胡強法 付 悅 蓋志亮 徐云喜 劉壽軍 譚多鴻 賈 夏

中國石油集團鉆井工程技術研究院江漢機械研究所

連續(xù)管作業(yè)技術與裝備研發(fā)及應用推廣

胡強法 付 悅 蓋志亮 徐云喜 劉壽軍 譚多鴻 賈 夏

中國石油集團鉆井工程技術研究院江漢機械研究所

我國連續(xù)管技術發(fā)展經(jīng)歷了技術引進、自主研發(fā)和應用推廣3個階段，期間中國石油鉆井院江漢機械研究所始終跟進研究，并自2006年起作為項目牽頭單位，先后承擔了國家和集團公司的一系列攻關、試驗與推廣項目，形成了多項連續(xù)管作業(yè)技術與裝備自主技術和成果：一是攻克了連續(xù)管作業(yè)機關鍵技術，形成了適應山地和復雜條件的國產連續(xù)管系列成套裝備，全面替代進口；二是自主研發(fā)4個系列24類連續(xù)管作業(yè)工具和7大類35種工藝，完善了工具與修井工藝配套，實現(xiàn)了連續(xù)管作業(yè)的提速增效；三是形成了連續(xù)管壓裂與完井成套工藝技術，實現(xiàn)連續(xù)管作業(yè)低成本增產；四是牽頭或參與制定了一系列相關技術標準，規(guī)范產品和服務，通過開展售后保障服務、人員培訓和現(xiàn)場技術示范等體系建設，初步建立了連續(xù)管技術產業(yè)鏈，促進了連續(xù)管技術推廣應用。技術自主化有力推動了我國連續(xù)管作業(yè)技術水平的提升和應用規(guī)模的增長，促進了井下作業(yè)主體技術方式的持續(xù)轉變。

中國石油；連續(xù)管；作業(yè)技術與裝備；自主技術；應用推廣

從引進第一臺連續(xù)管作業(yè)機開始，國內使用連續(xù)管作業(yè)技術已有近40年的歷史，但自主技術的研究與發(fā)展只有短短10多年時間。從2006年起，以中國石油集團鉆井工程技術研究院（簡稱鉆井院）研制出國內首臺橇裝連續(xù)管作業(yè)機和國家863項目設立“連續(xù)管作業(yè)技術與裝備”課題為標志，國內連續(xù)管作業(yè)自主技術開始了系統(tǒng)性的研究開發(fā)。由鉆井院牽頭，依托國家和中國石油天然氣集團公司（簡稱集團公司）一系列攻關、試驗與推廣項目，研發(fā)出連續(xù)管作業(yè)裝備、工具與工藝等自主技術，并初步系列化，應用規(guī)模增長迅速。自主技術的進步推動了集團公司和國內連續(xù)管技術快速發(fā)展，使我國成為全球連續(xù)管技術發(fā)展最快的區(qū)域之一。

1 連續(xù)管技術在我國的發(fā)展歷程

我國（主要是集團公司）連續(xù)管技術的發(fā)展大致可分為3個階段。

1.1 第一階段（1977—2006年）：引進與應用 探索階段

這個階段我國連續(xù)管裝備及配套工具基本依賴進口，主要是應用探索，大部分隨設備引進的工具很長時間都沒有拆封，國內對連續(xù)管技術的認識和工藝水平與國外差距很大。為提高認識，改變連續(xù)管裝備與技術依賴國外的局面，鉆井院江漢機械研究所從20世紀90年代初開始，開展了連續(xù)管技術與裝備的跟蹤研究，先后編寫了《連續(xù)管作業(yè)技術文集》、《連續(xù)管作業(yè)機操作與維護》等專著，為后期連續(xù)管技術研究提供了技術儲備。

