套管鉆井技術(shù)課件

套管鉆井技術(shù)7/27/20231套管鉆井技術(shù)一、套管鉆井的發(fā)展概況、套管鉆井系統(tǒng)介紹、套管鉆井工藝技術(shù)、套管鉆井實(shí)例五、套管鉆井未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)7/27/20232一、套管鉆井的發(fā)展概況1.套管鉆井的概念2.套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)3.套管鉆井的歷史溯源4.套管鉆井的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況7/27/20233

套管鉆井把鉆進(jìn)和下套管合并為一個(gè)過(guò)程，在鉆進(jìn)過(guò)程中，直接采用套管取代鉆桿，向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量。井下鉆具組合接在套管柱下面，邊鉆進(jìn)邊下套管，井下鉆具組合在套管內(nèi)起下，不再需要常規(guī)的起下鉆作業(yè)，完鉆后套管就留在井內(nèi)作完井用。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(kāi)窗側(cè)鉆井中，還可以進(jìn)行取心作業(yè)。1.套管鉆井的概念

7/27/20234接入套管7/27/20235鉆進(jìn)7/27/202362.套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1)可降低鉆井成本套管鉆井采用油田常用的普通套管取代鉆桿鉆井，在施工中節(jié)省了與鉆桿和鉆鋌的有關(guān)的采購(gòu)、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、維護(hù)和更換的費(fèi)用，同時(shí)套管鉆井的鉆機(jī)更加輕便，易于搬遷和操作，人工勞動(dòng)量和費(fèi)用都將減少，因此可以明顯降低鉆井成本。例如，據(jù)Tesco公司估計(jì)，打一口深為3048m（10000ft）的井，和傳統(tǒng)鉆井相比，可節(jié)約費(fèi)用30%以上。7/27/20237

(2)減少了與起下鉆有關(guān)的問(wèn)題套管鉆井技術(shù)采用鋼絲繩在套管內(nèi)起下井底鉆具組合，速度比常規(guī)鉆井快5～10倍。由于套管鉆井的井眼自始至終有套管伴隨到井底，因此，套管鉆井在起下鉆具時(shí)還可進(jìn)行鉆井液的循環(huán)和套管旋轉(zhuǎn)，這樣就消除了常規(guī)鉆井施工中由于地層膨脹，井壁坍塌、沖刷井壁、鍵槽卡鉆和臺(tái)階卡鉆等意外事故而導(dǎo)致的起下鉆困難問(wèn)題的發(fā)生。2.套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)7/27/20238套管鉆井大大提高鉆井速度7/27/20239

(3)改善了井控狀況在常規(guī)鉆井起下鉆過(guò)程中，井筒內(nèi)的抽吸作用和壓力波動(dòng)常常會(huì)導(dǎo)致井涌或井噴，稍有不慎就有可能導(dǎo)致鉆井事故的發(fā)生。而套管鉆井消除了因起下鉆而帶來(lái)的的抽吸作用和壓力波動(dòng)，而且起下鉆時(shí)能保持泥漿連續(xù)循環(huán)，可防止鉆屑聚集，也減少了井涌的發(fā)生，從而改善了井控狀況，為安全施工提供了有力的保障。2.套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)7/27/202310

(4)改善了水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和清洗井筒的狀況

向套管內(nèi)泵入泥漿時(shí)，因其內(nèi)徑比鉆桿大，故減少了水力損失，從而可以減少鉆機(jī)泥漿泵的配備功率。泥漿從套管和井壁之間的環(huán)形空間返回時(shí)，由于環(huán)空面積減小，提高了上返速度，改善了鉆屑的攜出狀況。2.套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)7/27/202311

(5)可以減小鉆機(jī)尺寸、簡(jiǎn)化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)、降低鉆機(jī)費(fèi)用①水力參數(shù)的改善降低了對(duì)鉆機(jī)泥漿泵功率的需求；②可以取消二層平臺(tái)和鉆桿排放區(qū)域；③套管鉆井是基于單根套管進(jìn)行的，不再需要采用類(lèi)似雙根或三根鉆桿構(gòu)成的立根鉆井方式，因此井架高度可以減小，底座的重量可以減輕。

2、套管鉆井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)7/27/202312

早在50年代就有很多陸上鉆井公司用油管鉆生產(chǎn)井，鉆達(dá)油氣層后對(duì)油管進(jìn)行固井作業(yè)，鉆頭留在井下。70年代史密斯公司曾在墨西哥灣應(yīng)用過(guò)套管鉆井技術(shù)，但當(dāng)時(shí)的鉆深都非常淺。

3、套管鉆井的歷史溯源7/27/202313

80年代末期，在采礦業(yè)中，小井眼繩索連續(xù)取心鉆井技術(shù)曾一度引起人們的極大興趣。該技術(shù)使用鋼絲繩回收取心筒，鉆達(dá)目的層后將鉆柱用作套管固井，同時(shí)取心鉆頭留在井底。需要繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，可采用更小尺寸的鉆柱，從而降低了鉆井成本，節(jié)約了鉆井時(shí)間。因此，這種采礦業(yè)用的小井眼鉆井系統(tǒng)可以認(rèn)為是套管鉆井系統(tǒng)的先驅(qū)。3、套管鉆井的歷史溯源7/27/202314

