连续油管在增产技术中的应用

王治富

(延长油田股份有限公司 横山采油厂，陕西 横山 719100)

1 连续油管概况

1.1 国内外研究现状

自1962年美国California石油公司和Bowen石油工具公司联合研制的第一台连续油管作业装置(Coiled Tubing Unit CTU)投入石油工业应用至今［1］，连续油管技术和CTU已经历了40多年的发展历程，其间，历经了初级发展阶段、发展“停滞”阶段、高速发展阶段和广泛应用阶段。特别是20世纪90年代初，法国Elf公司利用CT技术进行老井加深，美国Oryx公司利用连续油管技术侧钻水平井以及Ensco公司利用CT技术进行欠平衡钻井的试验成功，极大地推动了连续油管钻井(Coiled Tubing Drilling，CTD)技术的发展。目前CT作业技术已广泛应用于钻井(小井眼井、定向井、侧钻水平井、欠平衡钻井等)、完井、采油、修井和集输等作业的各个领域，解决了许多常规作业技术和方式难以解决的问题，应用效果明显。

1.2 连续油管发展概况

连续油管(Coiled Tubing，简称CT)是由若干段长度在百米以上的柔性管通过对焊或斜焊工艺焊接而成的无接头连续管，长度一般达几百米至几千米，又被称为蛇形管或盘管。连续油管及其操纵设备称为盘管作业机或连续油管作业机［1］(Coiled Tubing Unit CTU)。自20世纪80年代以来，基于生产的需要以及新技术的应用，CT作业领域不断扩大，除了清蜡、酸化、压井、冲洗砂堵、负压射孔、试井、测井、打捞以及作为生产油管等常规应用外，还广泛应用于钻井、完井、修井等作业的各个领域，解决了许多常规作业技术难以解决的问题，应用效果明显。在油气田勘探与开发中发挥越来越重要的作用［2］。

现代连续油管作业技术迄今已有40多年的历史，其发展过程大致可分为三个阶段，即60年代初至70年代初的初期快速发展阶段、70年代初至80年代的发展“停滞”阶段和80年代以后的扩大发展阶段。

1.3 连续油管作业机

许多制造公司推出各种工业用的连续油管作业机，目前占主体地位的连续油管装置大多采用垂直反向旋转的链条驱动注入头，下面对连续油管装置的主要组成构件加以介绍。

图1 连续油管作业机的组成示意图

主要设备构成元件有:

①连续油管注入头;②连续油管卷筒;③井口防喷器组;④液压动力系统;⑤控制台。

2 连续油管在增产作业中的应用

在油气井钻井，完井及生产过程中造成的地层伤害会严重束缚生产能力，地层伤害的原因有许多，必须根据伤害类型和伤害程度选择实施适当的增产措施。

(1)地层伤害程度的评价

通常地层伤害表现为当流体性质和井底流压不变时产量下降，尽管通过产量下降可以断定有伤害产生，但还需通过地层生产潜力评价定量分析地层的伤害程度。

通过地层特性资料、岩心和电测资料可进行地层评价，但更为精确的方法是通过不稳定压降试井，确定出渗透率及产层高度，然后用达西稳定态径向流公式预测流动潜力:

(2)伤害机理

如果在生产井或注入井中存在伤害，第一步应判断伤害原因，有四种基本的伤害机理会引起油气产量的降低:①固体颗粒堵塞;②水锁;③粘土膨胀;④微粒运移。

各种伤害原因都会阻塞地下流体的流动畅通，在钻井，完井，作业，生产或注入等过程中都会发生伤害，有时可能几种伤害原因同时存在，增加了增产作业的复杂程度。在此对地层伤害原因及评价不作过多的讨论，但正确认识伤害原因对增产作业是十分重要的，如果在增产措施前不能正确判断伤害原因，就可能造成措施失败。

2.1 连续油管增产措施

当地层伤害程度及机理确定后，就可以进行增产措施优化设计，通常增产措施分为水力压裂和化学处理两大类，化学处理措施主要通过酸或化学药剂与地层或污染物反应来解除伤害，一般注入排量和压力都不高，利用连续油管可以满足作业要求。

