窗侧钻通过在水泥塞上钻先导井眼实现；水泥环内置造斜器开窗侧钻通过造斜器导向，造斜器固定在水泥塞内；过油管造斜器开窗侧钻也是通过造斜器导向，但造斜器通过锚定器固定在套管上。

目前，水泥塞开窗侧钻技术比较成熟，应用广泛，是三种技术中最可靠、经济的一种。

连续油管过油管开窗侧钻技术与常规侧钻技术相比，最大的优势在于可以不起下油管，直接通过油管进行套管开窗侧钻，即过油管侧钻，加上连续油管无接头以及连续油管钻机固有的结构特点，使连续油管侧钻能显著节约钻井成本。

水泥塞开窗侧钻技术是在套管内预置特制水泥塞，利用弯壳钻井液马达先在水泥塞中钻先导井眼至套管处，然后对套管开窗并直接进行侧钻作业。

注水泥塞的水泥浆中通常加人纤维和乳胶，虽然纤维和乳胶会降低水泥塞的抗压强度，但纤维可以将钻头破碎的碎片捆绑在一起，从而减少和避免水泥塞破碎，而乳胶可以改善水泥塞的韧性。

水泥塞侧钻技术的优点在于不向井中引人其他金属物，机械故障少，是经济效益最好的连续油管开窗侧钻技术。

缺点是开窗长度短，技术敏感性强，水泥导向面脆性大，容易破碎。

造斜侧钻是在水泥塞中实施，因此通过窗口的操作必须十分小心，应尽量不发生旋转运动，以免损坏先导井眼。

水泥塞侧钻技术又分为同侧水泥塞侧钻技术和对边水泥塞侧钻技术。

前者的优点是可以将井下钻具组合的所有弹性载荷直接施加给侧钻井段，钻达预定井深;后者的优点则是套管磨铣量少，窗口上部水泥层较厚。

水泥环内置造斜器开窗侧钻技术比水泥塞侧钻技术复杂，要在套管内充填水泥，并以适当的工具面角度用过油管定向器钻井，在靠近套管处应钻足够长的直井段先导井眼以满足下人造斜器的要求。

当井斜角大于3o时，理论上可采用该技术开窗侧钻，但为了获得稳定的工具面读数，井斜角应大于100。

可释放造斜器与井下工具一起由连续油管下人井中，下人的井下工具由造斜器、起始铣刀、定向工具组成。

造斜器的方位由陀螺仪测井数据和定向工具确定。

作用在造斜器上的重力使锚定器定位，在附加重力作用下，起始铣刀上的销钉被剪断，随即进行开窗磨铣作业。

过油管造斜器开窗侧钻技术有两种，一种是下永久造斜器，另一种是下可回收造斜器。