同一時(shí)期，在一些稠油油藏的開(kāi)發(fā)中，人們還利用割縫生產(chǎn)尾管鉆達(dá)目的層，然后用礫石進(jìn)行充填完井，這種技術(shù)在尾管底端連接了一次性鉆頭和擴(kuò)眼器。在此期間，有的鉆井公司還借助套管鞋擴(kuò)眼器完成下套管作業(yè)。套管鉆井的專(zhuān)利最早出現(xiàn)在60年代。1989年到1995年期間是現(xiàn)代套管鉆井技術(shù)醞釀和形成的階段，陸續(xù)出現(xiàn)了一些與套管鉆井有關(guān)的鉆井工具、鉆井裝備和鉆井工藝專(zhuān)利。

3、套管鉆井的歷史溯源7/27/2023154.1國(guó)外應(yīng)用情況

1996年到1998年是套管鉆井技術(shù)的快速發(fā)展階段，這一期間也正值油價(jià)持續(xù)下滑。在這種背景下，降低鉆井成本成為鉆井行業(yè)的迫切任務(wù)，也成為套管鉆井技術(shù)發(fā)展的直接驅(qū)動(dòng)力，許多公司對(duì)其進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。

4、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

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4.1國(guó)外應(yīng)用情況加拿大Tesco公司自1995年起開(kāi)始對(duì)套管鉆井技術(shù)進(jìn)行研究，1998年6月中旬，Tesco公司在其研究開(kāi)發(fā)中心(TescoR&DCenter)院內(nèi)鉆了第一口套管鉆進(jìn)試驗(yàn)井，耗資4百萬(wàn)美元。后來(lái)又在該井中鉆了1個(gè)定向井眼和1個(gè)側(cè)鉆井眼，總進(jìn)尺達(dá)2774m，證明了套管鉆井的可行性。Tesco公司已基本形成了一套頗具特色的配套設(shè)備和套管鉆井工藝技術(shù)，并進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。

4、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

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4.1國(guó)外應(yīng)用情況

美國(guó)Tri2MaxIndustries公司自1996年開(kāi)始進(jìn)行套管鉆井技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，其目的就是在表層套管尺寸一定的情況下，最大限度地增加生產(chǎn)套管的尺寸，從而提高深水油氣井的經(jīng)濟(jì)效益。該公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一個(gè)可伸縮隨鉆擴(kuò)眼器進(jìn)行鉆井作業(yè)，1997年首次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以后陸續(xù)在墨西哥灣和地中海海域投入了工業(yè)應(yīng)用。

4、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況

7/27/2023184.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

我國(guó)大港灘海公司于2003年采用Weatherford公司的套管鉆井技術(shù)進(jìn)行了23口井的表層套管鉆井；大慶于2004年也完成了一口表層套管鉆井；渤海石油公司和南海西部公司于2001年在海洋石油鉆井中應(yīng)用套管鉆井來(lái)簡(jiǎn)化海上表層套管的作業(yè)程序，提高了作業(yè)效率，但僅局限于表層套管的應(yīng)用，尚未涉及全井套管鉆井技術(shù)。對(duì)于陸上全井套管鉆井技術(shù)可以說(shuō)國(guó)內(nèi)目前還處于空白。目前只有吉林油田進(jìn)行過(guò)三口井的過(guò)油層套管鉆井試驗(yàn)。4、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況7/27/202319

要成功的采用套管鉆井技術(shù)，選用所需的配套設(shè)備至關(guān)重要，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的套管鉆井系統(tǒng)有Tesco套管鉆井系統(tǒng)和Weatherford套管鉆井系統(tǒng)。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/2023201、Tesco套管鉆井系統(tǒng)：

Tesco套管鉆井系統(tǒng)以常用的油田生產(chǎn)套管作為鉆桿同時(shí)進(jìn)行鉆進(jìn)和下套管作業(yè)。套管把水力能和機(jī)械能傳遞給懸掛在套管底部接箍上的井下鉆具，該井下鉆具可通過(guò)鋼絲繩回收，組合鉆具上部的鉆井鎖(DLA)把鉆具與套管進(jìn)行機(jī)械連接和液壓密封。同時(shí)在套管柱處安裝了一個(gè)可嵌入和取出的機(jī)械裝置。在鉆井鎖下部鉆具組合的最下端是導(dǎo)向鉆頭，有時(shí)也可能包括其它常規(guī)鉆柱組件，如管下擴(kuò)眼器、泥漿馬達(dá)、取心工具和導(dǎo)向系統(tǒng)等。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/202321Tesco套管鉆井鉆機(jī)7/27/202322二、套管鉆井系統(tǒng)介紹

