套管鉆井技術(shù)介紹

套管鉆井技術(shù)是一種十分新穎并富有創(chuàng)造性的新技術(shù)，具有鉆井與完井一體化的技術(shù)特征，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。2023/9/22定義：以套管柱取代鉆桿柱實(shí)施鉆井作業(yè)，使鉆進(jìn)中的井眼始終有套管伴隨到井底?；靖拍睿涸阢@進(jìn)時(shí)用套管柱替代傳統(tǒng)的鉆柱向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量，邊鉆進(jìn)邊下套管，鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深后留在井內(nèi)作完井（或某層）管柱，隨即注水泥固井、完井。將鉆柱與套管柱合一，將鉆進(jìn)與下套管作業(yè)合并。它簡(jiǎn)化了井身結(jié)構(gòu)（monotube)、減少了起下鉆、下套管作業(yè)，可及時(shí)調(diào)正不確定性問(wèn)題并封隔復(fù)雜層段（漏、塌等）有效降低了不確定性地層和復(fù)雜地層井下復(fù)雜情況和事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率，縮短建井周期，降低成本。概述應(yīng)用范圍：表層套管海上隔水導(dǎo)管隔水導(dǎo)管與表套“二合一”技術(shù)套管油層套管——暫限常規(guī)油藏，應(yīng)考慮完井及采油作業(yè)可行性而慎用直井（定向井）（水平井）軟—中硬地層2023/9/23概述套管鉆井技術(shù)分類(lèi)普通套管鉆井技術(shù)對(duì)鉆機(jī)和鉆具做少許改造的基礎(chǔ)上，用套管作為鉆柱，接上方鉆桿和鉆頭進(jìn)行鉆井。全程套管鉆井技術(shù)使用特制的套管鉆機(jī)，特制的鉆具和特制的鉆頭，利用套管作為水力通道，采用繩式鉆井馬達(dá)進(jìn)行鉆井作業(yè)的一種鉆井工藝。階段套管鉆井技術(shù)在鉆井過(guò)程中，在鉆柱的端部連接一段套管和一種特制的鉆具，打完這一段后把鉆頭起出，而把套管留在井下并對(duì)這一段套管進(jìn)行固井，用以封隔破碎帶和水層。2023/9/24TESCO套管鉆井實(shí)踐已施工數(shù)百口井總進(jìn)尺二百多萬(wàn)英尺（60多萬(wàn)米）最深井深超過(guò)13000英尺（約4000米）套管直徑范圍為41/2″—133/8″最大井斜90°成功獲取井下工具串的最大深度9400英尺（2800米）所鉆地層為：軟—中硬地層2023/9/25ConocoPhillips公司套管鉆井2023/9/26ConocoPhillips公司有幾口井用螺桿鉆具及導(dǎo)向馬達(dá)進(jìn)行套管鉆井，最近2口井又發(fā)展到用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具結(jié)合套管鉆井（CombininganRsswithCasing—while—Drilling）鉆垂直井和定向斜井（2139m），并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)導(dǎo)向鉆井。（JPT，Nov，2005）

我國(guó)套管鉆井技術(shù)現(xiàn)狀2002年1月，中國(guó)海洋石油與威德福合作在渤海和南海東部成功應(yīng)用了套管鉆井技術(shù)(見(jiàn)實(shí)例）。2003年11月中石油吉林石油責(zé)任有限公司開(kāi)展了陸上表層套管鉆井先導(dǎo)性試驗(yàn)工作，并取得了成功，所用套管為7″×6.91mm的J55套管，施工井深300mm。2004年6月大慶油田開(kāi)展了表層套管鉆井試驗(yàn)工作，所用套管為133/8″×9.65mm的J55套管，施工井深300mm。2004年10－11月，中石油吉林石油責(zé)任有限公司開(kāi)展了兩口油層套管鉆井試驗(yàn)，并取得了成功。所有的套管為51／2″×7.72mm的P110套管,完井井深分別為497米、500米。勝利灘海油田已制定方案準(zhǔn)備應(yīng)用更多的油田準(zhǔn)備用2023/9/27[實(shí)例]中海油渤4平臺(tái)無(wú)隔水導(dǎo)管法下表層套管管柱結(jié)構(gòu)：

431.8mm鉆鞋+339.7mm回壓凡爾+339.7mm套管+339.7mm回壓凡爾+339.7mm套管×500mm+298.5mm套管錨鉆進(jìn)井段59.43—567.3m指標(biāo)效益：

——鉆進(jìn)時(shí)間15.5h（縮短0.5d±）

——平均機(jī)械鉆速32.77m/h——最大扭矩4.5KN·m——平臺(tái)作業(yè)時(shí)間減少2d，平臺(tái)相關(guān)費(fèi)用少10萬(wàn)元±