1.2 第二階段（2006—2010年）：自主研發(fā)攻 關階段

依托國家863計劃設立的“連續(xù)管技術與裝備”課題和集團公司“連續(xù)管修井裝備與工具研制”、“復雜結構井連續(xù)管作業(yè)技術應用基礎研究”、“連續(xù)管作業(yè)技術與裝備現(xiàn)場試驗”等項目，鉆井院牽頭開展了連續(xù)管技術攻關、基礎研究和現(xiàn)場試驗。2006年研制出了國產首臺φ9.5mm（3/8in）連續(xù)管橇裝作業(yè)機（LG30/10Q-4500），2007年研制了首臺CT38連續(xù)管車裝作業(yè)機，2010年研制了首臺LG360/60-4500拖掛式連續(xù)管作業(yè)機。截至2010年底，已先后研制生產了車裝、橇裝、拖掛3種型式的連續(xù)管作業(yè)裝備17臺套和一批連續(xù)管作業(yè)工具，組建了連續(xù)管作業(yè)裝備和工具研發(fā)設計、生產制造、技術培訓、試驗與應用支持的技術團隊，建立了生產、試驗與培訓基地，起草制定了《連續(xù)管作業(yè)機》行業(yè)標準。同時，聯(lián)合項目參加單位和油田用戶，完成了壓裂、鉆磨、速度管柱等復雜工藝的現(xiàn)場試驗。通過攻關、試驗，初步形成了連續(xù)管作業(yè)技術與裝備的自主技術，具備了應用推廣的基礎。

1.3 第三階段（2011年至今）：持續(xù)研究和應用 推廣階段

“十二五”期間，集團公司在前期研究和試驗的基礎上，針對性設立了“連續(xù)管作業(yè)技術推廣專項”。作為推廣專項的牽頭單位，鉆井院負責按照“定制化”要求完成連續(xù)管裝備的研發(fā)、生產、培訓和服務，協(xié)助工程服務企業(yè)提升裝備能力，打造專業(yè)化隊伍；負責工具工藝的針對性研究和試驗，協(xié)助工程服務企業(yè)和油田用戶拓展應用領域；負責應用推廣的示范與技術支持，協(xié)助工程服務企業(yè)和示范油田擴大應用規(guī)模，提升應用水平。期間，連續(xù)管作業(yè)裝備形成了3大類8種結構的系列產品，推廣應用50余臺套，開發(fā)了適應快速修井的一體化作業(yè)機，適應頁巖氣復雜山地作業(yè)的大管徑大容量車裝作業(yè)機等產品；連續(xù)管作業(yè)工具形成了4個系列24類92種工具產品，涵蓋了連接器等基礎工具、拉盤等輔助工具、噴頭等服務工具和壓裂、鉆磨等典型工藝的成套工具；形成連續(xù)管作業(yè)工藝7大類35種[1-4]，包括通洗井等快速修井工藝、鉆磨等頁巖氣水平井作業(yè)工藝、速度管柱等完井技術等，并形成了初步的規(guī)模應用。

“十二五”期間，國家重大專項設置了“連續(xù)管裝備與應用技術”課題和“連續(xù)管鉆徑向水平井技術”研究任務，集團公司設立了“連續(xù)管鉆井技術與裝備”等研究項目，由鉆井院牽頭，在推廣成熟技術的同時開展持續(xù)攻關，研究連續(xù)管復雜條件作業(yè)、連續(xù)管壓裂等問題，并開始連續(xù)管用于鉆井的研究實驗。

進入“十三五”，為在低油價下繼續(xù)發(fā)揮和擴大連續(xù)管技術降本增效的優(yōu)勢與作用，國家和集團公司進一步加大對連續(xù)管技術與裝備的研究與推廣力度，國家重大專項設置“深層連續(xù)管作業(yè)技術與裝備”等課題支持持續(xù)攻關，集團公司設立“連續(xù)管作業(yè)技術專項推廣（二期）”項目擴大推廣，進一步提升應用規(guī)模。

2 連續(xù)管作業(yè)技術與裝備研究與應用典 型成果

2.1 攻克關鍵技術，形成連續(xù)管作業(yè)裝備成熟技術

獨創(chuàng)無傷害高性能夾持技術，自主研制注入頭并系列化，形成了連續(xù)管裝備核心技術的自主化。（1）開展專項試驗得到夾持塊不同結構與提升連續(xù)管摩擦系數(shù)的關系，發(fā)現(xiàn)夾持塊損傷連續(xù)管的兩項主要影響因素，發(fā)明了夾持塊增摩、耐磨、耐腐蝕涂層和高結合力均勻控制噴涂技術，提升夾持能力30%。（2）形成夾持系統(tǒng)優(yōu)化設計和評價方法，揭示了夾持塊與連續(xù)管的嚙合規(guī)律，奠定注入頭系列化發(fā)展基礎。（3）研發(fā)了夾緊裝置整體浮動和夾持塊隨動及自平衡結構，消除了連續(xù)管變形引起的夾持損傷，形成夾緊系統(tǒng)隨管自適應技術。（4）采用壓力補償與負載反饋原理，實現(xiàn)注入頭最低穩(wěn)定速度達到0.04m/min。（5）自主研發(fā)6種型號的系列注入頭和模擬加載裝置，最大提升力達680kN，解決了制約作業(yè)裝備發(fā)展的核心部件國產化問題[5]。