1、Tesco套管鉆井系統(tǒng)：

在大多數(shù)套管鉆井實(shí)踐中，要在導(dǎo)向鉆頭上使用套管下擴(kuò)眼器把鉆頭孔徑擴(kuò)大到最后的井眼直徑。因?yàn)閷?dǎo)向鉆頭要能通過(guò)套管，而擴(kuò)眼器要把直徑擴(kuò)大到套管可以通過(guò)的尺寸，鉆到套管下入點(diǎn)時(shí)用鋼絲繩將其收回。在鉆達(dá)套管下入點(diǎn)之前通知固井服務(wù)公司，在收回下部鉆具前進(jìn)行固井準(zhǔn)備和設(shè)備就位工作，然后進(jìn)行固井作業(yè)。目前試驗(yàn)的井主要進(jìn)行表層套管及技術(shù)套管的鉆進(jìn)，所以不進(jìn)行裸眼井段的測(cè)井，或者在下部鉆具組合上直接接上測(cè)井儀器進(jìn)行隨鉆測(cè)井。7/27/202323(1)套管鉆井鉆機(jī)

鉆機(jī)系統(tǒng)組成將一個(gè)雙伸縮式井架、絞車(chē)與頂部驅(qū)動(dòng)裝置并入其中，包括一臺(tái)功率為589千瓦的三缸鉆井泵、一臺(tái)井架出油管清潔器和一座裝有高514in的懸吊底座的模塊式建筑。設(shè)計(jì)的液力驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備采用PLC(可編程序的邏輯控制器)來(lái)進(jìn)行控制，并用司鉆控制中心(DCC)通過(guò)PLC的結(jié)合來(lái)控制。DCC安裝在控制室里。控制室位于鉆臺(tái)旁的模塊式建筑房?jī)?nèi)。整套系統(tǒng)占地少，易于搬遷。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/202324二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(1)套管鉆井鉆機(jī)另外，為了進(jìn)行套管鉆井作業(yè)，對(duì)現(xiàn)有的普通鉆機(jī)進(jìn)行改裝，改裝后的鉆機(jī)也可適應(yīng)于套管鉆井：

1)加裝一個(gè)鋼絲繩絞車(chē)，用于起下和操作井下鉆具組合，為此鋼絲繩內(nèi)應(yīng)植入一根電纜，用來(lái)操作井下工具。

2)為了使鋼絲繩能夠處在套管中心位置，需要將天車(chē)和游車(chē)都改成分體式，左右分置。

7/27/202325二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(1)套管鉆井鉆機(jī)

3)在頂部驅(qū)動(dòng)裝置上部，加裝一個(gè)鋼絲繩防噴器和密封裝置，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行密封。

4)取消鉆機(jī)的二層平臺(tái)和立根的存放區(qū)，原來(lái)用于操作鉆桿的工具均應(yīng)該成相應(yīng)的操作套管的工具。7/27/202326二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(2)絞車(chē)系統(tǒng)

絞車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很緊湊，其高扭矩、多方位位移的葉片式液力馬達(dá)直接耦合到裝有鉆井鋼絲繩滾筒的軸上，這樣就取消了一些輔助部件，如齒輪箱、鏈條組、皮帶、離合器鏈輪及鏈條護(hù)罩等。這意味著繩車(chē)滾筒永不需要摘開(kāi)，并且能在兩個(gè)方向上以極佳的控制速度，平滑的驅(qū)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)能使絞車(chē)與井架結(jié)構(gòu)一體化，鉆機(jī)在移運(yùn)時(shí)也不用拆卸，此外，絞車(chē)還能使井架延伸與收縮。

7/27/202327絞車(chē)7/27/202328二、套管鉆井系統(tǒng)介紹（2）絞車(chē)系統(tǒng)

當(dāng)鉆井系統(tǒng)鉆進(jìn)時(shí)，絞車(chē)的剎車(chē)系統(tǒng)為液壓驅(qū)動(dòng)。在鉆井單元，沒(méi)有水力剎車(chē)或者渦流剎車(chē)。剎車(chē)制動(dòng)是通過(guò)液壓和氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果氣動(dòng)制動(dòng)失敗，則液壓會(huì)發(fā)生制動(dòng)。如果液壓制動(dòng)失敗，則氣體會(huì)發(fā)生制動(dòng)。這套絞車(chē)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是：

1)可編程序的邏輯控制系統(tǒng)絞車(chē)的水力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)帶有PLC控制的能通過(guò)編程序的自動(dòng)司鉆系統(tǒng)(DCC)進(jìn)行控制的。自從機(jī)械制動(dòng)出現(xiàn)后，司鉆可以通過(guò)自動(dòng)司鉆系統(tǒng)(DCC)遠(yuǎn)離絞車(chē)進(jìn)行控制。

7/27/202329二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(2)絞車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)司鉆系統(tǒng)能在維持鉆頭上穩(wěn)定壓力下通過(guò)PLC控制在可設(shè)定參數(shù)的最大鉆速下對(duì)絞車(chē)提供無(wú)人操作的連續(xù)鉆井，自動(dòng)司鉆控制系統(tǒng)能自動(dòng)控制鉆柱并在頂部驅(qū)動(dòng)失調(diào)時(shí)“重新啟動(dòng)”鉆柱。