利用连续油管进行增产作业具有许多优点，作业机占用空间小、不需要安装常规修井设备等。以往都是用油管柱输送酸液或其它工作液，酸液通过油管被整体驱替到目的层段，可能会因为工作液对目的层段的覆盖率小、泵注中断及造成附加地层伤害等导致措施无效。

连续油管酸化作业主要优点之一是能在作业过程减小附加的地层伤害，连续油管可以进行不压井作业，无需用存在伤害可能的压井液压井，同时也无需起出生产管柱使环空内液体进入地层。由于不需要释放封隔器和起出生产油管，井口及井下压力密封装置就不会象起出油管进行作业时那样容易损坏。

在用连续油管柱泵注工作液前应用酸洗液循环冲洗，将生产管柱或完井段处工作管柱内的丝扣油或其它非溶性碎屑清除，同时还避免生产管柱与酸接触造成的不必要腐蚀，并减小了管柱污垢及铁锈溶解后被驱替到地层中的可能性。

其它优点还有作业过程中的安全性以及工作液泵注循环的连续性，主要是因为同心连续油管柱伴随泵注可以在井筒内上下移动，从而在以下两个方面提高了增产作业的能力:

第一，酸液可以选择性地注入到特定井段或在井筒上下活动以覆盖整个处理井段。酸化作业完成后，即可用连续油管进行井筒举升，减小了残酸在井内的滞留时间，从而减小了酸化作业中造成二次伤害。当井经举升并洗净后，可在不压井的条件下起出连续油管。

第二，连续油管作业过程的封闭性提供了对井连续有效控制的能力，并杜绝了如H2S和井口附近残酸气体造成的危险，连续油管作业全部过程都是透过遥控仪表车控制的，从而使施工人员避免了在危险环境条件下工作。

2.2 酸化作业应用

在连续油管酸化作业设计中应考虑几个方面的内容:液体体系的选择、泵注程序设计、作业准备及作业过程控制、以及作业后处理措施等。

2.2.1 酸液体系

在酸化作业中，酸液可通过调整呈一种或多种流态形式使用。最常用的是酸液，其中加有各种添加剂与缓蚀剂，可直接从贮罐通过连续油管泵送到目的段。对于正常压力的地层，这种酸液体系是有效的。

酸与氮气混合可以改善酸液使用性能，氮气与酸液可按气液比低于89.05 m3/m3进行混合，加入氮气提高了措施后液体返排能力。

在酸液中加入表面活性剂，并按142.5～320.6 m3/m3。气液比与N2混合，可以形成稳定的泡沫体系。泡沫酸产生的静水压头低，加大了酸液与地层面容比。但在砂岩基质酸化中，泡沫乳化引起的转向束缚了工作液进入地层的能力，因此泡沫酸一般用于处理酸盐岩地层。

另一常用的酸液体系是雾化酸，N2与酸液混合的气液比要超过356.2 m3/m3。雾化酸系统用于处理液体敏感性气层，并具有较高面容比。

通常，酸液用量需根据改造深度及地层孔隙度进行估计，一般地如采用多相酸液体系，用酸量将大大增加，相应地作业时间延长。在进行氮气伴注作业设计时，应充分考虑这些因素，但不能因为要减小施工时间而牺牲解除伤害所需用酸量。

酸化泵注程序应按如下步骤进行，以保证工作液最佳的布置:

①冲洗井，清除预处理段的污染物(一般用隋性液体或芳香族溶剂)，并记录下视始注入排量和压力，以与预处理过程对比。②预处理，注入一段酸洗液段塞或在泵注土酸前泵注盐酸。③用惰性液驱替酸洗液。④根据需要使用转向剂，以暂时封堵已处理段使液体发生转向进入其它层段。常用的转向剂有可溶性颗粒(盐粒或油溶树酯)、水基泡沫乳状液，或机械封隔装置(单个或跨式封隔器)使液体转向。⑤按设计的酸液泵注程序注入酸液段塞，直到达到设计用量为止。

2.2.2 酸液泵注程序

破裂压力梯度这一参数在基质酸化设计中是非常重要的，当酸液进入地层时会因地层伤害有一定阻力，如果作业压力大于地层破裂压力，会在地层内产生裂缝，使处理液沿裂缝进入地层，造成对近井地带伤害区域不能进行有效改造。