發(fā)明了連續(xù)管集流穿纜裝置，創(chuàng)新形成液控排管與自適應排管測深等關鍵技術，實現(xiàn)滾筒系列化研制。（1）自主研制了國內首套連續(xù)管滾筒，并創(chuàng)新發(fā)展了大管徑大容量滾筒技術，采用下沉、可擴容、可拆卸等技術方法，研發(fā)了可滿足車載、橇裝、拖掛等不同運輸方式和不同管徑要求的滾筒，形成了系列化滾筒研制技術。（2）首次研發(fā)了集支撐、傳動和排管離合功能于一體的液壓離合內置式傳動軸，形成了連續(xù)管自動控制排管技術。（3）研制了自適應排管測深系統(tǒng)，節(jié)省人工和配套成本30%以上。（4）發(fā)明了連續(xù)管穿電纜密封裝置，解決了連續(xù)管內置電纜的密封難題。（5）創(chuàng)新形成了連續(xù)管直徑、壁厚、橢圓度及局部缺陷的多點、高精度、一體化在線動態(tài)檢測技術，自主研發(fā)了連續(xù)管綜合在線檢測裝置。

針對青海油田儲層埋深淺、常規(guī)修井作業(yè)工人勞動強度大的問題，鉆井院創(chuàng)新形成了車裝一體化作業(yè)機，適應性強，作業(yè)拆裝過程極快。2014年一體機單車年作業(yè)量達245井次，創(chuàng)單機年作業(yè)量國內外應用紀錄，實現(xiàn)作業(yè)“三降三提”[6]，助力青海發(fā)展千萬噸級油田。

研發(fā)了適應山地和復雜工況的大管徑大容量重載車裝連續(xù)管作業(yè)機，形成連續(xù)管系列成套裝備。創(chuàng)新形成注入頭—滾筒協(xié)同控制技術，集成采用截斷式大梁、框架式結構等技術，解決重載、長軸距車架的強度、剛度、空間限制等難題，開發(fā)了13t重載前橋，整車最大允許載荷提高20%，連續(xù)管容量增加33%（φ50.8mm連續(xù)管，滾筒容量4500～6000m），滿足了川渝、陜甘寧等復雜山區(qū)深井頁巖氣、致密氣井的作業(yè)需要，有效支撐了國家和集團公司在頁巖氣等非常規(guī)資源區(qū)塊的開發(fā)戰(zhàn)略。

經(jīng)過近10年的快速發(fā)展，鉆井院目前自主研發(fā)了3類8種結構28個型號的高適應性多功能連續(xù)管系列成套裝備，結束了我國連續(xù)管作業(yè)裝備長期依賴進口的局面，為今后深入推廣應用提供了堅實的裝備支持。

2.2 完善連續(xù)管作業(yè)工具與修井工藝配套，實現(xiàn) 提速增效

自主研發(fā)連續(xù)管作業(yè)成套工具，解決了工具依賴引進導致應用受限和連續(xù)管作業(yè)優(yōu)勢難以發(fā)揮的問題。發(fā)明并研發(fā)了導入裝置、可纏繞連接器、馬達頭等92種工具，形成了基礎工具、輔助工具、服務工具和成套工具4個系列，解決了連續(xù)管快速安裝、安全丟手、管管對接等關鍵技術，形成了完整的連續(xù)管井下作業(yè)工具體系，使得有“萬能作業(yè)機”美譽的連續(xù)管作業(yè)機充分適應井下作業(yè)復雜多變的需求。

提出了連續(xù)管專業(yè)化作業(yè)的一體化設計配套方法，形成“設備與參數(shù)針對性配套、工具多功能組合、工藝多工序銜接”的連續(xù)管快速作業(yè)模式，作業(yè)效率平均提高3～4倍，成本節(jié)約40%。

基于連續(xù)管一體化作業(yè)思路，創(chuàng)新形成頁巖氣水平井連續(xù)管配套作業(yè)技術，適應復雜工況，成本降低40%。針對頁巖氣開發(fā)采用叢式井布井的特點，一次上井完成多口井的作業(yè)，在同一口井內完成井筒準備、壓裂應急處理、壓后鉆磨橋塞等多個過程的作業(yè)；在井筒準備階段，連續(xù)管一趟管柱完成替液、通井、洗井及首段射孔等多個工序。已作業(yè)200多口井，連續(xù)管鉆磨作業(yè)最高井口壓力達50MPa，最大作業(yè)井深達5420m，最長水平段長度達2100m，單次起下鉆塞數(shù)量達15個，單井鉆塞數(shù)量達24個，復雜工況的連續(xù)管作業(yè)技術具備了與國外隊伍同臺競爭的能力。

