李秀芹 （康菲石油中國(guó)有限公司 天津300456）

套管鉆井技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)

李秀芹 （康菲石油中國(guó)有限公司 天津300456）

套管鉆井是一種相對(duì)較新的鉆井技術(shù)，它能在一個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中同時(shí)完成鉆井、下套管與固井作業(yè)。利用套管給鉆頭傳遞機(jī)械能和液壓能。這項(xiàng)技術(shù)是利用頂驅(qū)實(shí)現(xiàn)套管的旋轉(zhuǎn)，并且仍然利用常規(guī)鉆井中使用的鉆頭，隨鉆測(cè)井錄井等工具和一些套管鉆井專用的工具實(shí)現(xiàn)鉆井，并能使用電纜起下鉆具。介紹一些套管鉆井中使用到的設(shè)備和工具，以及它和常規(guī)鉆井相比較的優(yōu)點(diǎn)。

油氣井開(kāi)發(fā)工程 鉆井 套管鉆進(jìn) 應(yīng)用

0 引言

套管鉆井是利用常規(guī)的套管或尾管代替鉆桿作為鉆柱進(jìn)行的鉆進(jìn)過(guò)程，對(duì)鉆頭施加扭矩和鉆壓，實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)與鉆進(jìn)。整個(gè)鉆井過(guò)程不再使用鉆桿、鉆鋌等，可回收式的鉆具懸掛并連接在套管底部，鉆具是利用鋼絲繩或電纜投撈，在套管內(nèi)實(shí)現(xiàn)鉆具升降，即實(shí)現(xiàn)不提鉆更換鉆頭、鉆具。減少了起下鉆和井噴、卡鉆等意外事故的發(fā)生，提高了鉆井安全性，降低了鉆井成本。套管在鉆進(jìn)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)也是靠頂驅(qū)來(lái)驅(qū)動(dòng)。鉆井液從套管內(nèi)循環(huán)進(jìn)井筒，從套管和井眼的環(huán)空中循環(huán)出。

在套管鉆井中使用的套管和傳統(tǒng)鉆井中使用的套管基本上有相同的尺寸、磅級(jí)、鋼級(jí)。因?yàn)樵谔坠茔@井中使用的套管要能提供足夠大的抗扭強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度和循環(huán)通道，因此套管的連接可能會(huì)需要作相應(yīng)的改進(jìn)。通常8圈絲扣連接會(huì)換成偏梯形套管連接扣，并帶有扭矩環(huán)以增加抗扭能力。這些改進(jìn)在使用中都很成功。

1 套管鉆井中使用的工具設(shè)備

1.1 鉆具

可回收式的套管鉆井的鉆具組合通常由領(lǐng)眼鉆頭之上帶著擴(kuò)眼器組成，用以鉆出最終的井眼尺寸。領(lǐng)眼鉆頭的尺寸要能通過(guò)套管內(nèi)徑，擴(kuò)眼器把井眼尺寸擴(kuò)到能夠下套管的尺寸。比如說(shuō)，9-5/8”套管鉆井通常配套使用8-1/2”的領(lǐng)眼鉆頭和12-1/4”的擴(kuò)眼器。

除了鉆頭和擴(kuò)眼器以外的井下工具根據(jù)需要使用（見(jiàn)圖1）。比如對(duì)于垂直鉆井，鉆柱中需要配備穩(wěn)定設(shè)備；對(duì)于定向鉆井，鉆柱中需要配備定向馬達(dá)，隨鉆測(cè)量裝置，無(wú)磁鉆鋌等。

圖1 井下工具串

1.2 鉆具鎖定器

可回收式的套管鉆井的鉆具是通過(guò)一個(gè)叫鉆具鎖定器的特殊裝置和套管鎖定在一起的（見(jiàn)圖2）。鉆具鎖定器能夠在軸向上和圓周上實(shí)現(xiàn)和套管的鎖定及解鎖。鉆具鎖定器的通徑相對(duì)較大，減少了不必要的壓力損失，還能夠滿足在鎖定器以下進(jìn)行電纜作業(yè)的需要。

圖2 鉆具鎖定器

鉆具鎖定器的起下入工具是通過(guò)電纜下到位，用以解封鎖定器并把鉆具起出。這套電纜回收裝置能夠用在13-3/8”的套管及其以下尺寸。如果遇到不能順利起出鉆具的情況，電纜回收裝置也能夠從鎖定器上脫手，再用其他補(bǔ)救措施來(lái)實(shí)現(xiàn)取出鉆具的目的。