在采用常规油管进行酸化作业时，需在预处理层段上方下一个封隔器，观察到的实时压力仅仅是地面泵注压力，为减小压开地层的可能性，必须对影响地面泵注压力的所有参数进行准确估计。

在泵注过程中，液体由替置液转换为酸液时，液体粘度随酸液流态(液态、硝化、泡沫或雾化)及温度的升高而发生变化。对于酸液体系，当系统温度升高时液体粘度随之降低。作业公司可利用稳定热传递模型评价系统，来评估流体的物理性能与温度的变化关系。

最大注入排量(MIR)是指在不压开地层的条件下所能容许的最大泵注排量。在大多数连续油管增产作业中，泵注排量是通过对井底作业压力实时检测进行控制的，但是这种静态压力计算方法只有当井底压力能支持全井筒静液柱压力时才能使用，另外当使用膨胀式封蕊器封隔地层时，无法通过环空测量井底压力。在这些场合下，最大注入排量的计算是至关重要的。

通过计算MIR值，也可进行作业时间的估计，因为MIR是泵注排量的上限，一旦MIR确定，就确定了施工排量的范围。

一旦施工排量确定后，就要进行连续油管尺寸的筛选，小尺寸连续油管会因摩擦损失大，达不到设计的酸液排量，另外如果作业压力过大会导致连续油管承受较大循环载荷，造成连续油管“膨胀”壁厚减小，当内压超过17.24 MPa将非常严重，再加上与腐蚀性液体接触，将大大降低连续油管所容许的工作压力。因此，应尽可能使用最大尺寸的连续油管，阻减小泵注时的摩擦阻力损失。

在许多酸化作业中，常使用复合冲洗工具使酸液按一定方向形成涡流，具体可根据MIR值和各种工具的水力特性选择冲洗工具。

2.2.3 作业准备

不管连续油管的作业寿命如何，由于与各种氧化物和氯化物接触，管子内表面都会有一定的铁锈，在酸化过程中，酸与铁锈反应并被携带到地层内会造成新的伤害。因此在酸化作业前，连续油管应用酸洗液循环除去铁锈。Halliburton公司研究发现，仅仅0.127 mm厚的铁锈，溶解后三价铁的含量就达0.234 kg/m2。用15%盐酸清洗3810m长的各种连续油管的铁锈所需酸液用量参见表1。

由于连续油管为连续管串，现场或室内进行酸洗都较容易，但无论何时作业，一定要在作业前进行酸洗。

在作业前还应对系统的摩擦损失加以分析。对于作业中使用的冲洗工具，应根据不同注排量分析压力损失以备实际作业时使用。

表1 清洗3810m长连续油管的用酸量

2.2.4 作业实施

连续油管基质酸化具有伴随液体泵注可移动管串能力，但管柱上下往复运动的次数应加以控制，以尽量减小连续油管的弯曲循环次数。

在进行各种增产作业前，现场必须进行酸液滴定试验以检查酸液浓度，在罐内可通过水力搅拌使缓蚀剂、表面活性剂及其它添加剂与酸液充分混合均匀。

现场需要通过观察环空压力变化控制酸化作业过程，可用一双笔式记录仪，检测并记录连续油管内及环空内压力，以进行现场实时评价和对后处理措施进行检测。

2.2.5 增产作业后冲洗井

从处理段处将残酸清除以尽量减小溶解物的沉淀，在注入井中，需要用大量水溶液冲洗清除近井地带的酸液。对于生产井，应尽快将残酸液返排出地面，这就需要用连续油管泵注低密度流体进行液体举升。