針對油套管內壁清洗除垢問題,在克服傳統(tǒng)射流清洗除垢方式不足的同時,創(chuàng)新形成了連續(xù)管旋轉射流除垢技術。該技術通過配套限速旋轉噴射工具，優(yōu)化噴嘴流道和射流流體，可有效清除沉積在生產尾管和油管中的各種沉積物，具有施工時間短、恢復生產快的特點。施工時不需起出井下生產管柱，帶壓直接作業(yè)，節(jié)省了修井費用，除垢效率提高到90%以上，能夠滿足大多數(shù)油井、氣井、水井除垢作業(yè)的要求。

2.3 形成連續(xù)管壓裂與完井成套工藝技術，實現(xiàn) 低成本增產

通過開展連續(xù)管噴砂射孔與起裂的1:1大型物理模擬試驗，優(yōu)化了中等硬度致密儲層噴砂射孔參數(shù)，現(xiàn)場施工中降低破裂壓力8～14MPa，為解決致密儲層破裂壓力高、地層難以壓開的問題提供了手段。通過試驗獲得了射孔孔道與近井裂縫關系的新認識和精確分層方法，首次在青海七5-39井的已射孔投產井段實現(xiàn)連續(xù)管多級噴砂射孔帶底封環(huán)空壓裂，利用底封封隔下層，利用噴砂射孔降低起裂壓力，利用射流增壓作用強化在射孔井段內的分層效果，改寫了該技術主要用于新井作業(yè)的歷史。

創(chuàng)新噴射器結構，在長慶蘇36-15-21H井穿過最小內徑為37.7mm的多級滑套，連續(xù)拖動完成4次噴砂射孔，消除砂堵。長慶、青海等油田已完成20多口井的作業(yè)，有效解決了壓裂砂堵的應急處理、壓裂完井后的連通與補孔等作業(yè)難題。創(chuàng)新噴射器防反濺沖蝕結構，建立了連續(xù)管噴砂射孔噴嘴壽命的評價方法，在玉門墩1井鉆桿固井完井的井筒內，連續(xù)拖動完成15級噴砂射孔。開發(fā)了連續(xù)管噴砂射孔填砂分層壓裂工藝，在水平井的多級橋塞壓裂出現(xiàn)套變后，成功利用該工藝實施后續(xù)壓裂。

發(fā)明井下注劑懸掛器，形成不停產注起泡劑排水采氣技術，在生產狀態(tài)下將小直徑連續(xù)管下入到積液的氣液界面，增強起泡劑注入后的發(fā)泡效果和排水效率，與常規(guī)注起泡劑的方式相比，復產幾率提高50%，有效期延長半年以上。創(chuàng)新速度管柱密封懸掛系統(tǒng)和完井作業(yè)工具，以及帶壓起下作業(yè)和連續(xù)管管內封堵技術，實現(xiàn)速度管柱完井快速安全作業(yè)，在青海、長慶、吐哈、新疆、四川等油田得到廣泛應用，解決了2000m3/d 以上積液氣井排水采氣問題[7]。

2.4 構建技術標準和服務保障體系，規(guī)范應用， 利于推廣

“十二五”以來，鉆井院和項目參加單位逐步轉化和制定了連續(xù)管設備、管材、檢測和作業(yè)等方面的行業(yè)標準和企業(yè)標準10余項。其中，轉化API相關標準形成國內行業(yè)標準6項，涉及油氣井用連續(xù)管作業(yè)推薦作法、連續(xù)管規(guī)范、連續(xù)管作業(yè)機等標準[8，9]；制定連續(xù)管作業(yè)集團企業(yè)標準8項，涉及連續(xù)管通洗井組合作業(yè)、低壓氣井氮氣泡沫沖砂和速度管柱等成熟典型工藝。

服務保障體系建設方面，鉆井院在開展連續(xù)管作業(yè)機研究和應用的同時，逐步建立和形成了作業(yè)機維護保養(yǎng)、配件供應、現(xiàn)場技術支持和服務等一系列售后配套，解決了作業(yè)隊伍后顧之憂。受集團公司指定和委托，鉆井院承辦了多期連續(xù)管作業(yè)機操作人員取證培訓和設備出廠前培訓，僅專項推廣一期期間就為集團5家工程服務企業(yè)、10家油氣田公司及11家民營企業(yè)培訓了大批從事連續(xù)管作業(yè)機管理、技術操作、維護保養(yǎng)等方面的專業(yè)技術人員260余人次，這些參加培訓的技術人員成為當前及未來很長一段時期內連續(xù)管技術現(xiàn)場實施的主力軍。