2)安全系統(tǒng)—絞車(chē)上的安全系統(tǒng)包括一個(gè)鉆臺(tái)與天車(chē)安全保護(hù)裝置，這是為了限制游車(chē)/頂部驅(qū)動(dòng)總成、防止碰撞而裝的。減速是為了通過(guò)程序進(jìn)行優(yōu)化，不像傳統(tǒng)鉆機(jī)上的天車(chē)那樣起下鉆時(shí)受到擾動(dòng)。除此之外，一個(gè)聯(lián)鎖的程序允許絞車(chē)在鉆臺(tái)和天車(chē)之間以指定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

7/27/202330(2)絞車(chē)系統(tǒng)絞車(chē)還有別的一些安全聯(lián)鎖裝置以確保維護(hù)人員和設(shè)備不至于因錯(cuò)誤的操作而導(dǎo)致事故的發(fā)生。例如，在有足夠的液壓下，當(dāng)前掛鉤上所承載的重物是可用剎車(chē)減緩的。當(dāng)然，氣壓也是重要的因素。移動(dòng)絞車(chē)能得到較大的速度范圍，但它僅允許通過(guò)PLC達(dá)到安全載限，如在一個(gè)很快或是很突然的速度操作下，掛鉤重物將增加到其承載極限，但絞車(chē)的速度仍然會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定下降到安全水平。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/202331二、套管鉆井系統(tǒng)介紹（3）頂部驅(qū)動(dòng)及其他部件輕型的液壓頂部驅(qū)動(dòng)裝在鉆機(jī)上在其作業(yè)范圍具有良好的控制扭矩速度，它可以獨(dú)立的安排鉆柱的上扣和滑動(dòng)鉆具入井的鉆井扭矩/伺服控制能力。例如司鉆可以用搖動(dòng)鉆柱的辦法降低滑動(dòng)摩擦。多功能的管子裝卸及自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，即動(dòng)力吊卡、雙向連桿擺動(dòng)、鼠洞延伸結(jié)構(gòu)、遙控卡爪、雙球鉆井液護(hù)罩、安全閥等減少了連接時(shí)間，增加了鉆臺(tái)的安全。為了減少鉆機(jī)裝卸時(shí)間，頂部驅(qū)動(dòng)與2/3扭矩軌道都是固定性地安裝在井架上，在鉆機(jī)搬遷時(shí)，可取消拆卸頂部驅(qū)動(dòng)及大部分扭矩軌道，與常規(guī)井架安裝頂部驅(qū)動(dòng)相比，節(jié)約5個(gè)小時(shí)。7/27/202332頂驅(qū)7/27/202333液力大鉗7/27/202334(4)套管鉆井的井下系統(tǒng)套管鉆井的井下系統(tǒng)主要由三部分組成：一是下井回收工具；二是底部鉆具組合；三是連接在套管柱末端的坐底套管。用鋼絲繩起下的底部鉆具組合一般由鎖定和密封總成、分隔箍、鉆井浮箍、擴(kuò)眼器和領(lǐng)眼鉆頭等部件組成，根據(jù)需要還可以增加井下鉆井液電動(dòng)機(jī)(直電動(dòng)機(jī)或彎殼電動(dòng)機(jī))、隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)工具，也可以接取心工具或取心鉆頭進(jìn)行取心作業(yè)。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/202335底部鉆具及下部套管柱組合

套管鉆井鉆具的主要構(gòu)成如上圖：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(kuò)孔器、鉆頭等。這些工具與常規(guī)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(dú)特的技術(shù)特征。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/2023367/27/202337二、套管鉆井系統(tǒng)介紹

(4)套管鉆井的井下系統(tǒng)起下鉆時(shí)，井底鉆具組合穿過(guò)套管，可以避免對(duì)井壁的損害，保證了起下鉆的安全。為了避免套管柱彎曲可在底部鉆具組合下端串接1～2根鉆鋌以增加鉆壓。套管鉆井的定向鉆進(jìn)過(guò)程在很多方面與常規(guī)鉆井類(lèi)似，主要的差別在于導(dǎo)向馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具要能夠穿過(guò)套管下入到井中，并能夠回收。造斜率一般取決于使用的套管尺寸，造斜率的上限取決于套管的疲勞極限。7/27/202338下入井下鉆具組合7/27/202339鉆鞋鉆鞋的作用與傳統(tǒng)的鉆頭極為相似，唯一不同的是鉆達(dá)完鉆井深后不用起鉆，直接固井，鉆鞋又被第二級(jí)鉆頭或鉆鞋鉆掉。7/27/202340可張開(kāi)式鉆頭7/27/202341鉆頭7/27/202342(5)套管就套管本身而言，大多數(shù)套管接頭具有較大的抗扭和抗疲勞能力，但多數(shù)小尺寸套管的接頭抗扭能力不足。隨著套管鉆井技術(shù)的推廣，一些生產(chǎn)商開(kāi)始開(kāi)發(fā)套管鉆井使用的低成本優(yōu)質(zhì)接頭。完鉆后，套管必須保持完好才能在完井中起到常規(guī)套管的作用。地面試驗(yàn)表明，除了最底部的幾根套管連接處發(fā)生磨損外，其他管柱都保持完好。為了解決這一問(wèn)題，需要在接頭處安裝防磨扶正器。二、套管鉆井系統(tǒng)介紹7/27/202343二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(6)轉(zhuǎn)盤(pán)一臺(tái)150噸的444mm轉(zhuǎn)盤(pán)支承著卡瓦載荷，并在非鉆井時(shí)間內(nèi)慢慢的旋轉(zhuǎn)著鉆柱，即在頂部驅(qū)動(dòng)出問(wèn)題時(shí)作緊急備用及接單桿。轉(zhuǎn)盤(pán)是最輕量級(jí)的，并在其殼體內(nèi)安裝了一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這樣就不需要一臺(tái)外用馬達(dá)、鏈條箱或驅(qū)動(dòng)軸了。轉(zhuǎn)盤(pán)是由開(kāi)口回路液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。7/27/202344二、套管鉆井系統(tǒng)介紹(7)電路系統(tǒng)

