连续管作业技术与装备研发及应用推广

胡强法 付 悦 盖志亮 徐云喜 刘寿军 谭多鸿 贾 夏

中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所

连续管作业技术与装备研发及应用推广

胡强法 付 悦 盖志亮 徐云喜 刘寿军 谭多鸿 贾 夏

中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所

我国连续管技术发展经历了技术引进、自主研发和应用推广3个阶段，期间中国石油钻井院江汉机械研究所始终跟进研究，并自2006年起作为项目牵头单位，先后承担了国家和集团公司的一系列攻关、试验与推广项目，形成了多项连续管作业技术与装备自主技术和成果：一是攻克了连续管作业机关键技术，形成了适应山地和复杂条件的国产连续管系列成套装备，全面替代进口；二是自主研发4个系列24类连续管作业工具和7大类35种工艺，完善了工具与修井工艺配套，实现了连续管作业的提速增效；三是形成了连续管压裂与完井成套工艺技术，实现连续管作业低成本增产；四是牵头或参与制定了一系列相关技术标准，规范产品和服务，通过开展售后保障服务、人员培训和现场技术示范等体系建设，初步建立了连续管技术产业链，促进了连续管技术推广应用。技术自主化有力推动了我国连续管作业技术水平的提升和应用规模的增长，促进了井下作业主体技术方式的持续转变。

中国石油；连续管；作业技术与装备；自主技术；应用推广

从引进第一台连续管作业机开始，国内使用连续管作业技术已有近40年的历史，但自主技术的研究与发展只有短短10多年时间。从2006年起，以中国石油集团钻井工程技术研究院（简称钻井院）研制出国内首台橇装连续管作业机和国家863项目设立“连续管作业技术与装备”课题为标志，国内连续管作业自主技术开始了系统性的研究开发。由钻井院牵头，依托国家和中国石油天然气集团公司（简称集团公司）一系列攻关、试验与推广项目，研发出连续管作业装备、工具与工艺等自主技术，并初步系列化，应用规模增长迅速。自主技术的进步推动了集团公司和国内连续管技术快速发展，使我国成为全球连续管技术发展最快的区域之一。

1 连续管技术在我国的发展历程

我国（主要是集团公司）连续管技术的发展大致可分为3个阶段。

1.1 第一阶段（1977—2006年）：引进与应用 探索阶段

这个阶段我国连续管装备及配套工具基本依赖进口，主要是应用探索，大部分随设备引进的工具很长时间都没有拆封，国内对连续管技术的认识和工艺水平与国外差距很大。为提高认识，改变连续管装备与技术依赖国外的局面，钻井院江汉机械研究所从20世纪90年代初开始，开展了连续管技术与装备的跟踪研究，先后编写了《连续管作业技术文集》、《连续管作业机操作与维护》等专著，为后期连续管技术研究提供了技术储备。

1.2 第二阶段（2006—2010年）：自主研发攻 关阶段

依托国家863计划设立的“连续管技术与装备”课题和集团公司“连续管修井装备与工具研制”、“复杂结构井连续管作业技术应用基础研究”、“连续管作业技术与装备现场试验”等项目，钻井院牵头开展了连续管技术攻关、基础研究和现场试验。2006年研制出了国产首台φ9.5mm（3/8in）连续管橇装作业机（LG30/10Q-4500），2007年研制了首台CT38连续管车装作业机，2010年研制了首台LG360/60-4500拖挂式连续管作业机。截至2010年底，已先后研制生产了车装、橇装、拖挂3种型式的连续管作业装备17台套和一批连续管作业工具，组建了连续管作业装备和工具研发设计、生产制造、技术培训、试验与应用支持的技术团队，建立了生产、试验与培训基地，起草制定了《连续管作业机》行业标准。同时，联合项目参加单位和油田用户，完成了压裂、钻磨、速度管柱等复杂工艺的现场试验。通过攻关、试验，初步形成了连续管作业技术与装备的自主技术，具备了应用推广的基础。

1.3 第三阶段（2011年至今）：持续研究和应用 推广阶段

“十二五”期间，集团公司在前期研究和试验的基础上，针对性设立了“连续管作业技术推广专项”。作为推广专项的牵头单位，钻井院负责按照“定制化”要求完成连续管装备的研发、生产、培训和服务，协助工程服务企业提升装备能力，打造专业化队伍；负责工具工艺的针对性研究和试验，协助工程服务企业和油田用户拓展应用领域；负责应用推广的示范与技术支持，协助工程服务企业和示范油田扩大应用规模，提升应用水平。期间，连续管作业装备形成了3大类8种结构的系列产品，推广应用50余台套，开发了适应快速修井的一体化作业机，适应页岩气复杂山地作业的大管径大容量车装作业机等产品；连续管作业工具形成了4个系列24类92种工具产品，涵盖了连接器等基础工具、拉盘等辅助工具、喷头等服务工具和压裂、钻磨等典型工艺的成套工具；形成连续管作业工艺7大类35种[1-4]，包括通洗井等快速修井工艺、钻磨等页岩气水平井作业工艺、速度管柱等完井技术等，并形成了初步的规模应用。

