《钻井院所长会议—套管钻井技术研究与试验2005[1].08.26》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻井院所长会议—套管钻井技术研究与试验2005[1].08.26（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1套管钻井技术研究与试验 张嵇南张嵇南 王辉王辉 王力王力(吉林石油集团有限责任公司钻井工艺研究院) （中国石油集团科学技术研究院机械所）摘要：摘要：套管钻井是近几年新兴的一项钻井技术,目前表现出强劲的发展势头。吉林油田针对套 管钻井的特点，立足于工艺及工具设备国产化原则，进行了套管钻井工艺及工具配套技术的 研究，并在吉林油田套保及扶余地区进行了三口套管钻井的现场试验，取得了良好效果。证 明国产化套管钻井技术经过完善后，可望成为降低钻井成本、提高效益的钻井新技术，具有 广阔的发展前景。 主题词：主题词：套管 钻井 设备配套 降低成本 保护油气层 一、概述： 套管钻井技术是指在钻进过程中，直接采
2、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。根据美孚技术公司（Mobil Technology Co.）提出的对套管钻井技术的分类方法，套管钻井技术可分为套管非旋转类和套管旋转类 2 大类。 应该说套管钻井技术并不是一个新的概念，早在 50 年代许多陆上钻井公司用油管钻生 产井，钻达油气层后对油管进行固井作业，钻头留在井下的方式，可以说是套管钻井技术的 开始。而真正利用套管进行钻井作业始于 1
3、990 年，并在 1996 年至 1998 年套管钻井技术得到 了快速发展，目前仅 Tesco 公司就已完成 20 余口井的钻井作业。 套管钻井技术可以应用于各种直井、定向井、水平井和开窗侧钻井中，所用套管尺寸 114.3mm339.7mm，目前井深已超过 2000m。 套管钻井技术与常规钻杆钻井相比具有以下优势：1、节省钻进时间。2、减少井下事故。 3、改善井控状况。4、保持起下钻时钻井液的连续循环。5、改善水力参数、环空上返速度和 清洗井筒状况。6、可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用。7、节省与钻杆和钻 铤有关的采购、运输检验、维护和更换等过程有关的大量人力、物力与费用。8、若在
4、钻穿产 层井段使用，由于可直接进行固井作业，大大减少了钻井液对储层的浸泡时间，可降低钻井 作业对储层的伤害，有效地保护油气层。 因此，从技术和经济两方面，该项技术已经出现强劲的发展势头，正日益引起国内外石 油工程界的关注，具有广阔的发展前景,甚至有国外公司将该技术称为继墩钻、旋转钻井后钻 井发展的一个新纪元。 二、国外套管钻井技术的主要工作原理 目前国外套管钻井系统主要有 Tesco 及威得福公司两种系统。 （一）、Tesco 套管钻井系统 Tesco 套管钻井系统以常用的油田生产套管作为钻杆同时进行钻井和下套管作业。套管 把水力能和机械能传递给悬挂在套管底部接箍上的利用钢丝绳可回收的下部钻具
5、。 组合钻具上部的钻井锁（DLA）把钻具与套管进行机械连接（轴向和扭矩）和液压密封。 同时在套管柱处安装了一个嵌入和取出的机械装置。在钻井锁下部钻具组合的最下部是导向 钻头，有时也可能包括其它常规钻柱组件，如管下扩眼器、泥浆马达、取心工具或导向系统 等。 在大多数套管钻井实践中，要在导向钻头上使用管下扩眼器把钻头孔径扩大到最后的井 眼直径。因为导向钻头要能通过套管，而扩眼器要把直径扩大到套管可以通过的尺寸。钻到 套管下入点时用钢丝绳将其收回。在钻达套管下入点之前通知固井服务公司，在收回下部钻 具前进行固井准备和设备就位工作然后进行固井作业。 目前试验的井主要为进行表层套管及技术套管的钻进，所以
