第9講套管鉆井技術(shù)

1、1第九講套管鉆井技術(shù)Casing Drilling2套管鉆井是指使用套管或尾管作為鉆柱進行鉆進，在一個鉆井過程中同時完成鉆井與固井作業(yè)。套管鉆井技術(shù)的最初目的在于處理復(fù)雜地層，如易坍塌段、壓力異常段、鹽膏巖地層等，套管只要鉆過該段，封隔住復(fù)雜段，即達到目的。與其他技術(shù)一樣，套管鉆井技術(shù)也是因需要而產(chǎn)生的，淺層氣、鹽丘上下的碎石層、薄弱的衰竭產(chǎn)層產(chǎn)生的許多問題可以應(yīng)用套管鉆進技術(shù)予以解決。3 套管鉆井方式：一、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動系統(tǒng)，底部帶有一個特殊的鉆頭；二、馬達驅(qū)動系統(tǒng)，可帶擴眼器；三、套管下面使用一次性馬達,鉆井作業(yè)完成后，把它留在井內(nèi)。 套管鉆井是降低鉆井成本解決鉆井問題的有效方法。目前多數(shù)套管鉆

2、井都集中于鉆直井，但定向套管鉆井系統(tǒng)也獲得發(fā)展并已投入商業(yè)運營。4 套管鉆井技術(shù)并不是一個新的概念，早在套管鉆井技術(shù)并不是一個新的概念，早在5050年代許多陸上鉆井公司用油管鉆生產(chǎn)井，鉆達油年代許多陸上鉆井公司用油管鉆生產(chǎn)井，鉆達油氣層后對油管進行固井作業(yè)，鉆頭留在井下的方氣層后對油管進行固井作業(yè)，鉆頭留在井下的方式，可以說是套管鉆井技術(shù)的開始。而真正利用式，可以說是套管鉆井技術(shù)的開始。而真正利用套管進行鉆井作業(yè)始于套管進行鉆井作業(yè)始于19901990年，并在其后得到快年，并在其后得到快速發(fā)展。速發(fā)展。 套管鉆井技術(shù)可以應(yīng)用于各種直井、定向套管鉆井技術(shù)可以應(yīng)用于各種直井、定向井、水平井和開窗側(cè)

3、鉆井中，所用套管尺寸井、水平井和開窗側(cè)鉆井中，所用套管尺寸114.3mm114.3mm339.7mm339.7mm，井深已超過，井深已超過2000m2000m。 5套管鉆井技術(shù)的優(yōu)勢套管鉆井技術(shù)的優(yōu)勢1 1、縮短了完井周期，、縮短了完井周期，2 2、減少井下事故，、減少井下事故，3 3、改善井控狀況，、改善井控狀況，4 4、保持起下鉆時鉆井液的連續(xù)循環(huán)，、保持起下鉆時鉆井液的連續(xù)循環(huán)，5 5、改善水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和井筒清洗狀況。、改善水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和井筒清洗狀況。6 6、可以減小鉆機尺寸，簡化鉆機結(jié)構(gòu)、降低鉆機費用。、可以減小鉆機尺寸，簡化鉆機結(jié)構(gòu)、降低鉆機費用。7. 7. 節(jié)省

4、與鉆桿和鉆鋌有關(guān)的采購、運輸檢驗、維護和更節(jié)省與鉆桿和鉆鋌有關(guān)的采購、運輸檢驗、維護和更換等過程有關(guān)的大量人力、物力與費用。換等過程有關(guān)的大量人力、物力與費用。8 8、若在鉆穿產(chǎn)層井段使用，由于可直接進行固井作業(yè)，、若在鉆穿產(chǎn)層井段使用，由于可直接進行固井作業(yè)，大大減少了鉆井液對儲層的浸泡時間，可降低鉆井作業(yè)對大大減少了鉆井液對儲層的浸泡時間，可降低鉆井作業(yè)對儲層的傷害，有效地保護油氣層。儲層的傷害，有效地保護油氣層。 6 因此，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面，該因此，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面，該項技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)強勁的發(fā)展勢頭，正項技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)強勁的發(fā)展勢頭，正日益引起國內(nèi)外石油工程界的關(guān)注，日益引起國內(nèi)外石油工

