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1、套管钻井技术,提 纲,一、套管钻井概述；二、国外套管钻井进展；三、套管钻进产品。,套管钻井是指在钻进过程中，直接采用套管（取代传统的钻杆）向井下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用。套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和井下工具的起下在套管内进行，不再需要常规的起下钻作业。,一、套管钻井概述,套管钻井的钻井方式有两种，一是采用套管旋转钻进，动力源来自于地面驱动装置，扭矩通过套管传递到钻头，这种方式对套管及其螺纹连接强度提出了更高的要求；二是采用井下动力钻具钻进，这种方式使套管的受力状况有所改善。,一、套管钻井概述
2、,套管钻井工艺技术分类,全过程套管钻井技术(4 1/2”-13 3/8”) 利用特制的套管钻机、钻具、和钻头，利用套管作为水力通道，采用绳索服务更换钻头的一种钻井工艺阶段套管钻井技术（7”尾管钻井技术）钻井过程中，由于地层破碎引起垮塌；井内大量出水无法造成井下情况复杂无法继续钻进时，采用的在由尾管钻具（含井下动力马达）、尾管管串、尾管悬挂器组成的特殊管柱进行的钻井技术(套管不旋转） 共同特点：钻进与下套管同步进行,1、钻进与下套管同时进行，节约时间 运用套管钻井工艺，使用油田常用的套管，钻进与下套管同步进行。井底钻具组合固定在底部套管上，通过绳索服务非常方便、快捷的在套管内完成起下钻。使用常规
3、的定向井、水平井井下钻具和工具（如：MWD）也适用于这项工艺，同时，随钻随下的套管还保护了MWD免受粗糙的井壁造成的磨损。2、关于钻机钻井承包商现用的钻机可以很容易改造成使用套管钻井工艺的钻机，与之相配套的新型工具给钻井服务公司带来了机会。,一、套管钻井概述,一、套管钻井概述,3、钻进与起下钻同步，增加了安全性 由于套管钻井工艺较常规钻井工艺，仅需要少量的钻台作业人员和减少了起下钻作业，因此很安全。同时还避免了由于起下钻引起的卡钻、套管磨损、侧钻以及地层垮塌岩屑和缩径引起的井下激动和抽汲压力。,一、套管钻井概述,4、降低钻井成本和环保风险 由于套管钻井与起下钻同步进行，其井架高度仅适用于11.
4、5813.71米钻杆单根就足够了. 钻机也不需要更多的马力,设备精简后仅需要少量的搬家车辆,因此而降低了设备投入. 套管钻井仅需要少量的泥浆,因此更进一步节约了泥浆材料成本和环保费用的支出.,Tesco公司自1995年起开始套管钻井技术研究，其出发点就是节省钻井时间、降低钻井成本。液压技术和液压设备是该公司的技术专长，为此该公司专门设计和开发出了一种全液压的套管钻井车载钻机。1998年6月中旬，Tesco公司在其研究开发中心院内钻了第一口套管钻进试验井，耗资4百万美元。后来又在该井中钻了1个定向井眼和1个侧钻井眼。后来该公司又在大院内完成了另外1口试验井，用套管钻井技术钻成1个水平井眼和1个S
5、形井眼。2口井先后用229.2mm、193.7mm、177.8mmm、139.7mm和114.3mm5种尺寸的套管钻进，总进尺达2774m，证明了套管钻井的可行性。,二、国外套管钻井技术进展,Tesco公司已基本形成了一套颇具特色的配套设备和套管钻井工艺技术，并进入工业应用阶段，可用114.3-330.6mm的7种规格的套管钻进。1999年上半年陆续在加拿大的艾尔伯塔省进行了数口浅层直井的现场应用。此后又完成了1口定向井，以进一步评价、改进套管钻井技术及其工具。在实际生产中，该公司不断改进有关工具并扩大了钻井用套管的尺寸，又钻成了数口定向井和水平井，并进行了取心作业。2000年以来，该公司先后