2.3 连续油管酸化及化学处理作业程序

(1)在连续油管下端安装冲洗工具。根据所需的水动力作用确定喷嘴的方位、直径及数量。

(2)伴随泵注冲洗液。将连续油管下至预处理段以下深度处，如果完井段以下有较深的口袋，在预处理段以下用高于酸液密度的盐水循环冲洗，以减小施工过程中液体交换。

(3)开始泵注预冲洗液。从连续油管内注入并从连续油管与生产油管环空中返出或用于驱替生产液到地层中。

(4)在泵注预冲洗液同时，缓慢上提连续油管柱，上提速度控制在井筒液体能用等量体积溶剂替代，这样做的目的是将冲洗液被驱替到地层内之前，使溶剂能够覆盖整个完井井段。

(5)一旦完井井段完全被溶剂覆盖，停止移动连续油管，关闭环空，并驱替溶剂到预处理段。

(6)用酸洗段塞驱替预冲洗液。当酸洗液流出喷嘴后，在完井段上下活动连续油管，以保证所有的射孔孔眼都进行酸浸。

(7)待酸洗液泵注完。注入第一个转向剂段塞驱替酸液。转向剂用量根据层段长度和处理范围进行设计，在注入时应往复移动连续油管。

(8)按设计要求交替泵注酸液和转向剂段塞，在完井段上下移动连续油管。

(9)用冲洗液将酸从连续油管中替出进入完井段中。许多场合下，伴注氮气以帮助洗井。

(10)施工完毕后，将连续油管下到处理段以下，用清洁液体冲洗井下设备，清除施工中落入井底而不易反排出的高腐蚀性酸液。

(11)采取合理的后处理清洗措施。

2.4 连续油管增产作业注意事项

①保证酸液在泵注前配制好，在贮存罐内搅拌几分钟，使酸、缓蚀剂、表面活性剂混合均匀。如果液量较大时，应提高搅拌速度并延长混合时间以保证完全混合。

②现场准备好酸液滴定工具，在泵注前测定酸液浓度并与设计值对照。

③检查与环空连接的循环管线，观察并确定管线是否有NACE认证的耐腐蚀作业用。“流动三通”。

④安装一个双笔式压力记录仪，并联接到连续油管及连续油管与生产油管环空中，以检测施工过程中压力变化。

⑤在循环管线上安装可调式节流阀，并现场准备一个供替换用的心轴，使用前应进行刻度标定。

⑥如果设计需要水动力作用，在连续油管尾部安装冲洗工具。

⑦检查PH值测试工具以及中和化学药品是否到位，返排出的残酸液在处理及排泄前应进行测试和中和。

⑧确保操作人员用合理的安全设施操作化学药品(防护面罩、橡胶手套、挡板等)。

⑨现场安装一个轻便冲洗及化学燃烧站，准备足够的冲洗用水。

3 认识和建议

3.1 连续油管国内应用现状

1985年以来，国内陆上各油田共引进连续油管作业设备20多台，主要分布在［4］大庆、胜利、中原、河南、大港、辽河、新疆等油田。大庆油田、塔里木油田、吐哈油田利用连续油管作业技术进行了气举、清蜡、洗井、冲砂、测井、挤水泥作业，成功地解决了油田生产中的一些特殊难题，取得了良好的效果，但与国外相比，作业设备的利用率还比较低。

在CT应用方面，由于国内CT技术和装备的限制，主要局限于直井的简单作业，不能充分发挥CT的作用，应用方面还存在如下问题:

①设备利用率低;②工具配套不完善，影响其应用范围;③各油田重视程度不够，技术储备少。

3.2 未来市场需求

我国还没有CT的生产制造单位，因此开发出国产CT以适应市场的需求是当前的重要任务。随着CT设备的引进和改造，CT的使用范围进一步扩大，市场前景良好。

3.3 当前技术突破关键

连续油管推广应用中技术是一个很大的障碍，主要在工具配套和作业工艺的技术人员培训。CT有限的工作寿命，钻柱屈服强度以及井眼直径和马达的能力等工具配套目前还不能达到油田生产的要求。另外，缺乏经过系统培训的CTD作业技术人员，使得连续油管的现场应用得到限制。

3.4 建议

连续油管作业技术［3］是一项具有广阔发展前景的实用性技术。根据目前该项技术在我国的应用现状，建议从以下几方面采取措施，以缩短与国外技术的差距:

①加强连续油管作业技术和工艺的研究工作。

②研制连续油管作业设备与配套工具，尽早实现国产化。

③研制国产连续油管。

④加强连续油管地面检测设备的研制。

［1］张嗣伟.石油连续柔性管技术的现状与进展［J］.石油专用管，1997，5(3):1－7.

［2］贺会群.连续油管技术与装备发展综述［J］.石油机械，2006，34(1):1－6.

［3］黄志潜，高学和著.连续油管作业技术［J］.石油工业出版社，1998，105－108.

［4］张嗣伟，王优强.对我国连续油管作业技术应用现状的思考［J］.石油矿场机械，1999，4－6.