1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

1.3.1 套管驅(qū)動(dòng)頭 套管由頂驅(qū)以下的套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提起，這個(gè)裝置能夠承受所有的套管重量，并為鉆井作業(yè)和上下扣提供扭矩，還能夠和套管頂部在不需要連接的情況下實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

圖3中所示的套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)卡瓦裝置，它可以從內(nèi)部抓住大尺寸套管，也可以從外部抓住小尺寸套管；一個(gè)內(nèi)部打撈矛可以起到密封作用。套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠不用連接套管的頂部節(jié)箍就把套管連接到管串中，這樣可以加快下套管的時(shí)間并且減少一次上下扣的作業(yè)，同時(shí)減少對(duì)絲扣的損傷，套管上扣作業(yè)和鉆桿上扣作業(yè)基本相同，可以在鼠洞中也可以在轉(zhuǎn)盤面上完成。一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的單根吊環(huán)能夠從鼠洞中提升套管來(lái)上扣。

圖3 頂驅(qū)和套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1.3.2 防磨設(shè)備 當(dāng)套管鉆井結(jié)束時(shí)，套管必須能夠保持良好的性能，因?yàn)樘坠艹耸倾@具組合的一部分之外，也是用以完井和支撐井壁的套管。在以往的套管鉆井中，通過(guò)觀察多次起下的套管，發(fā)現(xiàn)套管的本體基本上沒(méi)有磨損，但是在套管節(jié)箍處會(huì)發(fā)現(xiàn)不同程度的磨損，通常在套管串的下部存在單面磨損。

套管節(jié)箍處的磨損通常是由于節(jié)箍處的角度不居中引起，這種不居中可能是因?yàn)樗拇螜C(jī)加工操作引起的誤差造成（兩端母扣，兩端公扣），或是套管本身就不直引起的。

圖4 安裝在節(jié)箍下的防磨帶

套管的磨損保護(hù)就比較經(jīng)濟(jì)，解決節(jié)箍磨損的問(wèn)題相對(duì)也比較容易。防磨帶安裝在套管節(jié)箍下。這些防磨帶能用配套的液壓設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝。防磨帶的底端還包括大概1英寸寬的碳化鎢合金硬質(zhì)材料，和在鉆桿上使用的防磨材料相同（見(jiàn)圖4）。

1.4 鉆機(jī)相應(yīng)改造

1.4.1 頂驅(qū) 頂驅(qū)要能安裝鋼絲繩防噴器和套管驅(qū)動(dòng)頭，通徑要比常規(guī)的大些，以便下入和回收裝置鋼絲繩的繩卡通過(guò)。

1.4.2 天車 鋼絲繩用來(lái)下入和收回井下鉆具串的分離式天車和游車，通過(guò)天車、游車，頂驅(qū)和套管驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)入套管內(nèi)，在進(jìn)行鋼絲繩作業(yè)的時(shí)候可以建立循環(huán)。

1.4.3 鋼絲繩絞車 鋼絲繩絞車用來(lái)下入和起出鉆具串，由司鉆操作。提升能力一般為14 t。

1.4.5 鋼絲繩防噴器 安裝在頂驅(qū)上，最基本用途是在鋼絲繩作業(yè)過(guò)程中控制井涌，在循環(huán)泥漿的同時(shí)允許鋼絲繩的下入和起出。

1.5 固井設(shè)備

1.5.1 扶正設(shè)備 套管鉆井在固井上有很多方面和常規(guī)固井作業(yè)有所區(qū)別。其中一點(diǎn)就是應(yīng)用套管附件來(lái)保持與井壁間的距離，形成循環(huán)通道，比如使用扶正器和防磨套等。在整個(gè)套管鉆井過(guò)程中，扶正器要能夠承受長(zhǎng)時(shí)間鉆進(jìn)中旋轉(zhuǎn)鉆具所產(chǎn)生的磨損，而且這些套管附件還要能夠保持與井壁間的距離。套管鉆井中，通常會(huì)使用敷硬合金層的套管扶正器，而常規(guī)鉆井中使用的套管扶正器不需要敷硬合金（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 套管鉆井敷硬合金層的套管扶正器