兩臺(tái)UPS電源裝置把鉆機(jī)的發(fā)電機(jī)電能(120VAC單相60Hz)轉(zhuǎn)化成24VDC電能，并給所有控制系統(tǒng)和儀表電路供電，并且在發(fā)電機(jī)電力中斷時(shí)可供應(yīng)電能達(dá)17分鐘之久。這種安全裝置可以①使司鉆提升鉆具以防卡鉆；②有時(shí)間使備用發(fā)電機(jī)或鉆井液循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)等。7/27/202345三、套管鉆井工藝介紹1、套管鉆井工藝2、套管鉆井設(shè)計(jì)3、套管鉆井的注意事項(xiàng)7/27/202346

Tesco公司套管鉆井技術(shù):

套管由頂部驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由套管傳動(dòng)扭矩，帶動(dòng)安裝在套管底部工具組上的鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。由于鉆頭直徑小于套管內(nèi)徑，不能鉆出直徑大于套管外徑的井眼，故在鉆頭上方工具組中另安裝兩個(gè)可以張開(kāi)或縮進(jìn)的擴(kuò)孔鉆頭，鉆進(jìn)過(guò)程中，先令兩個(gè)擴(kuò)孔鉆頭張開(kāi)，即可將井眼擴(kuò)大。鉆井液自套管內(nèi)進(jìn)入,從套管與井眼之間的環(huán)形空間返出。

1、套管鉆井工藝7/27/202347擴(kuò)眼器7/27/2023481、套管鉆井工藝

Tesco公司套管鉆井技術(shù):

鉆頭固定在一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的工具組前端，工具組鎖定在套管底部，并通過(guò)鋼絲繩與一部專(zhuān)門(mén)用于起下鉆頭的絞車(chē)相連接。當(dāng)需要更換鉆頭時(shí)，將鎖定裝置松開(kāi)，利用絞車(chē)將工具組經(jīng)套管中起出。換上新鉆頭后，再用絞車(chē)將工具組經(jīng)套管中下入，鎖定在套管底部。這樣一來(lái)更換鉆頭就變得十分快捷。

7/27/202349工具組及鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖7/27/202350

Tesco公司套管鉆井技術(shù):

鉆頭的鉆進(jìn)過(guò)程也就是下套管的過(guò)程。套管一根根打下去不再提起，完鉆后即可進(jìn)行固井作業(yè)。套管鉆井所形成的井眼比相應(yīng)的常規(guī)鉆井井眼一般要小(如采用直徑127mm的套管鉆井形成的井眼尺寸為152.4～190.5mm)，其大小程度取決于擴(kuò)眼鉆頭的尺寸，但要滿足固井中對(duì)套管與井眼之間間隙的要求。

1、套管鉆井工藝7/27/2023511、套管鉆井工藝

Tesco公司套管鉆井技術(shù):

由于扭矩需要通過(guò)套管螺紋傳遞，目前的套管螺紋達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)，所以需要研制、加工一種特殊的螺紋來(lái)滿足傳遞扭矩的要求。如采用雙級(jí)扣或其它特殊扣的螺紋，同時(shí)套管接箍也改用加強(qiáng)型。Tesco公司在套管鉆井試驗(yàn)中就選用了一種加強(qiáng)型螺紋。7/27/202352

Tesco公司套管鉆井技術(shù):

從以上的套管鉆井基本做法中能夠看出，套管鉆井技術(shù)的關(guān)鍵在于套管螺紋和鉆頭拆裝兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，套管螺紋能否滿足傳遞扭矩的要求，鉆頭拆裝系統(tǒng)能否有效、可靠地工作，是決定套管鉆井成功與否的技術(shù)關(guān)鍵。

1、套管鉆井工藝7/27/202353

套管鉆井設(shè)計(jì)在多方面與普通鉆井設(shè)計(jì)相似，如井壁穩(wěn)定、井控、套管下入深度、定向設(shè)計(jì)和鉆頭選用等都與普通鉆井十分相似。一個(gè)顯著差別就是套管鉆進(jìn)時(shí)套管柱要承受附加應(yīng)力。套管鉆井的大部分因素都可按普通鉆井的工程技術(shù)來(lái)處理，但對(duì)彎曲、疲勞和洗井三個(gè)問(wèn)題應(yīng)特別給予說(shuō)明。

