连续管空气钻井排屑能力分析
空气钻井技术介绍
2016年7月
汇报内容
一、空气钻井技术介绍 二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别 三、空气钻井与传统泥浆钻井的关联 四、空气钻井的适用范围 五、空气钻井的常规设备配置
一、空气钻井技术介绍
空气钻井是在钻井过程中，将传统钻井工艺中运用的液体循环 介质，用压缩空气所取代。同时，利用高压气体钻进，将其作为 击碎岩层的能量，是一种典型的欠平衡钻井技术。
二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别
➢循环介质不同 传统钻井液钻井采用的是水基或油基泥浆等液体介质
作为循环介质，而空气钻井则采用空气作为循环介质。
➢井控手段不同 传统钻井液钻井时井筒内液注压力能很好的平衡地层
流体压力，即井筒内液注压力等于（或略大于地层流体 压力）；空气钻井是欠平衡钻井，井筒内压力要低于地 层流体压力，所以空气钻井对井口防喷设备要求更高、 更复杂。
一、空气钻井技术介绍
3.泡沫钻井：泡沫钻井中的泡沫是在地面预先合成，作为钻井 循环介质，钻屑悬浮在泡沫中被泡沫钻井液带出井筒达到清洁 井眼的目的，由于泡沫钻井液良好的携液能力，环空速度要求 大大降低，同时井眼冲蚀也减少。由于气体需求相对较少，对 气体供应设备的需求也相对减少。气体所占比例：55％～99％。 4.充气液钻井：在液基钻井中，在高压钻井液中注入气体，以 降低井筒中的液柱静压。充气液钻井可有效解决液基钻井与泡 沫钻井之间的钻井液比重在1-0.6左右的要求，通过调整泥浆泵 的排量可以有效的调节气体的体积最终达到环空平衡。由于充 气液钻需要较高压力的气体注入设备，其气体注入设备的成本 也较高。
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
分析连续油管深井排水采气技术
分析连续油管深井排水采气技术作者：魏建林王斌刘银秀来源：《科教导刊·电子版》2018年第12期摘要本文主要以连续油管深井排水采气技术为重点进行分析，结合连续油管技术为主要依据，从工艺原理、连续油管的深井排水采气工作、连续油管的深井排水采气工作这三方面进行深入探索与研究，其目的在于加强排水采气技术应用效率，为保证深井安全生产提供有利条件。
关键词连续油管深井排水采气中图分类号：TE375 文献标识码：A0引言我国有诸多产生气井初期工作时能够自喷生产，但是随着时间的推移，产层水量不断增加，而压力持续降低，外加所应用的生产管柱不合理，致使了深井内部积水无法及时的排除出去，导致气井出现停喷的状况。
常规状况下利用常规井更换生产管柱。
会使地层受到压井液损害，致使气井无法继续生产。
若是把小直径的连续油管引入到生产管柱之中，将其当作生产管柱，不但能够让气井恢复自喷，还能加强气井排液能力。
另外在油管工作中切勿压井，降低对地层的损害，也减小安全事故发生率。
本文主要分析连续油管深井排水采气技术，具体如下。
1连续油管技术连续油管又称蛇形管、盘管等。
连续油管能够在直径较大的卷筒上缠绕，经过轧制后通过焊接而构成的无接头连续管。
当前世界中此种连续管的正在朝着大尺寸的目标前进，强度也在逐渐加强，材质也从原本普通钢材变为了复合钢、复合材料等，具有较强的刚硬度。
一直以来应用在酸化、冲砂洗井、清蜡等工作中，而随着科技的快速发展，连续油管身为生产管柱可以有效的应用到深井排水采气工作中，并且其能够带来良好的效果，使其在深井排水采气中得到了广泛应用，保证了深井排水采气的工作质量。
2工艺原理在深井井筒中的积液分为两种，第一种为热损失导致天然气凝析而产生的液体。
第二种为天然气进入到深井井筒中变成单一的液体。
深井在排水与采气中，当临界的携流量比气井的产量低时，天然气会把深井井筒中的液体带离出，进而保证井筒不会产生积液。
而若是临界的携流量比气井的产量高时，天然气不会将井筒中的液体全部带出，进而导致深井井筒中有积液，液体是混合气柱的形式在深井井筒中停滞。
连续油管钻井的关键技术及应用
中国石油大学（华东）毕业设计（论文）连续油管钻井的关键技术及应用学生姓名：学号：专业班级：指导教师：摘要连续油管是相对于常规螺纹联接油管而言的，它又称为挠性油管、蛇形管或盘管。
本文对连续油管钻井技术应用状况、连续油管作业设备、工艺和作业工具分别进行了阐述。
通过资料调研，较为系统地论述了这一技术所采用的设备和中外油田的应用情况，分析总结了连续油管钻井的工艺特点及发展趋势，并对其在稠油开发，老井重入等方面的应用进行了阐述。