“十二五”期间，国家重大专项设置了“连续管装备与应用技术”课题和“连续管钻径向水平井技术”研究任务，集团公司设立了“连续管钻井技术与装备”等研究项目，由钻井院牵头，在推广成熟技术的同时开展持续攻关，研究连续管复杂条件作业、连续管压裂等问题，并开始连续管用于钻井的研究实验。

进入“十三五”，为在低油价下继续发挥和扩大连续管技术降本增效的优势与作用，国家和集团公司进一步加大对连续管技术与装备的研究与推广力度，国家重大专项设置“深层连续管作业技术与装备”等课题支持持续攻关，集团公司设立“连续管作业技术专项推广（二期）”项目扩大推广，进一步提升应用规模。

2 连续管作业技术与装备研究与应用典 型成果

2.1 攻克关键技术，形成连续管作业装备成熟技术

独创无伤害高性能夹持技术，自主研制注入头并系列化，形成了连续管装备核心技术的自主化。（1）开展专项试验得到夹持块不同结构与提升连续管摩擦系数的关系，发现夹持块损伤连续管的两项主要影响因素，发明了夹持块增摩、耐磨、耐腐蚀涂层和高结合力均匀控制喷涂技术，提升夹持能力30%。（2）形成夹持系统优化设计和评价方法，揭示了夹持块与连续管的啮合规律，奠定注入头系列化发展基础。（3）研发了夹紧装置整体浮动和夹持块随动及自平衡结构，消除了连续管变形引起的夹持损伤，形成夹紧系统随管自适应技术。（4）采用压力补偿与负载反馈原理，实现注入头最低稳定速度达到0.04m/min。（5）自主研发6种型号的系列注入头和模拟加载装置，最大提升力达680kN，解决了制约作业装备发展的核心部件国产化问题[5]。

发明了连续管集流穿缆装置，创新形成液控排管与自适应排管测深等关键技术，实现滚筒系列化研制。（1）自主研制了国内首套连续管滚筒，并创新发展了大管径大容量滚筒技术，采用下沉、可扩容、可拆卸等技术方法，研发了可满足车载、橇装、拖挂等不同运输方式和不同管径要求的滚筒，形成了系列化滚筒研制技术。（2）首次研发了集支撑、传动和排管离合功能于一体的液压离合内置式传动轴，形成了连续管自动控制排管技术。（3）研制了自适应排管测深系统，节省人工和配套成本30%以上。（4）发明了连续管穿电缆密封装置，解决了连续管内置电缆的密封难题。（5）创新形成了连续管直径、壁厚、椭圆度及局部缺陷的多点、高精度、一体化在线动态检测技术，自主研发了连续管综合在线检测装置。

针对青海油田储层埋深浅、常规修井作业工人劳动强度大的问题，钻井院创新形成了车装一体化作业机，适应性强，作业拆装过程极快。2014年一体机单车年作业量达245井次，创单机年作业量国内外应用纪录，实现作业“三降三提”[6]，助力青海发展千万吨级油田。

研发了适应山地和复杂工况的大管径大容量重载车装连续管作业机，形成连续管系列成套装备。创新形成注入头—滚筒协同控制技术，集成采用截断式大梁、框架式结构等技术，解决重载、长轴距车架的强度、刚度、空间限制等难题，开发了13t重载前桥，整车最大允许载荷提高20%，连续管容量增加33%（φ50.8mm连续管，滚筒容量4500～6000m），满足了川渝、陕甘宁等复杂山区深井页岩气、致密气井的作业需要，有效支撑了国家和集团公司在页岩气等非常规资源区块的开发战略。

经过近10年的快速发展，钻井院目前自主研发了3类8种结构28个型号的高适应性多功能连续管系列成套装备，结束了我国连续管作业装备长期依赖进口的局面，为今后深入推广应用提供了坚实的装备支持。

2.2 完善连续管作业工具与修井工艺配套，实现 提速增效

自主研发连续管作业成套工具，解决了工具依赖引进导致应用受限和连续管作业优势难以发挥的问题。发明并研发了导入装置、可缠绕连接器、马达头等92种工具，形成了基础工具、辅助工具、服务工具和成套工具4个系列，解决了连续管快速安装、安全丢手、管管对接等关键技术，形成了完整的连续管井下作业工具体系，使得有“万能作业机”美誉的连续管作业机充分适应井下作业复杂多变的需求。

