周怡帆

摘要：導(dǎo)向裝置作為連續(xù)管鉆機(jī)中為連續(xù)油管導(dǎo)向的裝置，主要功能是引導(dǎo)或穩(wěn)定連續(xù)油管，隨著連續(xù)油管技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)向裝置也經(jīng)過改進(jìn)和創(chuàng)新，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)導(dǎo)向裝置的缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為其可以與注入裝置結(jié)合，合二為一，通過注入輪實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向和注入作用，導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向效果直接影響到連續(xù)油管注入的注入速度和使用壽命。本文從專利文獻(xiàn)的角度，分析連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的技術(shù)發(fā)展歷程，有助于審查員了解技術(shù)演變、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和案件的審查。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)向裝置；連續(xù)油管；專利；技術(shù)發(fā)展

前言

連續(xù)油管（Coiled Tubing，簡(jiǎn)稱CT）又稱撓性油管、盤管或柔管?，F(xiàn)代連續(xù)油管技術(shù)淵源于第二次世界大戰(zhàn)期間盟軍的/PLUTO0計(jì)劃，即跨越英吉利海峽的海底管線工程。該計(jì)劃完成后，盟軍在英國和法國之間輔設(shè)了一條穿越英吉利海峽、總長近49 000 m的海底輸油管線。40年代后期，有關(guān)連續(xù)油管的發(fā)明專利相繼發(fā)布，自1962年第一臺(tái)連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備問世以來，目前全球擁有的連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備近2000臺(tái)套左右，1972年，我國從Bowen公司引進(jìn)首臺(tái)連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備。連續(xù)油管作業(yè)最初用于下入生產(chǎn)油管內(nèi)完成特定的修井作業(yè)（如洗井、打撈等）。到上世紀(jì)90年代，連續(xù)油管作業(yè)裝置已被譽(yù)為“萬能作業(yè)設(shè)備”，連續(xù)油管技術(shù)的應(yīng)用也從單純的修井作業(yè)發(fā)展到鉆井、完井、測(cè)井以及增產(chǎn)作業(yè)等領(lǐng)域。

一、連續(xù)油管鉆機(jī)的導(dǎo)向裝置的工作原理

連續(xù)油管鉆井地面下部主要包括：連續(xù)油管和鉆具組合，其中鉆具組合包括：連續(xù)油管連接器、連續(xù)油管馬達(dá)頭總成、鉆鋌、螺桿鉆具和鉆頭；地面上部的導(dǎo)向裝置的典型結(jié)構(gòu)就是鵝頸，主要包括支架和夾持輪。導(dǎo)向裝置的主要功能是在連續(xù)油管由滾筒隨動(dòng)輸送至注入器上部入口之前為了保護(hù)連續(xù)油管受損和減少連續(xù)油管因引入注入器時(shí)的角度和力矩而受到額外載荷，即在注入器上部入口上設(shè)置導(dǎo)向裝置，引導(dǎo)連續(xù)油管的輸送方向。隨著技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于導(dǎo)向裝置的分類越來越多，解決了許多常規(guī)作業(yè)技術(shù)和方式難以解決的問題，應(yīng)用效果明顯，其分類主要包括由有鵝頸導(dǎo)向裝置、可折疊式導(dǎo)向裝置、輪式注入器以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與注入機(jī)構(gòu)二者結(jié)合為一方便拆裝的輪式注入裝置等。

二、連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的專利技術(shù)分析

2.1 全球申請(qǐng)量分析

總的申請(qǐng)趨勢(shì)呈現(xiàn)出不斷波動(dòng)的狀態(tài)，美國的連續(xù)油管導(dǎo)向裝置技術(shù)水平較高，申請(qǐng)總量都遠(yuǎn)超我國。國外專利的申請(qǐng)量從60年代第一臺(tái)連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備問世以來，1995年以前每年申請(qǐng)量都少于5件，處于一個(gè)平穩(wěn)的發(fā)展期，1995年-2013年的申請(qǐng)量迅猛遞增進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段，該技術(shù)開始進(jìn)入改進(jìn)創(chuàng)新時(shí)期，2014年至今，進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展減緩階段，預(yù)示著帶有導(dǎo)向裝置的連續(xù)油管技術(shù)在技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新上進(jìn)入發(fā)展瓶頸階段；其中，美國的申請(qǐng)量達(dá)到了國外申請(qǐng)總量的81%，而處于第二位的是英國只有6%，處于第三位的加拿大也只有4%；主要專利申請(qǐng)人包括斯倫貝謝公司、哈里伯頓公司、殼牌公司、尖嘴鯨鯊租賃公司、貝克休斯公司、通管解決方案公司等。我國在2000-2009年，每年申請(qǐng)量在0～8件；從70年代進(jìn)入中國之后，2010年開始申請(qǐng)量迅猛增加，申請(qǐng)人主要是鉆井石油公司和高校；2012年至今，在國內(nèi)的專利申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的大約50%，該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量開始進(jìn)入穩(wěn)定的增長階段，預(yù)示著國內(nèi)的連續(xù)油管技術(shù)在技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新上開始進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的發(fā)展階段，其中鉆井石油行業(yè)的企業(yè)或公司，占比高達(dá)79%，另外，大學(xué)和研究院所也是重要的申請(qǐng)人。

2.2 連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的技術(shù)分支

目前的連續(xù)油管鉆機(jī)，一般導(dǎo)向裝置和注入裝置是二者分離的，為分離式導(dǎo)向裝置，其導(dǎo)向裝置安裝于注入裝置的上方，僅實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用；隨著技術(shù)改善，根據(jù)實(shí)際的施工需要，另一種導(dǎo)向裝置是一體式導(dǎo)向裝置，其導(dǎo)向裝置和注入裝置一體的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)注入和導(dǎo)向功能。

