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目前，世界上許多地區(qū)的鉆井費用都在增加。井下工具取得的很大進步，促使鉆完井效率大幅度提高，但在鉆井設(shè)備提升效率方面卻進步較小。在鉆井臺上采用自動機械化系統(tǒng)能進一步保障了工人作業(yè)安全，其代價是操作變慢，除機械性和遠程控制性提升外，鉆井臺的布局幾乎沒有變化。盡管油價下跌已經(jīng)導致鉆井速度地減緩，但深井鉆井設(shè)備所占的比例卻顯著提升并保持在一個較高的水平。目前，超深井的鉆井成本達到了1億~1.5億美元，只有通過技術(shù)創(chuàng)新才能進一步降低成本。連續(xù)作業(yè)鉆機作為一項專利鉆機理念，正處在發(fā)展過程中，并被看作是一項巨大的技術(shù)變革，在降低鉆井成本方面有著巨大的潛力。
 
自旋轉(zhuǎn)鉆井應(yīng)用以來，在井中起下管具基本上都是間歇操作。比如上提鉆桿時，每一根單根或立根上提到鉆臺時都要暫停、斷開連接，然后放到鉆桿排放的位置上或者平放，這一點與連續(xù)作業(yè)鉆機的應(yīng)用截然不同。自動化和傳感器技術(shù)使鉆桿、鉆鋌、套管或油管的連續(xù)作業(yè)能夠使起下管具的時間大幅度減少，從而降低鉆井成本。此外，連續(xù)作業(yè)鉆機也有助于減少井下復雜情況的發(fā)生。在深井鉆井、修井作業(yè)、封堵廢棄井和完井作業(yè)中，連續(xù)作業(yè)技術(shù)發(fā)揮出了很大優(yōu)勢。 結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
 
在目前往復起升系統(tǒng)中，每起下一段管子都要用卡瓦進行懸掛，降低了起下管具的效率。連續(xù)作業(yè)鉆機改變了現(xiàn)有的操作模式，使起下管具連續(xù)、不間斷地進行。此外，鉆臺及設(shè)備設(shè)計變得更緊湊，到井眼中心線的距離更短，動作更快，作業(yè)更自動化。連續(xù)作業(yè)鉆機見圖1，其主要部件含有兩套起升系統(tǒng)，依次、連續(xù)起下管具；每套起升系統(tǒng)上有一個可收縮式工具夾；位于工具夾上的大鉗，垂直運動過程中斷開或連接管具；配合旋扣器；工具夾內(nèi)置一套卡瓦裝置/起升系統(tǒng)；管具抓鉤，用于在垂向運動中，向井中心移動或放置管具；沿井架垂向移動的送鉆頭設(shè)備，可沿中心線向鉆臺或任意高度放置工具；前面的滑臺，放置不同的工具，包括鉆頭、短節(jié)及送鉆頭的遞送工具。
 
按照如下起鉆順序可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，圖2展示了作業(yè)過程。起升系統(tǒng)B在井眼中心線方向起出鉆柱；另一起升系統(tǒng)A向下移動至鉆臺位置，等待一根完整的立根拉出鉆臺面；隨著立根的工具接頭通過轉(zhuǎn)盤面，下面的起升系統(tǒng)進入中心線位置，與鉆柱一起向上移動，并承載其重力，與此同時大鉗（f）開始斷開并旋出工具接頭，釋放立根。在勻速向上運動過程中，連續(xù)作業(yè)鉆機就全部完成。同時，隨著下面的起升系統(tǒng)承受立根載荷，管具抓鉤抓住立根向上移動超過鉆臺，拉住立根，立根一離開井眼，就向上拉起并離開中心。上面的起升系統(tǒng)（B）停止，由下面的起升系統(tǒng)承受載荷，當立根被放開時，上面系統(tǒng)（e）上的大鉗打開，使管具抓鉤將立根移開中心線。上部系統(tǒng)返回，向下移至鉆臺，重復這一操作順序，鉆柱以恒定速度連續(xù)運動，下放管具按照相反順序進行作業(yè)。
 