2、套管鉆井設(shè)計(jì)7/27/202354(1)彎曲鉆進(jìn)套管在井眼內(nèi)只能承受較小壓縮載荷，當(dāng)壓縮載荷過(guò)大時(shí)，套管可能發(fā)生彎曲，當(dāng)它彎曲(失穩(wěn))之后，在無(wú)橫向支持下它不能承受壓縮載荷，但這并不意味著就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。套管周?chē)木谝饳M向支持作用，以限制進(jìn)一步橫向屈曲。套管發(fā)生彎曲時(shí)并不一定會(huì)破壞，但彎曲可能導(dǎo)致兩種不良影響。

2、套管鉆井設(shè)計(jì)7/27/2023552、套管鉆井設(shè)計(jì)(1)彎曲首先，鉆進(jìn)套管與井壁之間的橫向接觸力可使套管磨損及增加套管轉(zhuǎn)動(dòng)所需的扭矩。其次，彎曲使套管在井內(nèi)呈曲線形狀，這將增大套管內(nèi)應(yīng)力及增加出現(xiàn)橫向振動(dòng)的可能性。

7/27/2023562、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞由于常規(guī)鉆井方式中套管沒(méi)有處于可產(chǎn)生疲勞破壞的環(huán)境中，因此有關(guān)套管和接箍疲勞失效方面的案例和資料很少。但是套管鉆井技術(shù)的出現(xiàn)，使套管柱取代了鉆桿柱向井底鉆頭傳遞機(jī)械能量和水力能量，套管及其接箍被置于一種復(fù)雜的動(dòng)載作用的工況下，它們抗疲勞失效能力的高低將直接影響到套管鉆井的成敗。如何有效提高套管柱的抗疲勞失效能力和減少套管疲勞事故的發(fā)生，成為套管鉆井技術(shù)得以普及的一個(gè)前提。7/27/2023572、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞

1)套管鉆井中套管疲勞的影響因素套管鉆井中，套管的受力比常規(guī)鉆井更加復(fù)雜，工作環(huán)境更加惡劣，套管不僅要承受軸向力、外擠力、內(nèi)壓力，還要承受扭矩、彎曲和沖擊振動(dòng)等載荷的作用。當(dāng)套管開(kāi)始在套管鉆井中服役時(shí)，疲勞破壞在循環(huán)載荷的不停作用下以小幅度開(kāi)始增加，這種破壞是逐漸積累形成的，而且是不可恢復(fù)的，影響套管疲勞的因素主要是交變應(yīng)力。7/27/2023582、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞

1)套管鉆井中套管疲勞的影響因素套管鉆井作業(yè)過(guò)程中引起交變應(yīng)力的因素很多，主要有鉆頭鉆進(jìn)時(shí)引起套管柱縱向、橫向和扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)；彎曲套管和方鉆桿引起的彎曲交變應(yīng)力；在彎曲井眼鉆進(jìn)時(shí)引起的周期性彎曲應(yīng)力；井眼狗腿度嚴(yán)重；天車(chē)轉(zhuǎn)盤(pán)和井口不對(duì)中；海洋鉆井中鉆井船隨波浪起伏搖擺造成的套管柱彎曲；套管柱在井眼中的偏心度；鉆井液的周期性波動(dòng)等。7/27/2023592、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞

2)套管疲勞的設(shè)計(jì)與檢測(cè)套管鉆機(jī)作業(yè)中套管的工作環(huán)境更加惡劣，套管設(shè)計(jì)的好與壞將直接影響到套管柱耐疲勞度的高低。這方面主要涉及到的因素有：套管的選材(高鋼級(jí)的抗疲勞性能優(yōu)于低鋼級(jí)，平接式套管的抗疲勞性能優(yōu)于其它形式)；套管和接箍橢圓度的檢測(cè)；套管抗彎性能的校核；套管的無(wú)損探傷檢測(cè)；套管螺紋連接的選擇(偏梯形牙型優(yōu)于圓螺紋和楔型螺紋)；套管及接箍熱處理狀況的檢測(cè)等。7/27/2023602、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞

3)套管的上卸扣操作套管及接箍的損傷將增大套管疲勞失效的概率，上卸扣的操作規(guī)范與否也會(huì)影響到套管的抗疲勞性能，與此相關(guān)的因素主要有：套管上緊扭矩的控制(工廠端和現(xiàn)場(chǎng)端區(qū)別對(duì)待)；套管鉗留在套管上的牙痕；卡瓦傷痕；地層和井內(nèi)金屬碎塊對(duì)套管表面的切割傷痕，套管運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中造成的傷痕等。7/27/2023612、套管鉆井設(shè)計(jì)(2)疲勞