叙述了连续油管钻井的优缺点、连续油管钻机系统、欠平衡连续油管钻井及连续油管侧钻技术。
较为系统地阐述了连续油管的工作力学特性以及连续油管弯曲、抗内压强度和外部挤毁压力分析计算模型。
对连续油管的疲劳寿命预测模型进行了介绍，根据模型计算结果，分析了影响连续油管疲劳寿命的因素，并据此提出了提高连续油管使用寿命的建议和措施。
关键词：连续油管钻井；设备；受力分析；力学特性；疲劳寿命ABSTRACTThe coiled tubing shall be defined relative to conventional thread connection tubing．This article will analyze the application and research of the coiled tubing technology．The coiled tubing equipment，processing and tools will be also introduced in this article.In this paper，Coiled Tubing Drilling (CTD) Technology, its equipment and the application of this technology in oil fields are introduced overall. The developing of this technology and the usage in Viscous Oil Development and re-entry sidetracking operation. The paper also describes the advantages and disadvantages of CTD，CT drilling rig system，under balanced CTD and through tubing sidetracking technique of CT．Mechanical characteristic of CT is studied．The model of bending，internal pressure strength and external collapse strength，diametric growth and stuck-point of CT is established. Based on the fatigue life prediction model of the coiled tubing，the main factors influencing the coiled tubing's fatigue life are analyzed schematically in the text and some advice for improving the fatigue life is presented in the end．Key words：coiled tubing drilling；equipment ；force analysis；mechanics characteristic ；fatigue life目录摘要 (i)ABSTRACT (ii)目录 (iii)第1章前言 (1)1.1连续油管发展概况 (1)1.2国内外应用概况 (3)1.3国内外研究概况 (6)1.4发展连续油管钻井的意义 (7)第2章连续油管钻井技术与配套装备 (9)2.1发展历程 (9)2.2连续油管钻井的优缺点 (10)2.3地面设备 (11)2.4井下工具 (16)2.5连续油管钻井技术新进展 (18)第3章连续油管钻井工艺技术分析 (19)3.1小井眼钻井 (19)3.2欠平衡钻井 (21)3.3连续油管开窗侧钻技术 (25)第4章连续油管受力分析及工作特性 (28)4.1连续油管轴向载荷分析 (28)4.2连续油管工作特性分析 (36)第5章连续油管失效分析及疲劳寿命计算 (42)5.1连续油管失效分析 (42)5.2连续油管疲劳寿命计算 (45)5.3影响连续油管疲劳寿命因素分析 (47)第6章连续油管钻井的评价与未来技术发展 (52)第7章结论 (55)参考文献 (57)致谢 (60)第1章前言1.1连续油管发展概况连续油管(Coiled Tubing，简称CT)又称挠性油管、盘管或柔管。
连续油管钻井
短半径井