提出了连续管专业化作业的一体化设计配套方法，形成“设备与参数针对性配套、工具多功能组合、工艺多工序衔接”的连续管快速作业模式，作业效率平均提高3～4倍，成本节约40%。

基于连续管一体化作业思路，创新形成页岩气水平井连续管配套作业技术，适应复杂工况，成本降低40%。针对页岩气开发采用丛式井布井的特点，一次上井完成多口井的作业，在同一口井内完成井筒准备、压裂应急处理、压后钻磨桥塞等多个过程的作业；在井筒准备阶段，连续管一趟管柱完成替液、通井、洗井及首段射孔等多个工序。已作业200多口井，连续管钻磨作业最高井口压力达50MPa，最大作业井深达5420m，最长水平段长度达2100m，单次起下钻塞数量达15个，单井钻塞数量达24个，复杂工况的连续管作业技术具备了与国外队伍同台竞争的能力。

针对油套管内壁清洗除垢问题,在克服传统射流清洗除垢方式不足的同时,创新形成了连续管旋转射流除垢技术。该技术通过配套限速旋转喷射工具，优化喷嘴流道和射流流体，可有效清除沉积在生产尾管和油管中的各种沉积物，具有施工时间短、恢复生产快的特点。施工时不需起出井下生产管柱，带压直接作业，节省了修井费用，除垢效率提高到90%以上，能够满足大多数油井、气井、水井除垢作业的要求。

2.3 形成连续管压裂与完井成套工艺技术，实现 低成本增产

通过开展连续管喷砂射孔与起裂的1:1大型物理模拟试验，优化了中等硬度致密储层喷砂射孔参数，现场施工中降低破裂压力8～14MPa，为解决致密储层破裂压力高、地层难以压开的问题提供了手段。通过试验获得了射孔孔道与近井裂缝关系的新认识和精确分层方法，首次在青海七5-39井的已射孔投产井段实现连续管多级喷砂射孔带底封环空压裂，利用底封封隔下层，利用喷砂射孔降低起裂压力，利用射流增压作用强化在射孔井段内的分层效果，改写了该技术主要用于新井作业的历史。

创新喷射器结构，在长庆苏36-15-21H井穿过最小内径为37.7mm的多级滑套，连续拖动完成4次喷砂射孔，消除砂堵。长庆、青海等油田已完成20多口井的作业，有效解决了压裂砂堵的应急处理、压裂完井后的连通与补孔等作业难题。创新喷射器防反溅冲蚀结构，建立了连续管喷砂射孔喷嘴寿命的评价方法，在玉门墩1井钻杆固井完井的井筒内，连续拖动完成15级喷砂射孔。开发了连续管喷砂射孔填砂分层压裂工艺，在水平井的多级桥塞压裂出现套变后，成功利用该工艺实施后续压裂。

发明井下注剂悬挂器，形成不停产注起泡剂排水采气技术，在生产状态下将小直径连续管下入到积液的气液界面，增强起泡剂注入后的发泡效果和排水效率，与常规注起泡剂的方式相比，复产几率提高50%，有效期延长半年以上。创新速度管柱密封悬挂系统和完井作业工具，以及带压起下作业和连续管管内封堵技术，实现速度管柱完井快速安全作业，在青海、长庆、吐哈、新疆、四川等油田得到广泛应用，解决了2000m3/d 以上积液气井排水采气问题[7]。

2.4 构建技术标准和服务保障体系，规范应用， 利于推广

“十二五”以来，钻井院和项目参加单位逐步转化和制定了连续管设备、管材、检测和作业等方面的行业标准和企业标准10余项。其中，转化API相关标准形成国内行业标准6项，涉及油气井用连续管作业推荐作法、连续管规范、连续管作业机等标准[8，9]；制定连续管作业集团企业标准8项，涉及连续管通洗井组合作业、低压气井氮气泡沫冲砂和速度管柱等成熟典型工艺。

服务保障体系建设方面，钻井院在开展连续管作业机研究和应用的同时，逐步建立和形成了作业机维护保养、配件供应、现场技术支持和服务等一系列售后配套，解决了作业队伍后顾之忧。受集团公司指定和委托，钻井院承办了多期连续管作业机操作人员取证培训和设备出厂前培训，仅专项推广一期期间就为集团5家工程服务企业、10家油气田公司及11家民营企业培训了大批从事连续管作业机管理、技术操作、维护保养等方面的专业技术人员260余人次，这些参加培训的技术人员成为当前及未来很长一段时期内连续管技术现场实施的主力军。