作業(yè)優(yōu)勢
 
連續(xù)作業(yè)鉆機可大幅度提升鉆井速度，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面。保障人員安全，在所有主要作業(yè)中真正實現(xiàn)非人工自動化作業(yè)、解放雙手，提高的人的員安全。控制和監(jiān)測鉆機在作業(yè)區(qū)以外進行，實現(xiàn)全面自動化設(shè)計的緊湊式設(shè)備，將鉆臺上人的干預減小到最少，送鉆頭的設(shè)備在不同高度將不同的工具放入井眼中心。促進井壁穩(wěn)定，連續(xù)恒定的起升速度能夠改善井壁穩(wěn)定狀況。消除加速度會有效減少起鉆時的抽吸效應(yīng)，不使用卡瓦，避免從卡瓦中上提鉆柱或套管時產(chǎn)生抽吸壓力。同理，下套時會消除激動壓力。提高起下鉆速度，連續(xù)不間斷作業(yè)會顯著提高起下鉆速度，消除目前間歇式作業(yè)技術(shù)中作業(yè)間斷產(chǎn)生的耗時，可以實現(xiàn)的最大速度范圍為0.5-1 m/s（1800-3600 m/h或64-128根立根/h，立根28m一根）。
 
避免壓差卡鉆發(fā)生，起下鉆時鉆柱連續(xù)軸向運動以及旋轉(zhuǎn)避免了壓差卡鉆的發(fā)生。使用兩套起升系統(tǒng)，鉆柱可以一直運動縮短下套管時間，連續(xù)下套管可以減少下入時間，將下鉆過程中對井眼傷害的風險降到最低。采用送鉆頭設(shè)備在套管柱運動過程中同步安裝固井設(shè)備。鉆井過程中進行連續(xù)循環(huán)，在地層孔隙壓力和破裂壓力相近的地層中更好地控制壓力（控壓鉆井）。連續(xù)循環(huán)會阻止大井斜井中巖屑床的形成，巖屑床一旦形成，若停止循環(huán)，將會產(chǎn)生高扭矩問題。連續(xù)循環(huán)可作為一部分嵌入系統(tǒng)，這意味著可以消除連接的時間，這在許多情況下，可緩解井眼復雜情況，減少許多因處理復雜情況消耗的時間。
 
實現(xiàn)全面自動化，連續(xù)作業(yè)鉆機技術(shù)背后的理念就是鉆井施工的全面自動化。為了實現(xiàn)這一點，連續(xù)作業(yè)鉆機的鉆臺采用緊湊式設(shè)計。所有鉆具及其部件與井眼中心線之間的移動距離都很短。送鉆頭設(shè)備把工具從工具夾放置到井中或?qū)⑺麄儚木腥〕鰜?，將頂?qū)放置在工具夾中。緊湊式鉆臺的設(shè)計基于“工業(yè)化”的理念，把鉆井平臺比作工廠，降低能耗、減少設(shè)備磨損，勻速取代反復加速、減速，使能耗小于老式系統(tǒng)，降低起升系統(tǒng)的最大載荷。
 
改進與優(yōu)化
 
連續(xù)作業(yè)鉆機在應(yīng)用中遇到了一些問題。其中，大鉗和旋扣器需要足夠快，以滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。大鉗和旋扣器速度慢會導致起升速度慢，或使井架高度增加。另外一個施工難點是鉆柱提離井口中心線時產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力問題。為了使作用于導梁和井架的彎曲應(yīng)力最小，在技術(shù)允許的條件下，兩套起升系統(tǒng)經(jīng)過彼此時，要盡量挨得近一些，一個處于作業(yè)位置，另一個處于回收的位置。
 
連續(xù)作業(yè)鉆機設(shè)計的最大連續(xù)作業(yè)速度為1m/s，無論何種用途，與目前系統(tǒng)相比都是巨大的進步，目前連續(xù)作業(yè)鉆機系統(tǒng)上提或下放的速度為3600m/h（11800ft/h）。針對不同的情況，采用0.5m/s或1800m/h（5900ft/h）的中等速度比較合理。目前的設(shè)計需要能夠從0-1m/s進行速度調(diào)節(jié)，步長為0.01m/s。設(shè)計速度決定著井架的設(shè)計高度，由于管具在垂向移動，因此設(shè)計高度必須能夠容納施工順序中額外的管具長度，施工順序為上提管具、安置起升卡瓦或動力卡瓦、斷開連接。由于重量的限制以及其他原因，井架高度是限定的，這樣就會限制實際起升和下放速度。雖然，連續(xù)鉆井目前還存在一些技術(shù)難點，但工程師團隊已經(jīng)找到了解決方法，相信連續(xù)作業(yè)鉆機將能更好的服務(wù)于鉆井作業(yè)。