石油和天然气井下作业和钻井领域不断发展，连续油管 (CT) 技术已成为进入复杂井筒环境的通用、经济高效的解决方案——从高压/高温 (HPHT) 储层和水平长距离井到需要修复的老旧油田。与传统的钻杆不同，连续油管可以连续起下井，无需逐节组装和拆卸，同时其在平衡或欠平衡条件下运行的能力增强了井控并最大限度地减少了地层损害。然而，CT 作业的真正效率取决于驱动钻井、铣削和清理等关键任务的井下动力源——而这个动力源几十年来一直是渐进式排量马达 (PDM)，俗称螺杆钻。作为一名拥有 20 多年工具设计、现场作业和性能优化实践经验的资深连续油管专家，我亲眼目睹了合适的 PDM 解决方案如何将 CT 作业从笨拙、高风险的努力转变为精确、可靠的流程，从而释放储层价值并降低运营成本。
PDM 在 CT 作业中的主导地位源于其独特的工作原理以及与连续油管系统约束的固有兼容性。与依赖旋转整个 CT 钻杆的地面驱动旋转系统不同——这种做法存在疲劳、屈曲和工具故障的风险——PDM 是一种井下正排量马达，它将循环钻井液的水力能转化为旋转机械能，直接驱动钻头或工具串。这种设计消除了对地面旋转的需求，允许 CT 钻杆保持静止，而 PDM 在井下提供恒定的扭矩和速度——这对于导航现代 CT 作业所定义的狭窄间隙、复杂轨迹和恶劣井下条件至关重要。其核心是，PDM 由动力段（转子和定子）、传动组件、轴承段和传动轴组成；转子和定子形成一系列密封腔，当钻井液通过工具泵送时，转子相对于定子偏心旋转，将旋转动力传递给钻头或铣削工具。这种设计简洁性与强大的工程设计相结合，使 PDM 成为 CT 应用的理想井下动力装置。
PDM 与其他井下马达的区别在于其能够应对 CT 作业的独特挑战——这些挑战包括工具串直径有限、CT 承受高循环疲劳以及需要在极端环境（温度高达 204°C，压力超过 10,000 psi）下运行。与涡轮马达不同，涡轮马达对流体粘度和固体含量敏感，PDM 在各种流体类型——包括钻井泥浆、氮气、空气、雾化和泡沫——以及流体条件下都能保持一致的性能，使其能够适应各种作业场景。现代 PDM 采用低摩擦、油润滑的轴承组件设计，以最大限度地减少磨损并延长使用寿命，而钛合金柔性轴和铬钨碳化物涂层转子等先进材料则提高了可靠性以及耐腐蚀和耐磨性。这些设计创新解决了 CT 作业的主要痛点，包括因工具故障导致的非生产时间 (NPT)、因疲劳导致的昂贵的 CT 更换以及在恶劣井下环境中性能不一致的问题。
PDM 在连续油管作业中的应用多种多样，涵盖了井下作业、钻井和修复——每种应用都经过量身定制，以利用马达的独特优势。以下是 PDM 提供无与伦比价值的关键应用领域，并有实际作业验证和行业最佳实践支持：
连续油管钻井 (CTD) 和侧钻：PDM 是 CTD 的支柱，使运营商能够钻探小直径井、侧钻现有井筒，并进入传统钻井无法经济到达的难以到达或枯竭的储层。在侧钻作业中——这对于复苏老旧油井或进入被旁路油层至关重要——PDM 与智能井下工具配合使用时可提供精确的定向控制，使运营商能够根据底部钻具组合 (BHA) 中集成的传感器数据（压力、温度、伽马日志）实时校正井眼轨迹。与传统钻井不同，使用 PDM 的 CTD 消除了对转盘或顶驱的需求，减少了钻机占地面积，并能够在海上平台或陆地通道受限的地点等空间受限的环境中进行作业。例如，阿曼石油开发公司 (PDO) 已成功使用 PDM 进行连续油管钻井，利用欠平衡钻井技术从现有井筒中钻探小型石油储量，从而显著降低了运营成本和环境影响。