通過標準體系的初步建立，解決了連續(xù)管設備、工具和管材規(guī)?；茝V及系列化所需的制造和產品性能標準統(tǒng)一問題，連續(xù)管安全使用及檢測評估問題以及現(xiàn)場典型工藝規(guī)范化操作程序問題等。可系統(tǒng)指導工程施工，增強應用效果，有利于產品和技術規(guī)模化推廣應用。通過開展售后保障服務，人員培訓以及現(xiàn)場技術示范和服務體系建設等，初步建立了連續(xù)管技術產業(yè)鏈，形成了可循環(huán)良性發(fā)展模式，為連續(xù)管技術進一步發(fā)展壯大提供支撐。

3 結束語

在國內連續(xù)管技術10多年的自主發(fā)展過程中，鉆井院與各項目參加單位和油田用戶密切合作，研發(fā)形成了連續(xù)管作業(yè)裝備、工具與工藝等一系列技術成果，并實現(xiàn)了初步的推廣應用，圓滿完成了“十二五”連續(xù)管作業(yè)推廣專項項目的各項任務。

“十三五”期間，連續(xù)管作業(yè)技術與裝備的研究與應用推廣面臨更大的挑戰(zhàn)。為滿足高壓深井和復雜井下條件的作業(yè)要求，連續(xù)管裝備、工具等要進一步提升能力，增強適應性。為實現(xiàn)擴大應用規(guī)模、提升效益的目標，需進一步加強連續(xù)管裝備、工具的專用化配套，提升標準化水平。為實現(xiàn)連續(xù)管技術良性遞進式發(fā)展，需進一步完善連續(xù)管專業(yè)技術人員的培訓，建立技術支持和后勤保障體系，逐步形成完整的產業(yè)鏈。

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Research and Application of Coiled Tubing Service Technology and Equipment

Hu Qiangfa,Fu Yue,Gai Zhiliang,Xu Yunxi,Liu Shoujun,Tan Duohong,Jia Xia
(Jianghan Machinery Research Institute of CNPC Drilling Research Institute,Jingzhou 434000,China)

China’s coiled tubing technological development has experienced three stages – introduction of technology,independent development and promotion of application. Jianghan Machinery Research Institute of CNPC Drilling Research Institute has always committed itself to the study in this area during this period of time. As the organizer unit of projects,Jianghan Machinery Research Institute has been in charge of a series of research,experiment and promotion projects for the State and CNPC since 2006,independently developing a number of coiled tubing service technologies and equipment. First of all,the key technology of coiled tubing unit has been developed to entirely replace the imported equipment so that the domestic families of coiled tubing equipment can be used in the mountainous areas and complicated conditions. Secondly,a total of 24 coiled tubing service tools in four families and 35 processes were independently developed to facilitate integrity of tools and workover process,effectively improving the CT service ef fi ciency. Thirdly,the process technology was developed for coiled tubing fracturing and well completion,thus increasing oil production cost-effectively by means of coiled tubing service. Fourthly,the research institute,as an organizer of projects,was involved in formulation of a series of relative technological standards,speci fi cation of products and service. The coiled tubing technological industrial chain was preliminarily established in the efforts to provide after-sales service,personnel training and on-the-site demonstration of technology,thus leading to a wider application of coiled tubing technology. Independent technological development substantially raised China’s coiled tubing service technological level and widened its application areas,promoting continual conversion of downhole service technological pattern.

CNPC,coiled tubing,service technology and equipment,independent technology,promotion of application

10.3969/j.issn.1002-302x.2017.05.002

TE358；G311

A

國家863項目“先進鉆井技術與裝備”課題“連續(xù)管技術與裝備”（編號：2006AA06106）；中國石油天然氣集團公司重大推廣專項“連續(xù)管作業(yè)技術專項推廣（二期）”（編號：2017B-4107）。

胡強法，1966年生，1988年畢業(yè)于華中理工大學流體傳動及控制專業(yè)，教授級高級工程師，現(xiàn)從事石油工程與高壓水射流技術研究工作。E-mail：huqf@cnpc.com.cn

2017-09-12）