圖6 常規(guī)鉆井套管扶正器

1.5.2 浮動(dòng)設(shè)備 套管鉆進(jìn)作業(yè)中，浮動(dòng)設(shè)備也會(huì)和常規(guī)固井作業(yè)使用有所不同。當(dāng)鉆達(dá)目的層需要一個(gè)以上的鉆頭時(shí)，為了能起下鉆具，而不是起下整個(gè)套管串，套管鉆進(jìn)需要整個(gè)套管內(nèi)徑都能夠通過(guò)鉆具。在這種情況下，一旦到達(dá)套管下入深度，浮動(dòng)設(shè)備就會(huì)被安裝上。

浮動(dòng)設(shè)備要操作容易，并能夠方便被鉆穿?，F(xiàn)在行內(nèi)經(jīng)常會(huì)使用固井承托式封隔器，這種封隔器內(nèi)裝有提升閥，這個(gè)閥能夠起到和浮箍一樣單流閥的作用。只是這種提升閥經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，內(nèi)部過(guò)流面積會(huì)更大。這些浮動(dòng)設(shè)備可以由撈砂繩或是鋼絲繩下入，當(dāng)在套管內(nèi)下入這些浮動(dòng)設(shè)備時(shí)還是能夠以小排量循環(huán)。還有一種相對(duì)來(lái)說(shuō)新的安裝浮動(dòng)設(shè)備的方法是直接泵入，這種直接泵入的浮動(dòng)設(shè)備會(huì)提前安裝在一根套管內(nèi)。

套管鉆進(jìn)作業(yè)中使用的刮塞和常規(guī)固井作業(yè)中使用的是相同的，頂塞和底塞都會(huì)坐在浮動(dòng)設(shè)備上。

1.5.3 固井附加量 如果裸眼測(cè)井不是非測(cè)不可時(shí)，通常沒(méi)法提供井徑測(cè)井資料。這種情況下，套管鉆進(jìn)的固井附加量通常會(huì)參考相鄰區(qū)域內(nèi)常規(guī)鉆井方法鉆完井的井徑測(cè)井資料。之后的水泥膠結(jié)測(cè)井能夠確認(rèn)水泥返高，從而驗(yàn)證了固井附加量的大小。

2 套管鉆井的優(yōu)勢(shì)

2.1 縮短鉆井周期

由于用電纜起下更換鉆頭要比傳統(tǒng)的用鉆桿起下鉆大約快5～10倍，大大減少了鉆井周期。

2.2 減少了與起下鉆有關(guān)的問(wèn)題

由于套管鉆井的井眼始終有套管伴隨到井底，因此，套管鉆井即使在起下鉆具時(shí)還可以進(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、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。

2.3 改善井控狀況

套管鉆井消除了因起下鉆帶來(lái)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，較少了井涌的發(fā)生，從而改善了井控狀況。

2.4 保持起下鉆時(shí)鉆井液的連續(xù)循環(huán)

2.5 改善水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和井筒清洗狀況

因套管內(nèi)徑比鉆桿大，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)空空間返回時(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。

2.6 可以減少鉆機(jī)尺寸，簡(jiǎn)化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，降低鉆機(jī)費(fèi)用

2.7 節(jié)約費(fèi)用

節(jié)省與鉆桿和鉆鋌有關(guān)的采購(gòu)、運(yùn)輸檢驗(yàn)、維護(hù)及更換等過(guò)程中大量人力、物力與費(fèi)用。

2.8 保護(hù)產(chǎn)層

若在鉆穿產(chǎn)層井段使用，由于可直接進(jìn)行固井作業(yè)，大大減少了鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的浸泡時(shí)間，可降低鉆井作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的傷害，有效地保護(hù)油氣層。

3 結(jié)論

套管鉆井因?yàn)楣?jié)約費(fèi)用，解決了鉆井作業(yè)中的難題，越來(lái)越被大多數(shù)油公司所接受。套管鉆井不同于常規(guī)鉆井，當(dāng)設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)那闆r下，是一種非常值得推薦并值得信任的鉆井方法。隨著套管鉆井技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及，經(jīng)驗(yàn)的積累和設(shè)備的完善能夠讓這項(xiàng)技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，也會(huì)更大范圍的影響鉆井作業(yè)?！?/p>

2012-05-06