• 根据从垂直井到水平井段的增斜过度井 段的曲率半径把水平井分为长半径、中 半径和短半径水平井。随着连续油管钻 井技术的发展,短半径钻井技术已达到曲 率半径在13.7ｍ内钻进3ｍ厚油层,水平井段 达305ｍ的水平。
• 短半径水平井的优越性在于:①垂直井段长,有利于加 深泵挂和便于作业;②造斜井段短,可直接从油层进入 油层,避免了长半径穿过上部大段复杂地层造成的钻 井,固井和作业困难;③水平井段长,在相同井深情况下 缩短了造斜井段也延长了水平井段,更有效地发挥了 水平井增大单井产量的作用。如Ｓｈｅｌｌ公司在美国 德克萨斯打的29-32井,4 3 /4″井眼造斜点垂深(ＴＶＤ 1464ｍ,测深(ＭＤ)1464.5ｍ,稳斜点垂深1499ｍ视深1 过渡段曲率半径为35ｍ,完钻深(ＭＤ)2110ｍ,水平位移 610ｍ,水平段垂向偏差仅1.2ｍ,过渡段机械钻速为2.2 ｈ,水平段579ｍ仅用时间91:15钻完,平均钻速6.34ｍ
循环处理装置
• 连续油管钻井循环处理装置与普通钻井的区别 很大,其特点一是轻便,由于连续油管所钻井眼小, 应用排量小;钻井液用量少,整个系统比较轻便,大 大节约了井场征地面积;二是密闭,为了保证油基 钻井液、泡沫钻井液和欠平衡钻井安全,在分离 脱气前的循环系统部分是密闭的;三是脱气,连续 油管常采用欠平衡钻井,钻井液返出后,含有油气 或循环气,为了保证安全,不但要除砂,而且要脱气, 一般要配除砂器和分离器进行除砂和脱气。
• Ｎ-49井水平段裸眼完井,完井用油咀放喷产量为25003000桶/ｄ,采油指数为4.5桶/ｄ/ｐｓｉ.而距该井350
的Ｎ-32井(直井)同等条件下的产量仅560-660桶/ｄ, 油指数只有1桶/ｄ/psi.水平井与直井相比,产量和采
油指数都提高了3.5倍。
连续油管钻井新技术连续油管钻井技术
连续油管钻井新技术连续油管钻井技术一、国内外应用现状自从1962年世界上第1台连续油管作业机问并开始用于石油工业以来，经过40多年的发展，已成为世界油气工业技术研究和应用中的一个热点。
CTD技术从九十年代开始得到了迅速发展,加拿大是应用CTD技术最早，发展最快的国家之一，七十年代用CTD技术完成钻井15口井，其中8口丛式井，7口重钻加深井。
八十年代完成30口井，进入九十年代的五年中(90-94)已完成145口井。
可以说，世界石油工业正在经历一次连续油管技术革命。
我国引进和利用连续油管技术始于1977年,我国引进了第1台Bowen Oil Tools(波恩工具公司)的产品。
四川油田首先利用引进的连续油管设备进行气井小型酸化、注氮排残酸、气举降液、冲砂、清蜡等一些简单作业。
大庆油田自1985年引进Hydra-R公司的连续油管设备以来，共在100多口井中进行了修井等多种井下作业。
吐哈油田自1994年引进续油管设备以来,每年的作业量不断增加。
连续管技术在我国油田已经得到认可。
二、连续油管钻井设备CTD设备主要包括:连续油管装置、井下工具仪器和循环除砂装置三大部分。
（一）连续油管装置主要包括连续油管(Coiled Tubing)、注入头(Inje CTD or Head)、操作控制装置(Operation Control unit)和井口防喷装置(Wellhead Blowout Preventer)四部分。
组装方式主要为两种，一种是四部分组装于一台车上，称为连续油管车;另一种采用撬装方式。
目前,国内没有连续油管制造厂，世界上几大连续油管主要制造商均集中在美国，它们是Quality Tubing公司(优质油管公司),Precision Technology公司(精密管技术公司)Southwestern Pipe公司(西南管子公司)。
用以制造连续油管的材料有碳素钢、调质钢和稀有材料3种。
其中稀有材料，例如钛合金,有质量轻和强度高等优点，但价格贵，是普通钢制连续油管的6倍。
空气锤钻井技术研究
空气锤钻井技术研究【摘要】国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究，但对空气锤钻井技术理论方面还属于空白。
为了弄清楚带空气锤的空气钻井破岩机理，本文做了一定的研究工作，希望能够为空气锤现场作业提供依据和帮助。
【关键词】空气钻井；空气锤；破岩机理空气钻井是以空气作为循环介质的欠平衡钻井，由于具有大幅度提高机械钻速、有效保护储层的特点，加上各油气田为了加快钻探开发的步伐，在我国正得到大力的推广应用，同时空气锤钻井在空气钻井中的优越性日益显现。
因此，有空气锤钻井的破岩机理、影响因素等理论值得进一步探讨和研究。