6、与雪佛龙、荷兰壳牌、PDO等公司合作，在墨西哥湾、阿曼、北海20多口井中成功实施了套管钻井作业。,二、国外套管钻井技术进展,英国BBL公司对套管钻井技术也进行了研究，并设计和制造出了几种套管钻井鞋产品，这些产品最近已经在东南亚的4口井中得到成功的应用。2000年上半年，Tesco公司和斯伦贝谢油田专业服务公司成立了一个提供套管钻井专业服务的联合体。Tesco公司负责套管钻井作业中使用的可回收井下钻具组合及相关工具的服务和开发，斯伦贝谢油田专业服务公司提供钻井、采油和管理服务。,二、国外套管钻井技术进展,现代套管钻井技术主要有两种，分别以加拿大的TESCO和美国的威德福为代表。Tesco公司的套
7、管钻井技术是将井下动力马达和钻头通过一个可回收的套管封隔器与最下面一根套管相联，通过马达的旋转带动钻头钻进，与常规的使用钻杆的滑动钻进类似。钻达预定井深后，下入一种特殊的回收工具对井下钻具进行回收。固井之前下入回压凡尔，安置于套管内。威德福公司BBL的套管钻井技术采用另外方式。它是将一种称为钻鞋的特殊钻头接在最下面一根套管，套管可以旋转，与常规的使用钻杆的旋转钻井相类似。套管通过一个转换接头与顶驱相连以传递扭矩。在下套管之前浮箍已装在套管上，因此钻至预定井深后可以立刻开始固井。钻鞋可以被下一只钻头或钻鞋钻掉。这种技术适用于软到中软地层。,二、国外套管钻井技术进展,Tesco公司的套管钻井技术的
8、优点是明显的，可以不起下套管换钻具和钻头，尤其适合于单只钻头不能钻达设计井深的井段和定向井。但它需要专门的套管钻井钻机或对顶驱进行改造。威德福BBL套管钻井技术的特点是钻鞋可钻，顶驱不需要改造，操作相对简单。,二、国外套管钻井技术进展,威德福套管钻井技术的最主要的工具有两样，一是连接套管和顶驱的转换接头，二是用来钻进的钻鞋。转换接头有两种，一种是称为“水补心”的接头，另一种称为套管钻井矛。水补心接头一端是钻杆扣与顶驱连接，另一端是套管扣与套管连接。虽然水补心可以满足套管钻井的所有技术要求，但其最大的缺点是浪费时间。在钻进过程中，每接一根套管，都要有一次卸扣和两次上扣操作。由于套管上扣的时间比钻
9、杆的上扣时间长，因此，使用套管钻井所节省的时间就可能由于使用水补心而被抵消。,二、国外套管钻井技术进展,CONVENTIONAL DRILLING PROCESS,1850 1930Batch Process,CASING DRILLING PROCESS,CABLE TOOL PROCESS,1901 Today1909- Hughes Invented Rotary Rock Bit,1998 - Future,“Slow” Rock Destroying,“Fast”TrippingWireline,“Slow” Hole Cleaning,“Fast” Rock Destroying,
10、“Fast”Hole Cleaning,“Slow” TrippingDrillpipe,“Fast” Rock Destroying,“Fast”Hole Cleaning,“Fast” TrippingWireline,三、套管钻井产品,套管钻井的井下系统套管钻井时的下钻和回收工具DLA(Drill Lock Assermbly) 井下钻具夹持器钻头和管下扩眼器防止套管磨损的扶正器套管钻机套管钻井地层评价钻鞋,套管钻井的井下系统,套管钻井工艺用套管代替钻柱，由套管作为向钻头传递水力和机械能的通道。一种可回收式钢丝绳井底钻具组合连接在套管的底端，钻一足尺寸的井眼以允许套管向下前进。井底钻具组