其中分離式導(dǎo)向裝置在目前的連續(xù)油管鉆機(jī)設(shè)備中存在很廣泛，呈拱形或輪式的，一般包括整體鵝頸式、可折疊鵝頸式、帶液壓壓緊裝置式的導(dǎo)向裝置等。整體鵝頸式為一個(gè)整體鋼體支架成型的鵝頸，通過螺栓固定于注入裝置的上端，對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行導(dǎo)向，容納撓性套管30的卷筒28安裝在襯板上，撓性套管30從卷筒28展開經(jīng)拱形導(dǎo)向裝置31進(jìn)入插入注入器頭20，經(jīng)井口后進(jìn)入鉆井；可折疊鵝頸式包括鵝頸前段及鵝頸后段，鵝頸前段通過鉸接銷軸與鵝頸后段連接，鵝頸前段上設(shè)有前段滾輪，鵝頸后段上設(shè)有后段滾輪及夾持限位機(jī)構(gòu)[1]，且鵝頸前后兩端可旋轉(zhuǎn)地鉸接，使用限位銷進(jìn)行限位，前段呈前段寬、后段窄的喇叭口結(jié)構(gòu)，可折疊鵝頸式也有可折疊的拱形結(jié)構(gòu)，通過伸縮液壓缸控制該鵝頸裝置12的折疊與伸縮，可分為獨(dú)立模塊進(jìn)行運(yùn)輸，鵝頸采用折疊式的結(jié)構(gòu)，占據(jù)空間小，方便運(yùn)輸與安裝；帶液壓壓緊裝置的導(dǎo)向裝置其導(dǎo)向拱裝置是可折疊的，其導(dǎo)向拱下段與導(dǎo)向拱上段通過接耳鉸接，為了增強(qiáng)了導(dǎo)向油管工作時(shí)的穩(wěn)定性，在導(dǎo)向拱上段、導(dǎo)向拱下段外圓周上配置有多組翻轉(zhuǎn)壓輪總成，且為了能夠根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)壓輪總成對(duì)連續(xù)油管施加的力[2]。

但現(xiàn)有的分離式導(dǎo)向裝置，具有以下缺陷：（1）其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和注入機(jī)構(gòu)是分離設(shè)置的，作業(yè)過程中需要用專業(yè)吊裝設(shè)備對(duì)連續(xù)油管注入機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，影響了作業(yè)時(shí)效；（2）現(xiàn)有的連續(xù)油管注入機(jī)構(gòu)是利用馬達(dá)通過鏈輪帶動(dòng)兩個(gè)環(huán)形鏈條運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度大，制造成本高（往往達(dá)到千萬元人民幣），由此，也增加了作業(yè)成本，間接地影響了連續(xù)油管工藝技術(shù)的推廣使用。

因此，隨著技術(shù)改善，一體式導(dǎo)向裝置的問世。目前現(xiàn)有的一體式導(dǎo)向裝置主要為輪式的，將導(dǎo)向功能和注入功能結(jié)合于一身，設(shè)施完整性好，解決了由于現(xiàn)有連續(xù)油管注入裝備的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和注入機(jī)構(gòu)分離，作業(yè)過程中需要對(duì)注入機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝從而影響作業(yè)時(shí)效的問題；因不再需要連續(xù)油管導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，也降低了整體設(shè)備的制造成本，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、安裝方便；當(dāng)注入的連續(xù)油管作為生產(chǎn)功能通道使用時(shí)，該輪式連續(xù)油管注入裝置可以保留在井口，可以不將井口以外的連續(xù)油管截掉，進(jìn)而提高連續(xù)油管的使用效用；同時(shí)，可以利用原連續(xù)油管對(duì)于采氣系統(tǒng)依據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行加深調(diào)整。

三、結(jié)語

伴隨著國外的連續(xù)油管技術(shù)發(fā)展，國外對(duì)連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的研究也較早，且在21世紀(jì)初已經(jīng)達(dá)到了較高的技術(shù)水平，而國內(nèi)的主要連續(xù)油管專利申請(qǐng)人，對(duì)連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的研究也是隨著2000年之后國內(nèi)的連續(xù)油管技術(shù)開始發(fā)展而起步的，相比國外來說比較晚，其研發(fā)水平也較低，而且國內(nèi)的主要連續(xù)油管專利申請(qǐng)人的專利技術(shù)也是在國外的專利技術(shù)上進(jìn)行的細(xì)節(jié)改進(jìn)或創(chuàng)新，并沒有真正具有對(duì)連續(xù)油管技術(shù)進(jìn)行革新的龍頭企業(yè)，近期，中石油、中石化對(duì)連續(xù)油管設(shè)備上的研究比較多，但是并沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，只是在現(xiàn)有的連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，因此，為提高我國的連續(xù)油管導(dǎo)向裝置的技術(shù)水平以及相關(guān)連續(xù)油管設(shè)備的技術(shù)水平，我國仍需要很長一段時(shí)間進(jìn)行改善和創(chuàng)新，且需要投入很多的人力與物理在國外幾大主要相關(guān)專利申請(qǐng)企業(yè)的前沿技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)以及其基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)一步提高我國連續(xù)油管技術(shù)方面的技術(shù)水平，增強(qiáng)其在國際水平上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]CN202152239U，于清峰，一種連續(xù)油管注入頭鵝頸. 2012.2.29.

[2]CN102287151A，王洪濤，適用于連續(xù)管作業(yè)機(jī)或鉆機(jī)管子的導(dǎo)向拱裝置.2011.12.21.