1.基本概念空气锤是将持续性输入的高压气体能量转化为间歇性的脉冲力输出的一种机械。
而空气锤钻井技术就是利用高压气体介质传递能量实现空气锤对岩石的高频率冲击做功而进行破岩的钻井方式。
2.破岩机理空气锤钻井是在空气旋转破岩的基础上，利用空气锤的高频冲击提高破岩效率的一种冲击旋转钻井技术，兼容了空气钻井和冲旋钻井的优点。
井底岩石主要是在钻压、冲击力和旋转剪切力的共同作用下产生破碎的，同时具有破岩主要有以下特点：（1）动载与静载联合。
接在钻头上的空气锤产生高频冲击通过钻头传递给岩石，牙齿与岩石的接触表面在极短时间内产生了很大的冲击作用力。
通常在几十微秒，由零上升到几十千牛，又迅速降低到零。
冲击点的作用力来不及重新分配，应力便很快接近或超过岩石的强度极限，产生裂纹并形成扩展，出现体积破碎。
由于活塞作周期的往复运动，该冲击作用力是周期性交变载荷，随时间作波形变化。
而钻压作为静载荷压持岩石可以降低其强度，同时也能对岩石产生一定的研磨。
（2）冲击与旋转联合。
空气锤的冲击以及钻头的旋转刮削协同作用，联合破岩。
钻头旋转的主要目的是为了改变牙齿与岩石的接触位置，扩大岩石破碎体积，冲击才是岩石破碎的最主要原因。
与常规钻井液钻井相比，由于空气钻井井底的负压差，产生了沿轴向的拉应力，利于冲击破碎。
连续油管排水采气原理介绍
连续油管排水采气原理介绍
原理：在油气井的开采中、后期由于产层压力下降及地层水量增加等原因，使井底出现积液而对产层造成回压，从而使井停喷。
为了解决此问题，在不压井条件下，采用在现有生产油管中下入小直径连续油管的工艺方法来减小流体流动面积，增大流体流速，提高气井的排液能力，可以使气井恢复自喷生产。
采用在原有生产管柱内下入小直径连续油管作为生产管柱可提高气井排液能力，使气井恢复自喷生产。
此作业时不需压井，避免了压井伤害地层，同时减小了起出原有管柱造成油管断脱等复杂事故的风险。
优选管柱排水采气原理介绍
原理：在油气井的开采中、后期由于产层压力下降及地层水量增加等原因，原有生产管柱结构不合理，产出水不能及时排出，使井底出现积液而对产层造成回压，从而使气井停喷。
为了保证井底不积液，选择最合适管径的油管，修井换油管，既保证井内介质有一定的流动速度，又使摩阻损失不影响井内介质流动，提高气井的排液能力，使气井靠自身能量排水采气生产。
空气钻井技术
混流式（Mixedflow）
离心式（Centrifugal）
直管波瓣式（Straightlobe）
轴流式（Axialflow）
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由于容积式空压机能够提供较高的压力，所以在油气钻井中使 用较为普遍。主要有以下三种：
·往复式（Reciprocating Piston）
·滑片式（Sliding Vane Rotary）
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7、空气钻井技术国内外现状 气体钻井始于20世纪50年代，稍后出现了雾
化钻井、充气钻井和泡沫钻井，起初是用来钻坚 硬地层，主要目的是为了提高钻速、延长钻头寿 命、降低钻井成本。
国外气体钻井井下工具的研究水平较高，有 专用的空气螺杆、空气锤、与空气锤配套使用的 钻头。20世纪90年代，随着EM-MWD、空气钻井马 达的问世以及各种设备的不断完善，空气钻井技 术的应用变得越来越广泛。
（2）、闸板防喷器（Ram Preventer）
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8、空气锤及配套钻头 空气锤钻井迄今为止已有50 多年的历史，早期用于
建筑业，随后扩展到采矿、石厂开挖、钻凿水井及地基钻 孔。三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进 和完善，已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十 年代末已经开始用于深井钻进。
到80、90年代，由于转 动式空压机使用当中存在着 缺陷（维修费用不低，漏气 使得钻深井时不能提供足够 的循环压力），往复式空压 机重新得到广泛应用。
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油田空压机的使用情况