5、程界的關(guān)注，具有廣闊的發(fā)展前景具有廣闊的發(fā)展前景, ,甚至有國外公司甚至有國外公司將該技術(shù)稱為繼頓鉆、旋轉(zhuǎn)鉆井后鉆將該技術(shù)稱為繼頓鉆、旋轉(zhuǎn)鉆井后鉆井發(fā)展的一個新紀(jì)元。井發(fā)展的一個新紀(jì)元。7 由于套管鉆井沒有由于套管鉆井沒有起下立柱的問題，因此，起下立柱的問題，因此，鉆機高度可以降低到鉆機高度可以降低到2020米左右，并且結(jié)構(gòu)也可米左右，并且結(jié)構(gòu)也可以簡化以簡化。二 、套管鉆井設(shè)備 1、套管鉆機8 1 套管鉆機安裝了一個鋼絲繩起升系統(tǒng)， 能夠下入和起升井下工具串。安裝了一個分離的游動滑車、 天車、以及頂驅(qū)，以有助于 通過套管下入鋼絲繩。在頂驅(qū)上面安裝了一個鋼絲 繩防噴器和鋼絲繩密封裝置。增加了套

6、管夾緊驅(qū)動頭。92、井下工具串 套管鉆井鉆具的主要構(gòu)成有套管、扶正器、軸向承載殼體、承扭殼體、套管鞋、密封器、軸向鎖定器、止位環(huán)、扭矩鎖定器、擴眼器、鉆頭等，這些工具與常規(guī)鉆桿鉆井工具不同或者技術(shù)參數(shù)要求不同，它們構(gòu)成了套管鉆井獨特的技術(shù)特征。套管套管扶正器扶正器套管鎖定短節(jié)套管鎖定短節(jié)套管扭矩短節(jié)套管鞋套管鞋下井和回收工具密封器密封器軸向鎖定器止銷 扭矩鎖定器泥漿馬達 擴眼器擴眼器鉆頭10三、套管鉆井技術(shù)三、套管鉆井技術(shù) 套管鉆鞋介紹鉆鞋冠部中心部分由鋁合金制成，為各種鉆頭可鉆式。刀翼前緣由熱穩(wěn)定金剛石切削元件和高密度碳化鎢組合構(gòu)成。刀翼外緣鑲有PDC切削齒該工具類似PDC鉆頭，能在低鉆壓的

7、條件下快速鉆進，具有低鉆壓高扭矩的特性 112 2、技術(shù)套管鉆井系統(tǒng)、技術(shù)套管鉆井系統(tǒng) TescoTesco套管鉆井系統(tǒng)以常用的油田生產(chǎn)套管鉆井系統(tǒng)以常用的油田生產(chǎn)套管作為鉆桿同時進行鉆井和下套管作業(yè)。套管作為鉆桿同時進行鉆井和下套管作業(yè)。套管把水力能和機械能傳遞給懸掛在套管底套管把水力能和機械能傳遞給懸掛在套管底部接箍上的下部鉆具。部接箍上的下部鉆具。 組合鉆具上部的鉆井鎖（組合鉆具上部的鉆井鎖（DLADLA）把鉆具與）把鉆具與套管進行機械連接（軸向和扭矩）和液壓密套管進行機械連接（軸向和扭矩）和液壓密封。同時在套管柱處安裝了一個嵌入和取出封。同時在套管柱處安裝了一個嵌入和取出的機械裝置。鉆

