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连续管钻具组合技术,国内外明星产品大盘点!

连续管钻具组合技术,国内外明星产品大盘点!

出生于二战时期的连续管技术,于1962年开始应用于石油工业,目前已广泛应用于油气勘探开发生产的各个作业领域。

作者 | 二丫

连续管技术可追溯到二战期间为盟军从海底输送战略能源的“海底管线”项目,战后该技术逐步向民用技术发展。到1962年,现代连续管技术开始应用于石油工业,经过50多年的发展,连续管技术已广泛应用于钻井、完井、采油、修井和集输等各个作业领域。我国于1977年引进了第一台Bowen Oil Tool公司连续管作业设备,并在四川油田成功应用于气井小型酸化、冲砂、解卡等简单作业。

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连续管钻井技术发展概览

连续管钻井设备可分为地面设备和底部钻具组合(BHA)两大部分。目前,国外几大油服公司在成熟的井下钻具组合基础上研发了多项先进技术,在连续管钻井领域取得重要突破。连续管钻井分为定向钻井和非定向钻井,其中定向钻井用于连续管侧钻,钻具组合分为无缆式钻具组合和有缆式钻具组合。目前国外几大油服公司都推出了具有代表性的有缆式连续管钻具组合,并在现场得到广泛应用。

国外连续管钻井工具技术现状

斯伦贝谢VIPER连续管钻具组合

VIPER连续管钻具组合是斯伦贝谢公司针对连续管钻井开发的一套有缆式连续管钻具组合,主要由钻井头、测量工具、转向工具和肋板马达4部分组成。工具外径73.0mm(2英寸)。

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VIPER连续管钻具组合

该钻具组合尽可能利用已有的成熟技术,其方向及井斜传感器、伽玛传感器就是由成熟的MWD的传感器改进而来。方向及井斜测量精度达±1°,精确的方向传感器和良好的方向控制允许设计小靶区钻井;伽玛传感器可以用来进行地层评价和地质导向,可用于薄地层的钻进并通过地质导向最大限度延长井眼的有效长度。

定向器是钻具组合的主要特点之一,该定向器由电力马达直接提供动力,可实时定向,工具面可以以1°的增量来转动,并可以顺时针或逆时针转动,转动转矩达1351 kN·m(1000 lbf·ft),旋转速度1 r/min。

斯伦贝谢CTDirect连续管定向钻井系统

CTDirect*连续管定向钻井系统(点击查看:CTDirect连续管定向钻井系统),可用于欠平衡、短半径以及过油管侧钻钻井作业。该系统具有410°连续可变的工具面定位器,还具有实时双向数据通信功能。

该系统可测量多种井下钻井力学数据,包括冲击与振动、倾角、方位角以及工具面方位等。这些数据被无缝地传输到地面,可在井场进行连续监测,以便进行精确导向和马达停转检测。

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该系统的连续定向钻具组合可最大限度地减少欠平衡作业中的储层伤害。历时4年多连续作业的服务与现场试验,该系统共应用了100多口井的造斜段钻进,总进尺为47853.6米,最大造斜率达到40°/30米。

相比常规井下钻具组合在油田应用的平均数据,该系统可使钻速提高一倍,提前完成成本回收,并显著降低了油井增产作业的成本。与定向钻井相比,它将重入井的产量提高了300%~700%。

贝克休斯CoilTrak连续管钻具组合

贝克休斯公司的CoilTrak连续管钻具组合CoilTrak连续管钻具组合主要部件是快速连接系统、动力和通讯短接、电控丢手和循环短接、钻井参数测量短接、定向伽马短接、液力定向器工具和一个螺杆马达。最新一代CoilTrak 引入了肋板导向马达RSM(Rib-Steered Motor),该马达的设计主要包括3个液力式可扩展肋板,用于在钻进过程中降低水平井管柱摩阻,延伸水平井井身长度。

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贝克休斯CoilTrak系统

AnTechCOLT连续管钻具组合

COLT连续管钻具组合(点击查看:COLT连续管钻具组合)是AnTech公司针对连续管钻井开发的一套有缆式连续管钻具组合,适用于3 5/8”-4 3/4”井眼,主要由电缆连接器、连续管连接器、电缆头、断脱器、定向器、传感器总成、可调弯螺杆马达和PDC钻头组成。该钻具组合采用可间断或连续转动电驱式定向装置控制钻头方位,并能将井底情况、钻具工作状态和地质资料实时反馈给钻井工作人员。

COLT连续管钻具组合可提供重入和过油管钻井,可用于单相和多相钻井液。另外还具有独特的适用于套管开窗的陀螺定向功能,避免在套管附近盲钻。

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COLT连续管钻具组合

国内连续管钻井工具技术现状

国内由于受制造工艺和高成本因素的制约,加之连续管工艺应用范围较单一,国内连续管工具发展较缓慢,多采用进口工具。随着连续管材和作业装备的国产化,连续管作业应用范围逐步扩大,国内连续管井下工具需求增大。

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我国主要连续管作业区域分布

近年来,随着中国石油连续管重大新技术推广专项的开展,我国连续管技术得到了加速发展。

截至目前,国内已研究配套了连续管侧钻无电缆井下工具系统(BHA)和有电缆井下工具系统;探索形成了基于上述两种井下工具系统的连续管侧钻工艺。连续管侧钻井下工具系统的单元工具包括PDC钻头、单牙轮钻头、直螺杆马达、单弯螺杆马达、加重钻杆、随钻测量工具、定向器、马达头、安全丢手、非旋转接头及连接器等。

中石油工程技术研究院已经自主研制了连续管连接器、非旋转接头、安全丢手、液力式定向器、水力振荡器以及连续管开窗工具等连续管全套专用井下工具并应用于现场试验。

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中石油工程院连续管井下工具

连续管钻井定向器主要有机械定向器、液压定向器、电液定向器及电动定向器等,国内均有不同程度的研究。中石油江汉机械研究所在分析国内外连续管钻井定向器的基础上,设计了最小外径为85.7 mm等多种规格的连续管钻井电液定向器。定向器主要由输出轴、锁紧装置、传动机构及驱动机构等构成。

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连续管钻井电液定向器

截止到目前,中石油连续管钻井系统在研单位有4家,分别在辽河、大港、长庆、新疆油田等地完成了十几口井的现场试验,先后完成了连续管钻井可行性试验、连续管稳斜井段钻进、连续管侧钻开窗、连续管定向钻进、连续管水平井钻进等现场试验。其中,最深井深3503.45 m,最长单井进尺802 m,单井水平段最长123 m。

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2019年4月,国内首口连续管侧钻水平井(锦2-9-303CH)现场试验完成

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中石油连续管现场试验及阶段成果

结束语

目前世界上研究和应用连续管钻井技术的公司集中在一些发达国家,其中美国的连续管技术处领先地位。我国各大油气田已进入成熟期,如何降低成本,提高作业安全性已成为油田开发的首要目标,连续管钻井技术在这方面展现出的优势为其发展提供了广阔的空间。国内连续管钻井工具已具备实施钻井作业的能力,但仍与国外顶级技术相比存在差距。从国外连续管钻井系统发展历程看出,依靠核心工具进步为主导,快速突破现有技术瓶颈,形成完全具有自主知识产权的国产化连续管钻井工具系统,将成为国内连续管钻井领域的一致方向。

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