11、合使用一连顶总成(landing assembly)，所以可以使用钢丝绳装置回收和重新下入井底钻具组合，而不需要起下套管。井底钻具组合由尺寸能穿过钻井套管的领眼钻头和扩眼器组成。因此，可以钻出一段与钻井套管有适当间隙并可以进行注水泥的井眼。,在定向井中，井底钻具组合还包括弯外壳井下马达和随钻测量仪。井底钻具组合连接在连顶总成的下面，以便把井底钻具组合下入井眼，并组成一种特殊的套管鞋。联顶总成上的密封包括了上行和下行的表面润滑密封环，以防止钻井时流体进入井底钻具组合的连节总成上。旁通系统可用来循环钻井液，防止在起下钻具组合时发生抽汲和套管卡钻。位于套管底部的钻鞋由PDC钻头或碳化鸽扩眼器保护着，
12、保证了套管向前时能钻出完全规则的井眼。,套管钻井的井下系统,套管钻井时的下钻和回收工具,为了安装和拆卸井底钻具组合，使用了一种专门设计的钢丝绳下入和回收设备。水龙头可阻止辫状钢丝绳旋转打结，所以在钢丝绳作业期间可以转动套管。当钢丝绳的强力达到20000磅时，应急剪切接头启动，提供垂直拉力以释放在缩经井眼条件下产生的锁定力，保证断开连接。,套管钻井钻机,套管钻井可以使用特制的钻机，也可以使用由常规钻机改造成的套管钻井钻机。目前，只使用了特制的钻机来验证整个钻井系统以使套管钻井的效率达到最高。在套管钻井中需要一种特殊的设备来控制套管和钢丝绳式可回收井底钻具组合。必须使用顶驱系统来旋转套管。合并式天
13、车和合并式游动滑车能使钢丝绳穿过防喷器到达套管顶部。需要一种大型钢丝绳装置以便能有效地起下钻具组合。除上述设备外，套管钻机还要配备液压装置、绞车、顶驱和钢丝绳。,套管连接,在套管钻井中，对套管连接的基本要求是，连接后的套管能承受钻进过程中的扭曲载荷、轴向载荷和屈曲载荷并能顺利通过钢丝绳钻井工具。除此之外，套管的连接要有安全操作特性，包括在钻机上容易操作、连接速度快以及完钻后能保持套管具有一定的承压能力。使用偏梯形螺纹丝扣接头，为增加抗扭和密封能力，这种连接使用了内载荷圈。,钻头和管下扩眼器,用套管和可回收式钢丝钻具钻井时，要求切削结构要小到能够穿过套管，同时又能钻出比套管外径大的井眼。这要通过
14、小直径的领眼钻头和后面的管下扩眼器来完成。用牙轮钻头和PDC钻头进行过试验，也用两臂和三臂DPC管下扩眼器进行过试验。用安装在套管上的PDC钻鞋(driIling shoe)下过几次井。采用PDC钻鞋就不需要井下扩眼器了。试验中没有遇到不能使用PDC钻头的硬地层，但认为可回收式牙轮钻头更适合这种钻井工艺。使用套管钻井井底钻具组合所钻第一口井的钻速与常规钻井工艺的钻速差不多。,套管钻井地层评价,在不起出套管的情况下，用常规的测井仪无法进行测井。其替代方法是用套管内测井仪在钻进过程中连续测井。在多数情况下，套管钻井是用于打开发井的，可把开发井的地层评价设计成能满足套管钻井要求的。在试验中砂祥采集不
15、但没有困难，而且得到了改善，因为上返时间加快了。把常规的的岩心筒接在钻井锁定总成下面进行取心，通过旋转套管和岩心筒取心25ft。岩心完全用钢丝绳回收，比常规取心减少了取心时间。,钻 鞋,钻鞋本体由一种特殊的铝合金材料制造，保径齿和切削齿为聚晶金刚石复合片，镶在钻鞋底部和侧面的3个呈“Y”型的刀翼上。与一般PDC钻头不同的是其齿形为椭圆形，因此，切削作用更强。可互换的喷嘴是由可钻材料铜制成的，并有防腐涂层。钻至设计井深后，上提套管柱0.5米左右，投球，开泵，钻鞋内的活塞下行，推动钻鞋底部带着喷嘴伸出，将刀翼带着切削撑开推向井壁。这样，留在井底的只是由可钻材料制成的本体和喷嘴，因此可以毫无困难地被下一只钻头或钻鞋钻掉,套管扶正装置,套管扶正装置（StabMaster）在套管钻井中也起了很大的作用。它是一种遥控的液压动作扶正臂，可以前后左右移动，保持套管居中，防止套管错扣。该装置的使用，提高了接套管的速度，尤其在有风的天气情况下，可以提高下套管的速度，保证安全作业。,Open / Close Function Test,Closed (Low Pressure) Open (Full Pump Pressure),