8、具組合的最下部是導(dǎo)向鉆頭，的機械裝置。鉆具組合的最下部是導(dǎo)向鉆頭，有時也可能包括其它常規(guī)鉆柱組件，如管下有時也可能包括其它常規(guī)鉆柱組件，如管下擴眼器、泥漿馬達、取心工具或?qū)蛳到y(tǒng)等。擴眼器、泥漿馬達、取心工具或?qū)蛳到y(tǒng)等。12套管套管 在套管鉆井中，希望套管有足夠的抗扭能力，因為整個鉆井的旋在套管鉆井中，希望套管有足夠的抗扭能力，因為整個鉆井的旋 轉(zhuǎn)機械能量都是由它來傳遞。一方面要使套管絲扣有較大的承扭能力，轉(zhuǎn)機械能量都是由它來傳遞。一方面要使套管絲扣有較大的承扭能力，另一方面要保證不能因為絲扣的改進，使套管的成本有較大的提高。另一方面要保證不能因為絲扣的改進，使套管的成本有較大的提高。尺寸（

9、in）連接扣型最優(yōu)上扣扭矩（N.m）最大屈服扭矩(N.m)9 5/8WTIPC134001600007 5/8WTIPC600050000套管5 1/2WTIPC3500150006 5/8450001100005NC502600049000鉆桿3 1/2NC1048016300 從表上可以看出，對于尺寸相當(dāng)?shù)奶坠芎豌@桿，其最大從表上可以看出，對于尺寸相當(dāng)?shù)奶坠芎豌@桿，其最大屈服扭矩基本相同，因此，用套管代替鉆桿連接絲扣強度可屈服扭矩基本相同，因此，用套管代替鉆桿連接絲扣強度可以達到工程要求以達到工程要求。13套管扶正器 套管扶正器主要用來防止套管及套管接箍磨損，同時還可以起到便于注水泥和輔助

10、清除巖屑，減少套管與井壁的接觸力和套管的彎曲的作用。14套管與套管扶正器15井下鎖定裝置 井下鎖定裝置是套管鉆井技術(shù)中井下鎖定裝置是套管鉆井技術(shù)中最具特色的技術(shù)，它具有的功能是：最具特色的技術(shù)，它具有的功能是：當(dāng)鉆進時，井下工具串要鎖定在套管當(dāng)鉆進時，井下工具串要鎖定在套管上，不得有轉(zhuǎn)動和軸向竄動。當(dāng)起鉆上，不得有轉(zhuǎn)動和軸向竄動。當(dāng)起鉆頭時，鎖定器都要解鎖，井下工具串頭時，鎖定器都要解鎖，井下工具串從套管內(nèi)打撈到地面。從套管內(nèi)打撈到地面。16套管鞋 在套管柱最下端應(yīng)安裝套管鞋。該套管鞋主要用來處理井下工具串卡鉆事故。當(dāng)井下工具串卡在井下時，通過鋼絲繩打撈矛使套管與井下工具串脫開，旋轉(zhuǎn)套管柱進行

11、套銑作業(yè)。直至使井下工具串卡點被套銑掉，整個工具串才能提出井口。17密封器 密封器用來實現(xiàn)井下工具串與套管柱之間的密封。圖為密封膠套，它隨井下工具串一起下入到井底，并與套管柱貼緊，從而實現(xiàn)對泥漿的密封。 18鉆頭、擴眼器、鉆鞋 在套管鉆井中，要求鉆頭既能通過套管內(nèi)徑，又要鉆出比套管接箍外徑大的井眼。因此，鉆頭必須具有變徑功能。即在提升、下放時鉆頭尺寸小于套管內(nèi)徑，在鉆進時鉆頭尺寸大于套管接箍外徑。 采用領(lǐng)眼鉆頭加擴眼器的方式來實現(xiàn)鉆頭的變徑功能。領(lǐng)眼鉆頭和擴眼器有牙輪和PDC兩種形式。目前，PDC領(lǐng)眼鉆頭和PDC擴眼器配合使用可獲得更高的機械鉆速，使用壽命也高于牙輪鉆頭和牙輪擴眼器。 鉆鞋是指