6、不进行裸眼井段的测井，或 者在下部钻具组合上直接接上测井仪器进行随钻测井。 套管钻井所用主要设备： （1）地面设备21、钻机：由于套管钻井没有起下立柱的问题，因此，钻机高度可以降低到 20 米左右， 并且结构也可以简化。 2、安装了一个钢丝绳，能够下入和起升井下工具串。 3、具有一个分离的游动滑车、天车、以及顶驱。 4、在顶驱上面安装了一个钢丝绳防喷器和钢丝绳密封装置。 5、为保护套管丝扣，增加了套管夹紧驱动头。 （2） 、井下工具串： 套管钻井钻具的主要构成有套管、扶正器、轴向承载壳体、承扭壳体、套管鞋、密封器、 轴向锁定器、止位环、扭矩锁定器、扩眼器、钻头等，这些工具与常规钻杆钻井工具不同
7、或 者技术参数要求不同，它们构成了套管钻井独特的技术特征。 该套技术现场应用情况： 1）套管钻井系统与常规钻井系统的钻井时间大致相同； 2）在 20 多口井的作业中，工具串起下的成功率为 70%； 3）在早期的试验中，套管出现磨损；采用了刚性套管扶正器后，克服了这一问题； 4）套管钻井与常规钻井系统相比，钻柱工作得更加稳定。 (二)威得福套管钻井系统： 威得福套管钻井系统与 Tesco 套管钻井系统原理及设备基本相同，但威得福套管钻井系 统更侧重表层（或技套）的施工，立足于一只钻头打完全部进尺，而不在套管内起下工具串。 其所用 PDC 钻头为特制，胎体由易钻材料制成，通过一个特殊装置（丢手）与
8、套管相接。套 管内可预先放置易钻固井浮箍（简易承托环） ，钻至预定井深后，利用特殊装置将下部钻头胀 裂落入井底，然后进行固井作业。下次开钻时可将钻头体方便的钻碎，由钻井液携带到地面 排除。 而进行生产层钻井时钻头可直接与套管下部接箍连接，钻至设计井深后和生产套管一起 进行固井，不必与套管分离。威得福公司的套管钻井技术应用比较广泛，国内外已经应用了 300 多口井，均取得较好效果。 三、吉林油田套管钻井技术研究 国外套管钻井技术为使用有顶部驱动装置的钻机，对钻井设备要求比较严格，且成本较 高（国外一套设备价格大约在 20003000 万元之间，且多数公司只提供设备及技术服务） ， 难以在陆上低成
9、本开发井中推广应用。吉林油田套管钻井技术主要针对吉林油田浅开发井钻 井，立足于吉林油田现有钻井装备配套，以采用常规钻机，通过转盘传递扭矩为前提，首先 在套保油田 244mm 井眼，177.8mm 套管的常规开发井井身结构基础下，通过钻井工艺技 术试验，实现一只钻头打至完钻的目的，避免起下钻头等复杂工艺过程；并充分考虑地质部 门允许不进行裸眼测井和必须进行主力油层的裸眼测井两种情况，形成一套适合吉林油田浅 开发井的套管钻井工艺技术，并达到推广应用的条件。 （一）主要技术特点：（一）主要技术特点： （1）该套管钻井系统钻井井深有一定限制，即必须保证一只钻头打到底的技术要求。 因此，该系统主要适用于
10、井深较浅的开发井。 （2）该系统无需采用顶部驱动钻井方式，而是采用转盘驱动钻井方式。因此，该系统 对钻机无特殊要求，不会造成成本增加。 （3）该系统采用了机械式套管夹持头（或套管螺纹承扭保护器）连接在方钻杆下，工 作在导管内，无需改变原钻机的液压系统。 （4）该系统包括专门的钻头脱接装置，可实现对油层段的裸眼测井。 （5）该套管钻井系统主要由套管夹持头（套管螺纹承扭保护器） 、特制接箍、钻头脱接 装置及固井短节组成。方钻杆下通过螺纹连接着机械式套管夹持头，套管夹持头通过内（外） 卡瓦对套管柱进行夹持，套管间通过特制的接箍进行连接，套管柱下端通过特制的固井短节、 钻头脱接装置与钻头相连。钻井时，
11、转盘驱动方钻杆旋转，方钻杆带动夹持头及整个钻柱旋 转，实现正常钻井。当钻井过程完成后，通过投球丢手方式，将钻头丢弃于井底。而后，根 据需要上提钻柱达一定高度，就可对主力目的层进行裸眼测井。测井过程完成后，将钻柱重 新下入并实施固井工艺过程。如果不需要进行裸眼测井，则采用套后测井的方法提供后续生 产所需的必要的油藏数据。 （二）进行的主要研究内容：（二）进行的主要研究内容：3（1）套管钻井工艺配套技术 低摩阻钻井液体系的研究； 钻头及钻井参数的优选； 提高固井质量技术研究； 扭矩监测技术研究。 （2）套管钻井工具配套研究： 内卡式套管驱动头； 在套管钻井中，套管被用来传递扭矩。转盘的扭矩如果直接
