周怡帆

摘要：导向装置作为连续管钻机中为连续油管导向的装置，主要功能是引导或稳定连续油管，随着连续油管技术的发展，导向装置也经过改进和创新，弥补了传统导向装置的缺点，现在已经发展为其可以与注入装置结合，合二为一，通过注入轮实现导向和注入作用，导向装置的导向效果直接影响到连续油管注入的注入速度和使用寿命。本文从专利文献的角度，分析连续油管导向装置的技术发展历程，有助于审查员了解技术演变、国内外的发展现状和案件的审查。

关键词：导向装置；连续油管；专利；技术发展

前言

连续油管（Coiled Tubing，简称CT）又称挠性油管、盘管或柔管。现代连续油管技术渊源于第二次世界大战期间盟军的/PLUTO0计划，即跨越英吉利海峡的海底管线工程。该计划完成后，盟军在英国和法国之间辅设了一条穿越英吉利海峡、总长近49 000 m的海底输油管线。40年代后期，有关连续油管的发明专利相继发布，自1962年第一台连续油管作业设备问世以来，目前全球拥有的连续油管作业设备近2000台套左右，1972年，我国从Bowen公司引进首台连续油管作业设备。连续油管作业最初用于下入生产油管内完成特定的修井作業（如洗井、打捞等）。到上世纪90年代，连续油管作业装置已被誉为“万能作业设备”，连续油管技术的应用也从单纯的修井作业发展到钻井、完井、测井以及增产作业等领域。

一、连续油管钻机的导向装置的工作原理

连续油管钻井地面下部主要包括：连续油管和钻具组合，其中钻具组合包括：连续油管连接器、连续油管马达头总成、钻铤、螺杆钻具和钻头；地面上部的导向装置的典型结构就是鹅颈，主要包括支架和夹持轮。导向装置的主要功能是在连续油管由滚筒随动输送至注入器上部入口之前为了保护连续油管受损和减少连续油管因引入注入器时的角度和力矩而受到额外载荷，即在注入器上部入口上设置导向装置，引导连续油管的输送方向。随着技术的发展，关于导向装置的分类越来越多，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，其分类主要包括由有鹅颈导向装置、可折叠式导向装置、轮式注入器以及导向机构与注入机构二者结合为一方便拆装的轮式注入装置等。

二、连续油管导向装置的专利技术分析

2.1 全球申请量分析

总的申请趋势呈现出不断波动的状态，美国的连续油管导向装置技术水平较高，申请总量都远超我国。国外专利的申请量从60年代第一台连续油管作业设备问世以来，1995年以前每年申请量都少于5件，处于一个平稳的发展期，1995年-2013年的申请量迅猛递增进入了一个快速发展阶段，该技术开始进入改进创新时期，2014年至今，进入了一个发展减缓阶段，预示着带有导向装置的连续油管技术在技术改进和创新上进入发展瓶颈阶段；其中，美国的申请量达到了国外申请总量的81%，而处于第二位的是英国只有6%，处于第三位的加拿大也只有4%；主要专利申请人包括斯伦贝谢公司、哈里伯顿公司、壳牌公司、尖嘴鲸鲨租赁公司、贝克休斯公司、通管解决方案公司等。我国在2000-2009年，每年申请量在0～8件；从70年代进入中国之后，2010年开始申请量迅猛增加，申请人主要是钻井石油公司和高校；2012年至今，在国内的专利申请量占总申请量的大约50%，该技术领域的专利申请量开始进入稳定的增长阶段，预示着国内的连续油管技术在技术改进和创新上开始进入一个稳定的发展阶段，其中钻井石油行业的企业或公司，占比高达79%，另外，大学和研究院所也是重要的申请人。

2.2 连续油管导向装置的技术分支

目前的连续油管钻机，一般导向装置和注入装置是二者分离的，为分离式导向装置，其导向装置安装于注入装置的上方，仅实现导向作用；随着技术改善，根据实际的施工需要，另一种导向装置是一体式导向装置，其导向装置和注入装置一体的，同时实现注入和导向功能。