12、在擴眼器本體上鑲嵌的PDC牙齒，它使領(lǐng)眼鉆頭切削尺寸合理地過渡到擴眼器切削尺寸，使擴眼器使用壽命與領(lǐng)眼鉆頭使用壽命更加接近。 19鉆頭與擴眼器牙輪鉆頭配擴眼器20套管鉆井工藝過程鉆進起鉆下鉆固井21該套技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況該套技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況 1 1）套管鉆井系統(tǒng)與常規(guī)鉆井系統(tǒng)的鉆井時間大致相同；）套管鉆井系統(tǒng)與常規(guī)鉆井系統(tǒng)的鉆井時間大致相同；2 2）在）在2020多口井的作業(yè)中，工具串起下的成功率為多口井的作業(yè)中，工具串起下的成功率為70%70%；3 3）在早期的試驗中，套管出現(xiàn)磨損；采用了前文所述的套）在早期的試驗中，套管出現(xiàn)磨損；采用了前文所述的套管扶正器后，克服了這一問題；管扶正器后，克服

13、了這一問題；4 4）套管鉆井與常規(guī)鉆井系統(tǒng)相比，鉆柱工作的更加穩(wěn)定。）套管鉆井與常規(guī)鉆井系統(tǒng)相比，鉆柱工作的更加穩(wěn)定。22（二）、威得福套管鉆井系統(tǒng)：（二）、威得福套管鉆井系統(tǒng)： 威得福套管鉆井系統(tǒng)與威得福套管鉆井系統(tǒng)與TescoTesco套管鉆井系統(tǒng)原理及設(shè)套管鉆井系統(tǒng)原理及設(shè)備基本相同，只是威得福套管鉆井系統(tǒng)更側(cè)重表層（或備基本相同，只是威得福套管鉆井系統(tǒng)更側(cè)重表層（或技套）的施工，立足于一只鉆頭打完全部進尺。其所用技套）的施工，立足于一只鉆頭打完全部進尺。其所用PDCPDC鉆頭為特制，胎體由易鉆材料制成，通過一個特殊裝鉆頭為特制，胎體由易鉆材料制成，通過一個特殊裝置（丟手）與套管相接。套

14、管內(nèi)可預(yù)先放置易鉆固井浮置（丟手）與套管相接。套管內(nèi)可預(yù)先放置易鉆固井浮箍（簡易承托環(huán)），鉆至預(yù)定井深后，利用特殊裝置將箍（簡易承托環(huán)），鉆至預(yù)定井深后，利用特殊裝置將下部鉆頭脹裂落入井底，然后進行固井作業(yè)。下次開鉆下部鉆頭脹裂落入井底，然后進行固井作業(yè)。下次開鉆時可將鉆頭體方便的鉆碎，由鉆井液攜帶到地面排除。時可將鉆頭體方便的鉆碎，由鉆井液攜帶到地面排除。 而進行生產(chǎn)層鉆井時鉆頭可直接與套管下部接箍連而進行生產(chǎn)層鉆井時鉆頭可直接與套管下部接箍連接，鉆至設(shè)計井深后和生產(chǎn)套管一起進行固井，不必與接，鉆至設(shè)計井深后和生產(chǎn)套管一起進行固井，不必與套管分離。套管分離。23 國外的可回收式套管鉆井系統(tǒng)應(yīng)

15、用領(lǐng)域廣泛，具有極大的發(fā)展?jié)摿?，但其對工藝技術(shù)水平要求嚴(yán)格，且成本較高（國外一套設(shè)備價格大約在20003000萬元之間，且多數(shù)公司只提供設(shè)備及技術(shù)服務(wù)），目前尚屬于試驗階段，且成功率也不是令人滿意。如Tesco公司在20多口井的作業(yè)中，工具串起下的成功率也只有70%。因此，國內(nèi)可在現(xiàn)階段針對不回收式套管鉆井進行研究，主要側(cè)重于以下兩方面： 三、套管鉆井技術(shù)在國內(nèi)推廣試驗的幾個方向三、套管鉆井技術(shù)在國內(nèi)推廣試驗的幾個方向 241 1、針對表套、技術(shù)套管鉆井，研究采用一只鉆、針對表套、技術(shù)套管鉆井，研究采用一只鉆頭打完進尺的可鉆式頭打完進尺的可鉆式PDCPDC鉆頭，該項技術(shù)可在海鉆頭，該項技術(shù)可在