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2、空气增压机（Booster）
用以提高压缩空气的压力等级，以补偿当空气钻进时使用小尺寸喷嘴 或井下动力钻具时造成的过大压力损耗。分为两种，一种是低压（Low Pressure Booster），一种是高压(High Pressure Booster)。
连续油管技术石油开采效率提升
连续油管技术石油开采效率提升随着全球能源需求的持续增长与传统油田开发难度的增加，提高石油开采效率成为了能源行业面临的重大挑战之一。
连续油管技术作为现代油气田增产和维修作业的重要手段，因其高效、环保和成本节约的特性，在石油开采领域展现出巨大的潜力。
以下是基于连续油管技术如何提升石油开采效率的六个关键点分析。
一、连续油管技术概述与优势连续油管技术是一种使用无接头的长管进行井下作业的技术，与传统断节油管相比，它能够实现连续作业，无需频繁起下钻具，大大提高了作业效率。
这项技术的优势在于其灵活性高，可以完成复杂井况下的多种任务，包括但不限于钻井、测井、压裂、酸化处理及清理堵塞等。
连续油管作业具有快速响应、低风险和对地层损害小等特点，有助于提高油气井的产量和延长井的使用寿命。
二、减少非生产时间，提升作业效率传统油井作业中，频繁的起下钻杆不仅耗时而且效率低下，特别是在深井或复杂井况下，这一问题更为突出。
连续油管技术通过一次性下入井底，减少了起下作业次数，极大缩短了作业周期，从而显著降低了非生产时间，提高了作业效率。
这种“一次到位”的作业方式，尤其是在紧急维修或增产措施中，能够迅速恢复生产，最大化油井的产油效率。
三、降低作业成本与环境影响连续油管作业无需频繁更换钻具，减少了地面设备的使用和人员配置，从而有效降低了作业成本。
同时，连续油管的连续作业特性减少了井口泄漏的风险，降低了对环境的影响。
此外，较小的地面占地面积和较低的噪音污染，也使连续油管技术成为更加环保的开采方式，符合全球能源行业向绿色低碳转型的趋势。
四、提高井下作业安全性连续油管作业过程中的自动化程度较高，减少了人工直接参与的危险环节，降低了作业中的安全风险。
其内置的监控系统能够实时反馈井下作业情况，及时发现并处理异常，提高了作业的安全系数。
在高风险区域或深水作业中，这种技术的应用尤为重要，它能够有效保护作业人员的生命安全和井下设备的完整性。
五、增强井筒干预能力连续油管的细径特性允许其在更狭窄的井筒中作业，这在老井增产、侧钻和水平井作业中尤为重要。
空气钻井过程中合理携岩排量的计算
气体最小动能准则
优点：计算相对简便，易于现场使用 缺点：未考虑气体与岩屑的相互作用，计算结果不够 准确。
气体最小动能准则
岩屑沉降末速度标准
Ikoku 等人根据质点在阻尼介质中的自由下落 问题研究了气体钻井中携带岩屑的最小速度计 算模型
Ds 为岩屑当量直径, m ρs为岩屑密度, kg/ m3 ρb 为关键点气体密度, kg/ m3 Cd为绕流阻力系数，0.44 ψ为球形度 DH 为流道的水力直径, m Db 为钻头直径, m Cp 为环空岩屑的体积浓度, 0. 04 K t 为机械钻速, m/ s
岩屑沉降末速度标准
Qg为关键点处的气体流量 Qo为井口处的注气量
优点：在理论上具有先进性，能较准确确定排量。 缺点：钻头及关键点处的岩屑尺寸Dc不能准确确定， 因此岩屑沉降末速度难以精确确定。
谢谢！
将气体和固体颗粒看作是均相混合流体,忽略固体 颗粒之间以及固体颗粒与气体之间的相互作用。 认为气体携岩的动能应该不小于以15. 24m/ s 速 度流动的空气动能。
2、岩屑沉降末速度标准。 岩屑沉降末速度标准。 岩屑沉降末速度标准
考虑了岩屑颗粒和气体之间的相作用,认为气体要 将固体颗粒携带出地面,则气流的速度要大于固体 颗粒的沉降末速度标准。
气体最小动能准则气体最小动能准则岩屑沉降末速度标准岩屑沉降末速度标准ikoku等人根据质点在阻尼介质中的自由下落问题研究了气体钻井中携带岩屑的最小速度计算模型ds为岩屑当量直径为岩屑密度kg为关键点气体密度kg为绕流阻力系数044为球形度cp为环空岩屑的体积浓度岩屑沉降末速度标准岩屑沉降末速度标准为井口处的注气量优点
气体最小动能准则
关键点：钻杆与钻铤连接处
气体最小动能准则
其中： M 为空气的相对分子质量, 0. 029 R 为摩尔气体常数, 8. 314 To为环空出口处的地面温度, K β为地温梯度, K/ s Qo 为井口注气量, m3 / s P0 为实际作业井口的压力, Pa T0 为实际作业井口的温度, K A为关键点处的截面积