12、由套管扣来传递，就有可能 造成套管丝扣的损坏。因此，在方钻杆与套管柱上端之间设置了套管驱动头。套管直接与套 管驱动头连接，由内部卡瓦加紧，钻机的扭矩由方钻杆传到套管驱动头上，再由套管驱动头 传到套管上，最上一根套管的丝扣不参加扭矩的传递。套管驱动头有三个功能，一是起到起 升作用，二是传递扭矩，三是密封，保证钻井液的循环。 钻头脱接装置； 进行套管钻井时，如地质部门要求必须进行主力油层的裸眼测井时，在套管柱下方与钻 头连接处加入钻头脱接装置，完钻后通过水力作用，将钻头体与套管柱脱开，钻头落入井底， 从而可上提套管柱 35 根，暴露出主力油层，以满足裸眼测井的需要。 固井自封式胶塞及胶塞座； 通过
13、采用特殊设计的固井胶塞及胶塞座，以实现注水泥后固井胶塞的碰压及通过固井胶 塞的自锁实现敞压候凝，提高固井质量。 套管钢性扶正器； 套管扶正器主要用来防止套管及套管接箍的磨损，同时还可以起到便于注水泥和辅助清 除岩屑，减少套管弯曲的作用。套管扶正器是由扶正器和调整套组成，调整套是半开口，外 表为锥形，可以补偿套管尺寸误差。当扶正器热装冷却后，套管与扶正器紧紧地连在一起。 套管扶正器可以很好地解决套管的磨损问题，基本满足了工程要求。 套管螺纹承扭技术； 经分析研究，在目前套管上使用螺纹承扭环提高螺纹承扭强度在技术上不成熟，经与天 津钢管厂、宝山钢铁股份有限公司共同分析、研究采用改制接箍，除掉套管接
14、箍中间的多余 螺纹部分，套管对接时螺纹端面对顶，即可实现提高套管螺纹承扭强度，或者采用 BGC 梯型 螺纹，满足套管钻井的施工要求。 套管钻井专用承扭保护器； 该承扭保护器主要为一接头，上部与方钻杆连接，下部接一双公短套管，短套管与下部 套管串连接，并可根据使用情况随时更换短套管。 （3）、套后油水层识别的测井方法 利用自然伽马可以划分储层，但由于受套管影响，划分储层厚度相对粗一些。 利用补偿中子可以判断储层孔隙度的变化。 利用 C/O 测井可以识别油、水层。 测井提供的储层划分、测井解释参数（如孔隙度、饱和度等）只是半定量的，可用于 成熟区块的解释分析，对于未探明地区计算储量参数计算精度不够
15、。 四、套管钻井现场试验情况 通过技术研究与攻关，2003 年首先在套保油田进行 244mm 井眼，177.8mm 套管的套 管钻井工艺技术试验，实现了一只 244.5mmP2 钻头打至完钻的目的。在此基础上 2004 年 10 月 29 日11 月 23 日，在扶余采油厂扶北 2-3 井、扶北 2-1 井，进行了 215.9PDC 钻头， 139.7mmBGC 套管的套管钻井工艺技术试验，均实现了一只 215.9PDC 钻头打至完钻的目 的；通过试验，形成了适合于套保油田、扶余油田的两种规格套管、套管钻井工艺技术及工 具配套，并为今后在其它地区的其它尺寸井眼中进行套管钻井打下了良好的工艺技术
16、基础。 （一）套保油田套管钻井试验 钻井主要设备：钻机：XJ-350 型；泥浆泵：F500 型一台；震动筛及离心机各一台； 开钻所用钻具组合为：244.5P2mm 钻头+套管钻井、完井钻头连接器177.8mmTP55D 套管+套管夹持头方钻杆。 钻进参数为：泵压 2.5Mpa；钻压 0.5KN；钻井液密度 1.15g/cm3,粘度 80S,转盘扭矩 12KNm.4井深 55m 时因夹持头夹紧机构出现松动而启动应急试验方案。钻具组合为： 244.5P2mm 钻头+套管钻井、完井钻头连接器177.8mmTP55D 套管+套管螺纹承扭保护器 方钻杆。 井深 225.84m 因钻头泥包起钻。现场决定采用钻杆钻井通过可能发生钻头泥包的层段， 采用钻杆划眼并钻进至井深 279.86m 后，采用改进后的套管夹持头恢复套管钻井，完成钻井 设计井深，完钻井深 320.40m。 完钻后采用低温早强水泥浆固井，水泥浆返至地面，固井质量优质。 (二)扶余油田套管钻井试验 钻井主要设备：钻机：