16、海上鉆井、沙漠鉆井中進行廣泛的推廣應(yīng)用。在上上鉆井、沙漠鉆井中進行廣泛的推廣應(yīng)用。在上述地區(qū)采用套管鉆井技術(shù)，可節(jié)約鉆井時間，且述地區(qū)采用套管鉆井技術(shù)，可節(jié)約鉆井時間，且避免了海上平臺（沙漠）鉆表層套管起鉆后下套避免了海上平臺（沙漠）鉆表層套管起鉆后下套管因無法找到原井眼而失敗的事故。管因無法找到原井眼而失敗的事故。 25四、套管鉆井技術(shù)國產(chǎn)化的裝備配套研究四、套管鉆井技術(shù)國產(chǎn)化的裝備配套研究 鑒于國外套管鉆井技術(shù)為使用有頂部鑒于國外套管鉆井技術(shù)為使用有頂部驅(qū)動裝置的鉆機，對鉆井設(shè)備要求比較嚴(yán)驅(qū)動裝置的鉆機，對鉆井設(shè)備要求比較嚴(yán)格，且其設(shè)備、技術(shù)多只提供服務(wù)的情況，格，且其設(shè)備、技術(shù)多只提供服

17、務(wù)的情況，國內(nèi)進行套管鉆井應(yīng)立足于國內(nèi)鉆井設(shè)備國內(nèi)進行套管鉆井應(yīng)立足于國內(nèi)鉆井設(shè)備實際情況，以采用常規(guī)鉆機，通過轉(zhuǎn)盤傳實際情況，以采用常規(guī)鉆機，通過轉(zhuǎn)盤傳遞扭矩為前提，主要需研制以下設(shè)備（工遞扭矩為前提，主要需研制以下設(shè)備（工具）具） 。26 在套管鉆井中，套管被用來傳遞扭矩。轉(zhuǎn)盤的扭矩在套管鉆井中，套管被用來傳遞扭矩。轉(zhuǎn)盤的扭矩如果直接由套管扣來傳遞，就有可能造成套管絲扣的如果直接由套管扣來傳遞，就有可能造成套管絲扣的損壞。因此，在方鉆桿與套管柱上端之間設(shè)置了套管損壞。因此，在方鉆桿與套管柱上端之間設(shè)置了套管驅(qū)動頭。套管直接與套管驅(qū)動頭連接，由內(nèi)部卡瓦加驅(qū)動頭。套管直接與套管驅(qū)動頭連接，由內(nèi)

18、部卡瓦加緊，鉆機的扭矩由方鉆桿傳到套管驅(qū)動頭上，再由套緊，鉆機的扭矩由方鉆桿傳到套管驅(qū)動頭上，再由套管驅(qū)動頭傳到套管上，套管的絲扣不參加扭矩的傳遞。管驅(qū)動頭傳到套管上，套管的絲扣不參加扭矩的傳遞。套管驅(qū)動頭有三個功能，一是起到起升作用，二是傳套管驅(qū)動頭有三個功能，一是起到起升作用，二是傳遞扭矩，三是密封鉆井循環(huán)泥漿。遞扭矩，三是密封鉆井循環(huán)泥漿。 1 1、套管夾緊驅(qū)動頭、套管夾緊驅(qū)動頭 27圖1 吉林套管驅(qū)動頭設(shè)計簡圖28圖2 機械所套管驅(qū)動頭設(shè)計簡圖29 進行套管鉆井時，如地質(zhì)部門要求必須進行套管鉆井時，如地質(zhì)部門要求必須進行主力油層的裸眼測井時，在套管柱下方進行主力油層的裸眼測井時，在套管柱下方與鉆頭連接處加入鉆頭脫接裝置，完鉆后通與鉆頭連接處加入鉆頭脫接裝置，完鉆后通過水力作用，將鉆頭體與套管柱脫開，鉆頭過