4)鉆井液的腐蝕由于腐蝕的緣故使套管截面積減少或者形成腐蝕小坑造成應(yīng)力集中點(diǎn)，都將會(huì)使套管疲勞強(qiáng)度大為降低。影響套管產(chǎn)生腐蝕的因素有：套管表面存在的冶煉缺陷和機(jī)械損傷；鉆井液中存在的氧氣、二氧化碳和各種酸類(lèi)；鋼材內(nèi)具有電位差的區(qū)域；不同鋼級(jí)的套管等。7/27/202362(3)洗井套管鉆井與普通鉆井循環(huán)通路幾何尺寸的不同是二者的另一差別。從套管內(nèi)向下的流道大且均勻，所以套管內(nèi)壓力降一般很小。套管鉆井的環(huán)空流道一般較小，因此該處壓力降也小。雖然環(huán)空流道較小，但它較為均勻，所以從套管鞋至井口環(huán)空流速幾乎是不變的。這在較低流速下就可以保持井眼凈化，但必須調(diào)整好泥漿性能并提供足夠的水力能量以清洗鉆頭和擴(kuò)眼器。

2、套管鉆井設(shè)計(jì)7/27/202363(1)更換鉆頭和下部鉆具組合套管鉆井不需要鉆柱(鉆桿和鉆鋌)的支持，不需要進(jìn)行常規(guī)的起下鉆作業(yè)，但鉆頭和下部鉆具組合在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用后應(yīng)能順利起下，以便更換。繩索式回收鉆具組合解決了這一難題，利用繩索將下部鉆具組合和鉆頭從套管中取出來(lái)，減少了起下鉆時(shí)間，避免了因常規(guī)起下鉆而引起的抽吸、垮塌等井下復(fù)雜情況。

3、套管鉆井注意事項(xiàng)7/27/202364(2)套管接箍

在常規(guī)鉆井中，鉆桿和鉆鋌專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)承受很大的扭矩和壓縮載荷。而套管相對(duì)于鉆桿和鉆鋌來(lái)說(shuō)，承受的扭矩和壓縮載荷較小。因此在套管鉆井中，要使用相對(duì)較低的旋轉(zhuǎn)扭矩和鉆壓，并使套管在直徑較小的井眼中保持最小的徑向彎曲，以免造成鉆井中套管先期損壞。

3、套管鉆井注意事項(xiàng)7/27/2023653、套管鉆井注意事項(xiàng)(3)鉆頭切削機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

為了使鉆頭能通過(guò)繩索起下，又能鉆出足夠大的井眼以使套管通過(guò)，要求切削機(jī)構(gòu)既要小于套管內(nèi)徑，又能夠鉆出比套管外徑更大的井眼。因此，在小直徑領(lǐng)眼鉆頭的上方接一個(gè)套管下擴(kuò)眼器。7/27/202366(4)地層評(píng)價(jià)

利用套管鉆井技術(shù)鉆井時(shí)，邊鉆進(jìn)邊下套管，故不能用常規(guī)電測(cè)工具進(jìn)行裸眼測(cè)井，除非將套管上提至待測(cè)井段以上。解決的方法是采用隨鉆測(cè)井儀或者將測(cè)井儀下至套管以下，對(duì)目的層進(jìn)行測(cè)井。其它地層評(píng)價(jià)工具等也要改造成繩索式。

3、套管鉆井注意事項(xiàng)7/27/2023673、套管鉆井注意事項(xiàng)(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法在套管鉆井完鉆后，對(duì)于套管鉆井的固井方法有兩種模式，一種是Sperry-sun公司的固井模式，另一種是Tesco公司的固井模式Sperry-sun公司為了在套管鉆井作業(yè)完成后能夠使用常規(guī)的固井工藝固井，使用了一種固井塞，這種塞座放時(shí)成套爪狀，這樣，固井塞可座于座放接箍?jī)?nèi)，下入鎖定后將會(huì)與套管成為一體。7/27/2023683、套管鉆井注意事項(xiàng)(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法注水泥過(guò)程中由于固井塞的存在而不需要單向閥，它可封堵住水泥漿的返壓，不必在套管中使用頂替液來(lái)保持回壓，固井塞是可鉆的，需要繼續(xù)套管鉆進(jìn)時(shí)，下入較小直徑的套管鉆井系統(tǒng)，鉆掉固井塞和水泥環(huán)后即可繼續(xù)鉆進(jìn)。7/27/2023693、套管鉆井注意事項(xiàng)(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法

Tesco公司在最早的固井作業(yè)中使用了一個(gè)柔性刮塞和一個(gè)頂替塞，頂替塞由鋁和橡膠制成，具有較好的可鉆性。固井時(shí)先向套管內(nèi)泵入一個(gè)能刮去管壁濾餅的刮塞，通過(guò)加壓，刮塞可被很容易地剪斷并從套管鞋泵出。7/27/2023703、套管鉆井注意事項(xiàng)(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法注完固井水泥后接著用頂替液泵入一個(gè)頂替塞，頂替塞坐放并鎖定在軸向鎖定接箍上做浮箍使用，頂替塞可把水泥的上返壓力密封在頂替塞之下。需要繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，可在水泥凝固后，用較小直徑的套管鉆井系統(tǒng)下入到井底，將刮塞、固井浮箍和水泥環(huán)鉆掉后繼續(xù)鉆進(jìn)。7/27/2023713、套管鉆井注意事項(xiàng)(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法由于實(shí)際應(yīng)用中難以確定頂替塞是否坐放并鎖定于坐底套管，當(dāng)套管尺寸較小時(shí)難以控制頂替液的過(guò)量，同時(shí)頂替塞難以保證密封住水泥返壓，鉆掉也很難，所以用了泵送浮箍的固井工藝。7/27/202372(5)完鉆后套管鉆井技術(shù)中的固井方法在注水泥之前先將浮箍泵送到位并鎖定在坐底套管的鎖定短節(jié)上，到位鎖定的情況可根據(jù)返回的鉆井液壓力信號(hào)判斷，浮箍到位后即可采用常規(guī)方法進(jìn)行注水泥作業(yè)。目前使用的浮箍已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與套管可靠的鎖定，同時(shí)也能可靠的密封住固井水泥的回壓。3、套管鉆井注意事項(xiàng)7/27/202373