（平臺(tái)日費(fèi)20萬(wàn)元）

——單井平臺(tái)作業(yè)費(fèi)節(jié)約50+萬(wàn)元

——省去隔水導(dǎo)管節(jié)約10萬(wàn)元

——鉆井液用量少，維護(hù)費(fèi)小，可節(jié)約5+萬(wàn)元

——間接經(jīng)濟(jì)效益很明顯8套管鉆井優(yōu)勢(shì)整個(gè)鉆井過(guò)程不再使用鉆桿和鉆鋌，從而可節(jié)省與鉆桿和鉆鋌采購(gòu)、檢驗(yàn)、存放、運(yùn)輸、修復(fù)等過(guò)程有關(guān)的大量人力物力與費(fèi)用。減少了起下鉆時(shí)間。在鉆井過(guò)程中不再有傳統(tǒng)的起下鉆過(guò)程，大大節(jié)約了鉆井時(shí)間和費(fèi)用。套管鉆進(jìn)完成后即等同于下套管作業(yè)完成，節(jié)省完井時(shí)間和費(fèi)用；減少了鉆井事故和復(fù)雜情況的發(fā)生。由于套管鉆井的井眼自始至終由套管完成，因而大大減少了常見(jiàn)的井壁坍塌、沖刷井壁、井眼內(nèi)形成鍵槽或臺(tái)階以及卡鉆等問(wèn)題。2023/9/29套管鉆井優(yōu)勢(shì)因?yàn)榫矁?nèi)始終有套管，起下鉆時(shí)不會(huì)造成井筒內(nèi)抽吸作用，使井控狀況得到改善。起下鉆時(shí)能保持鉆井液連續(xù)循環(huán)，可防止鉆屑聚集，減少了卡鉆事故的發(fā)生。套管內(nèi)徑大，與井壁形成的環(huán)空小，改善了水力參數(shù)，環(huán)空上返速度和清洗井筒的狀況。可以減小鉆機(jī)尺寸，筒化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，降低鉆機(jī)費(fèi)用。鉆機(jī)更加輕便，易于搬遷和操作。人工勞動(dòng)量及費(fèi)用都將減少。據(jù)加拿大Tesco公司估計(jì)，打1口井深為3048m的井，和傳統(tǒng)鉆進(jìn)方式相比，預(yù)計(jì)可節(jié)約工程費(fèi)用達(dá)30％以上。2023/9/2102023/9/211一趟鉆——使用不回收可鉆式的一次鉆頭及工具。多趟鉆——用于井段較長(zhǎng)，趟鉆不能鉆達(dá)所要求井深者。使用分體式、繩掌式，可回收內(nèi)核的可伸縮變徑的鉆頭及工具。鉆進(jìn)方式根據(jù)地質(zhì)條件、井身結(jié)構(gòu)等選用鉆進(jìn)方式2023/9/212（1）鉆頭

用鋼絲繩通過(guò)套管取出或下入，井下就位后與套管相對(duì)固定；

為擴(kuò)孔器式鉆頭，擴(kuò)孔器通過(guò)套管后驅(qū)動(dòng)伸出；應(yīng)能通過(guò)管內(nèi)繩纜操作機(jī)構(gòu)配合機(jī)械或液動(dòng)式工具將擴(kuò)孔器回位；回位失靈時(shí)可通過(guò)套銑鞋銑掉，銑鞋可預(yù)先連接在套管底部；鉆頭壽命與可靠性是套管鉆井技術(shù)的關(guān)鍵。技術(shù)問(wèn)題及特征2023/9/213（2）鉆機(jī)

須配備電動(dòng)的或液、氣動(dòng)的絞車(chē)系統(tǒng)，并配置能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的足夠長(zhǎng)的鋼絲繩和電纜線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)；

天車(chē)和絞車(chē)系統(tǒng)都應(yīng)是分體式配置，以保證鋼絲繩處在套管的中心位置；

在頂驅(qū)裝置的上部配有鋼絲繩防噴器和密封裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩的密封；

地面工具需齊全配套，以滿(mǎn)足套管鉆井各項(xiàng)作業(yè)的需要。

技術(shù)問(wèn)題及特征2023/9/214（3）鉆井方式a.地面驅(qū)動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

要求套管有足夠抗扭強(qiáng)度，螺紋與接箍都應(yīng)是增強(qiáng)型，使其在承受軸向載荷、彎矩和周向應(yīng)力下具有足夠的傳遞鈕矩能力和密封性能。通過(guò)套管施加鉆壓，超過(guò)抗彎強(qiáng)度時(shí)，套管彎曲，導(dǎo)致井下復(fù)雜情況；可采用套管內(nèi)穿接鉆鋌的方法，鉆鋌與鉆頭形成井下鉆具組合，掛于套管串的底部，鉆進(jìn)時(shí)套管承受井下鉆具的拉應(yīng)力作用；套管內(nèi)壁與管內(nèi)鉆具組合之間可裝浮動(dòng)套，通過(guò)調(diào)節(jié)浮動(dòng)套的偏心距或與鉆頭的間距可調(diào)控井斜。b.井下動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)