其中分离式导向装置在目前的连续油管钻机设备中存在很广泛，呈拱形或轮式的，一般包括整体鹅颈式、可折叠鹅颈式、带液压压紧装置式的导向装置等。整体鹅颈式为一个整体钢体支架成型的鹅颈，通过螺栓固定于注入装置的上端，对连续油管进行导向，容纳挠性套管30的卷筒28安装在衬板上，挠性套管30从卷筒28展开经拱形导向装置31进入插入注入器头20，经井口后进入钻井；可折叠鹅颈式包括鹅颈前段及鹅颈后段，鹅颈前段通过铰接销轴与鹅颈后段连接，鹅颈前段上设有前段滚轮，鹅颈后段上设有后段滚轮及夹持限位机构[1]，且鹅颈前后两端可旋转地铰接，使用限位销进行限位，前段呈前段宽、后段窄的喇叭口结构，可折叠鹅颈式也有可折叠的拱形结构，通过伸缩液压缸控制该鹅颈装置12的折叠与伸缩，可分为独立模块进行运输，鹅颈采用折叠式的结构，占据空间小，方便运输与安装；带液压压紧装置的导向装置其导向拱装置是可折叠的，其导向拱下段与导向拱上段通过接耳铰接，为了增强了导向油管工作时的稳定性，在导向拱上段、导向拱下段外圆周上配置有多组翻转压轮总成，且为了能够根据实际需要调节翻转压轮总成对连续油管施加的力[2]。

但现有的分离式导向装置，具有以下缺陷：（1）其导向机构和注入机构是分离设置的，作业过程中需要用专业吊装设备对连续油管注入机构、导向机构进行现场安装，影响了作业时效；（2）现有的连续油管注入机构是利用马达通过链轮带动两个环形链条运动，其结构复杂，制作难度大，制造成本高（往往达到千万元人民币），由此，也增加了作业成本，间接地影响了连续油管工艺技术的推广使用。

因此，随着技术改善，一体式导向装置的问世。目前现有的一体式导向装置主要为轮式的，将导向功能和注入功能结合于一身，设施完整性好，解决了由于现有连续油管注入装备的导向机构和注入机构分离，作业过程中需要对注入机构和导向机构进行现场安装从而影响作业时效的问题；因不再需要连续油管导向机构，也降低了整体设备的制造成本，其结构简单、制造成本低、安装方便；当注入的连续油管作为生产功能通道使用时，该轮式连续油管注入装置可以保留在井口，可以不将井口以外的连续油管截掉，进而提高连续油管的使用效用；同时，可以利用原连续油管对于采气系统依据生产情况进行加深调整。

三、结语

伴随着国外的连续油管技术发展，国外对连续油管导向装置的研究也较早，且在21世纪初已经达到了较高的技术水平，而国内的主要连续油管专利申请人，对连续油管导向装置的研究也是随着2000年之后国内的连续油管技术开始发展而起步的，相比国外来说比较晚，其研发水平也较低，而且国内的主要连续油管专利申请人的专利技术也是在国外的专利技术上进行的细节改进或创新，并没有真正具有对连续油管技术进行革新的龙头企业，近期，中石油、中石化对连续油管设备上的研究比较多，但是并没有实质性的进步，只是在现有的连续油管导向装置的基础上进行的改进，因此，为提高我国的连续油管导向装置的技术水平以及相关连续油管设备的技术水平，我国仍需要很长一段时间进行改善和创新，且需要投入很多的人力与物理在国外几大主要相关专利申请企业的前沿技术进行学习以及其基础上进行创新，进一步提高我国连续油管技术方面的技术水平，增强其在国际水平上的竞争力。

参考文献：

[1]CN202152239U，于清峰，一种连续油管注入头鹅颈. 2012.2.29.

[2]CN102287151A，王洪涛，适用于连续管作业机或钻机管子的导向拱装置.2011.12.21.