井下铣削和清理：最常见的 CT 应用之一是铣削和清理，它严重依赖 PDM 来处理硬质沉积物、碎屑和井下障碍物——从压裂塞和桥塞到垢、石蜡和沥青沉积物。PDM 在低速下提供高扭矩，非常适合高效铣削坚硬材料，而不会损坏井筒套管或 CT 钻杆。现代 PDM 为铣削应用提供一系列动力段，并具有压缩和拉伸过载保护功能，以防止高负载作业期间的轴承损坏。对于清理任务，PDM 驱动的工具与高速喷嘴配合使用可有效侵蚀沉积物，而马达的恒定旋转可确保井筒均匀清洁——减少了多次起下井的需要并最大限度地减少了 NPT。此功能在中东高压流动井中尤其有价值，因为有机沉积物是生产力的主要瓶颈。
定向干预和水平井修复：随着水平井和长距离井的日益普及，精确定向干预的需求不断增长——而 PDM 非常适合这项任务。与定向 BHA 组件集成后，PDM 可实现滑移钻进，此时 CT 钻杆保持静止，而马达以受控角度驱动钻头，使操作员能够以极高的精度导航复杂的井眼轨迹。这对于区域增产等任务至关重要，因为需要精确放置工具以最大限度地提高储层接触，或井筒完整性修复，因为需要进入特定区间。PDM 还解决了 CT 钻井中反应扭矩的挑战——这是一个常见的导致工具面不稳定和降低钻井效率的问题——采用特殊的减扭设计，可抵消马达产生的多达 30% 的反应扭矩，确保平稳、一致的运行。
欠平衡和 HPHT 井作业：PDM 在极端井下环境（包括欠平衡钻井和 HPHT 井）中表现出色，在这些环境中可靠性和性能是必不可少的。欠平衡作业——其中井底压力低于地层压力——可减少地层损害并提高钻井效率，PDM 设计用于在这些条件下无缝运行，即使使用泡沫或氮气钻井液。对于 HPHT 井，先进的 PDM 采用高温弹性体和轮廓定子，橡胶含量较低，可在高达 260°C 的温度下运行，同时保持高效率和低摩擦力。这些设计增强功能确保 PDM 在最严峻的环境中提供一致的性能，而通用马达可能会失效或迅速退化。
除了技术能力之外，PDM 还带来了切实的经济效益，使其成为高效 CT 作业的基石。通过消除地面旋转的需求，PDM 减少了 CT 疲劳，延长了油管的使用寿命并降低了更换成本——考虑到即使在适度的作业量下，每台 CT 设备每年也消耗约 4,000 米的油管，这一点至关重要。此外，PDM 通过最大限度地减少工具故障来减少 NPT，先进型号提供模块化组件，提高了互换性并降低了维护成本。与传统方法相比，在 CT 作业中利用 PDM 的运营商通常会看到干预时间减少 30-40%，总体运营成本减少 20-30%，同时通过减少地面操作和潜在的 CT 故障风险来提高安全性。
随着石油和天然气行业继续追求效率、可持续性和储层优化，PDM 在连续油管作业中的作用只会越来越大。最新一代 PDM 集成了智能监控功能，使运营商能够实时跟踪马达性能并预测潜在故障——从而实现预测性维护，进一步减少 NPT 和运营成本。这些智能 PDM 与先进的 CT 技术相结合，正在为井下作业开辟新的可能性，从非常规储层的无限级压裂到海上油田的精确封堵和废弃 (P&A) 作业。
在我几十年的经验中，我了解到任何 CT 作业的成功不仅取决于油管本身，还取决于驱动它的井下动力源。PDM 不仅仅是一个工具——它是一项战略资产，可将复杂的 CT 作业转化为高效、可靠的流程。无论您是在枯竭储层中钻侧钻、在非常规井中铣压裂塞，还是修复 HPHT 资产，合适的 PDM 解决方案都能提供最大化运营效率和储层价值所需的扭矩、速度和可靠性。
对于希望提升其连续油管作业水平的运营商来说，与了解 PDM 技术细微之处——从设计和定制到现场支持——的供应商合作至关重要。PDM 与 CT 系统的兼容性、对恶劣环境的适应性以及经过验证的性能记录使其成为现代石油和天然气作业中井下动力的无与伦比的选择。让 PDM 成为您成功的催化剂，将复杂的井筒环境转化为增长和盈利的机会。