通过标准体系的初步建立，解决了连续管设备、工具和管材规模化推广及系列化所需的制造和产品性能标准统一问题，连续管安全使用及检测评估问题以及现场典型工艺规范化操作程序问题等。可系统指导工程施工，增强应用效果，有利于产品和技术规模化推广应用。通过开展售后保障服务，人员培训以及现场技术示范和服务体系建设等，初步建立了连续管技术产业链，形成了可循环良性发展模式，为连续管技术进一步发展壮大提供支撑。

3 结束语

在国内连续管技术10多年的自主发展过程中，钻井院与各项目参加单位和油田用户密切合作，研发形成了连续管作业装备、工具与工艺等一系列技术成果，并实现了初步的推广应用，圆满完成了“十二五”连续管作业推广专项项目的各项任务。

“十三五”期间，连续管作业技术与装备的研究与应用推广面临更大的挑战。为满足高压深井和复杂井下条件的作业要求，连续管装备、工具等要进一步提升能力，增强适应性。为实现扩大应用规模、提升效益的目标，需进一步加强连续管装备、工具的专用化配套，提升标准化水平。为实现连续管技术良性递进式发展，需进一步完善连续管专业技术人员的培训，建立技术支持和后勤保障体系，逐步形成完整的产业链。

[1]贺会群.连续油管技术与设备发展综述[J].石油机械,2006,34(1):1-6.He Huiqun. Roundup of coiled tubing technological and equipment development[J]. China Petroleum Machinery,2006,34(1):1-6.

[2]贺会群.连续管钻井技术与装备[J].石油机械,2009,37(7):1-6．He Huiqun. The coiled tubing drilling technology and equipment[J].China Petroleum Machinery,2009,37(7):1-6．

[3]贺会群,李相方,熊革,等.CT38连续管作业车研制与应用[J].石油机械,2008,36(3):1-4．He Huiqun,Li Xiangfang,Xiong Ge,et al. Development and application of CT38 coiled tubing unit[J]. China Petroleum Machinery,2008,36(3):1-4．

[4]贺会群,熊革,李梅,等.LZ580-73T连续管钻机的研制[J].石油机械,2012,40 (11):1-4.He Huiqun,Xiong Ge,Li Mei,et al. Development of the LZ580－73T CT drilling rig[J]. China Petroleum Machinery,2012,40 (11):1-4.

[5]刘寿军,谭多鸿.连续管作业装置研究与应用[A]//井下作业大修技术交流会论文集[C].北京:石油工业出版,2009.Liu Shoujun,Tan Duohong. Study and application of coiled tubing unit[A]//Collection of papers from Seminar on Downhole Service and Workover Technology[C].Beijing:Petroleum Industry Press,2009.

[6]赵明,石林,谭多鸿,等.青海油田连续管作业技术推广应用的启示[J].石油科技论坛,2014,33(2):18-22.Zhao Ming,Shi Lin,Tan Duohong,et al. Promote application of coiled tubing unit technology in Qinghai oilfield[J].Oil Forum,2014,33(2): 18-22.

[7]白晓弘,赵彬彬,杨亚聪,等.连续油管速度管柱带压起管及管材重复利用[J].石油钻采工艺,2015,37(3):122-124.Bai Xiaohong,Zhao Binbin,Yang Yacong,et al. Tripping under pressure for coiled tubing velocity string and reuse[J].Oil Drilling & Production Tecnology,2015,37(3):122-124.

[8]付宏强,毕宗岳. API SPEC 5ST《连续油管规范》概述[J].焊管,2011,34(10):67-71.Fu Hongqiang,Bi Zongyue. Summary of API SPEC 5ST coiled tubing specification[J].Welded Pipe and Tube,2011,34(10):67-71.

[9]付宏强,郜飞.国内外连续管标准简介[J].焊管,2015,38(2):68-72.Fu Hongqiang,Gao Fei. Brief introduction for coiled tubing (CT) standard at home and abroad[J].Welded Pipe and Tube,2015,38(2):68-72.

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

国家863项目“先进钻井技术与装备”课题“连续管技术与装备”（编号：2006AA06106）；中国石油天然气集团公司重大推广专项“连续管作业技术专项推广（二期）”（编号：2017B-4107）。

胡强法，1966年生，1988年毕业于华中理工大学流体传动及控制专业，教授级高级工程师，现从事石油工程与高压水射流技术研究工作。E-mail：huqf@cnpc.com.cn

2017-09-12）