四、套管鉆井實(shí)例

我們用勝利油田墾東341井的套管鉆井過(guò)程，來(lái)介紹套管鉆井的具體應(yīng)用。1、地質(zhì)概況

KD341井位于KD34井48.76、方位1206.69m處構(gòu)造位置位于濟(jì)陽(yáng)坳陷墾東潛山披覆構(gòu)造帶墾東34斷鼻構(gòu)造，本井井型為直井，井別為評(píng)價(jià)井，本井鉆探目的是為了解墾東34東北低部位第三系含油氣情況，該井設(shè)計(jì)井深為2350m，完鉆原則為進(jìn)中生界無(wú)油氣顯示完鉆。7/27/202374四、套管鉆井實(shí)例2、工程概況

該井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為：Φ914.4鉆頭×85m+Φ850.0隔水導(dǎo)管×85m；Φ410.0鉆鞋×460m+Φ339.7表層套管×460m；Φ241.3鉆頭×2350m+Φ177.8油層套管×2347m。為縮短鉆井時(shí)間，降低鉆井成本，一開(kāi)由常規(guī)鉆井技術(shù)改為套管鉆井技術(shù)，這也是中石化第一口采用套管鉆進(jìn)的井，尤其使用自行設(shè)計(jì)制造的套管鉆頭，實(shí)現(xiàn)了套管鉆井國(guó)產(chǎn)化。7/27/2023753、施工工藝墾東341井一開(kāi)表層套管鉆進(jìn)的管串組合為：Φ410.0鉆鞋×1.07m+Φ339.7浮箍×0.64m+Φ339.7套管+配合接頭(用于套管與頂驅(qū)連接傳輸扭矩)。鉆鞋是套管鉆井技術(shù)的核心工具，為勝利石油管理局鉆井工藝研究院特制，可鉆式PDC鉆頭，本體為銅制，噴嘴水眼為Φ22×9；鉆井使用套管鋼級(jí)J55s，壁厚9.65mm，扣型為STC。四、套管鉆井實(shí)例7/27/202376四、套管鉆井實(shí)例1)準(zhǔn)備工作利用隔水導(dǎo)管候凝時(shí)間，把Φ339.7表層套管按照標(biāo)準(zhǔn)用套管液壓大鉗將絲扣上到要求的扭矩，連接成立柱立在鉆臺(tái)上，套管柱長(zhǎng)為28m，本井是特制了1根長(zhǎng)8m左右的短套管。將套管鉆鞋與浮箍在平臺(tái)甲板上接到套管上，要求前3根套管絲扣涂抹鎖固脂。7/27/202377四、套管鉆井實(shí)例1)準(zhǔn)備工作當(dāng)套管下到預(yù)計(jì)深度后，首先將配合接頭連接到頂驅(qū)上，然后上提游車(chē)、頂驅(qū)到二層臺(tái)，拉一柱套管，將頂驅(qū)上的配合接頭連接到套管上，上提頂驅(qū)，套管提起，打開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)上的套管吊卡、開(kāi)泵、轉(zhuǎn)動(dòng)頂驅(qū)進(jìn)行鉆井作業(yè)。7/27/202378四、套管鉆井實(shí)例

2)正常鉆進(jìn)

鉆井參數(shù)：鉆壓10～50KN，轉(zhuǎn)速30～50r／min，排量55～60L／s，泵壓2～3MPa，扭矩4.85～5.82KN·m；鉆井液為海水聚合物鉆井液。

鉆進(jìn)過(guò)程中：①司鉆送鉆要均勻，加壓要適當(dāng)，注意扭矩、泵壓、鉆時(shí)的變化，扭矩增大時(shí)應(yīng)上提，最大不應(yīng)超過(guò)套管上扣扭矩。若有蹩跳現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)調(diào)整參數(shù)，嚴(yán)格控制鉆壓和扭矩，防止頓溜鉆造成井下復(fù)雜事故。7/27/202379四、套管鉆井實(shí)例2)正常鉆進(jìn)②鉆進(jìn)時(shí)要用海水聚合物鉆進(jìn)，這樣有合適的粘度及切力，能夠提高攜巖性能力和懸浮能力，以便將巖屑帶出，有效的控制巖屑的下沉速度，保證充足的時(shí)間接立柱，本井采用0.5％PAM+K—PAM溶液處