鉆進(jìn)反鈕矩可以由井下鉆具組合及其與套管內(nèi)壁的貼附作用共同承擔(dān)，使套管受力狀況有所改善。井底動(dòng)力鉆具配高效鉆頭(PDC)以提高機(jī)械鉆速也適合于套管鉆井。技術(shù)問(wèn)題及特征2023/9/215（4）取心采用繩索取心方式，以提高取心時(shí)效。（5）泥漿循環(huán)包括泥漿泵、管匯、套管及與井口套管相連的過(guò)鋼絲繩密封總成。管內(nèi)壓耗大幅度降低，環(huán)空壓耗有所增加。相同排量下，套管鉆井的無(wú)用功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)鉆井的，可以適當(dāng)降低鉆井泵的配備功率。套管鉆井環(huán)空上返速度要比常規(guī)鉆井高1倍多，可改善攜巖效果。技術(shù)問(wèn)題及特征地面驅(qū)動(dòng)法轉(zhuǎn)盤(pán)、頂驅(qū)、雙驅(qū)井下驅(qū)動(dòng)法井下動(dòng)力鉆具（螺桿）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具（RSS）多驅(qū)（轉(zhuǎn)盤(pán)+頂驅(qū)+RSS，試用螺桿）2023/9/216驅(qū)動(dòng)方法表層套管作業(yè)介紹表層與隔水管合二為一，采用套管鉆進(jìn)技術(shù)2023/9/217鉆具組合為：套管鉆鞋(BTC扣)+套管+浮箍+套管+浮箍+套管表層套管作業(yè)介紹2023/9/2182、套管鉆鞋特點(diǎn)：（1）薄的碳化鎢切削齒。（2）優(yōu)化的噴嘴布置。（3）鑲嵌碳化鎢塊保徑。（4）PDC鉆頭或牙輪鉆頭可鉆式。（5）規(guī)格：7”casingx8-1/2”9-5/8”casingx12”或10-5/8”13-3/8”casingx17”20”casingx24”3、地面連接裝置2023/9/219配合接頭，用一短鉆桿接頂驅(qū)左旋釋放撈矛并帶雙向卡瓦雙公接頭撈矛密封扶正器底部導(dǎo)向頭基本操作程序：(1)按常規(guī)組合套管鉆鞋、將套管柱下至泥面附近，并坐在轉(zhuǎn)盤(pán)面上。(2)組合左圖工具，并用一短鉆桿與頂驅(qū)按正常扭矩連接，上提至二層臺(tái)以上。(3)用單根吊卡提起下一根套管，對(duì)扣，按正常扭矩上扣。(4)下放頂驅(qū)，架工將撈矛組合下入套管內(nèi)（撈矛上有止動(dòng)環(huán)），確認(rèn)止動(dòng)環(huán)坐在套管接箍上。(5)正轉(zhuǎn)撈矛約1/4圈，上緊撈矛。(6)提起套管，提出套管卡瓦。表層套管作業(yè)介紹2023/9/220基本操作程序：（7）等平潮。（8）打通循環(huán)，逐漸提高排量和轉(zhuǎn)速，開(kāi)始鉆進(jìn)，前幾根需特別注意。對(duì)于13-3/8“套管，最高排量約3300l/min，轉(zhuǎn)速50-80RPM，鉆壓1-5T。如有必要，進(jìn)行倒劃眼。（9）一單根打完，坐卡瓦，下放頂驅(qū)，確認(rèn)止動(dòng)環(huán)坐在套管接箍上，倒轉(zhuǎn)(左轉(zhuǎn))約1/4圈，釋放撈矛。（10）提出撈矛，重復(fù)以下步驟：接套管單根，接撈矛，鉆進(jìn)。（11）鉆至表層完鉆井深，循環(huán)清潔井眼。（12）卸開(kāi)撈矛，接旋轉(zhuǎn)水泥頭，固井，固井期間旋轉(zhuǎn)套管。（13）套管坐底，在井口平臺(tái)固定套管，割套管，裝井口。表層套管作業(yè)介紹2023/9/2214、表層作業(yè)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）表層套管鉆進(jìn)至預(yù)定深度

否則：起套管，下鉆頭鉆進(jìn)，再下套管。（2）套管柱不能多加扶正器，固井質(zhì)量的保證措施

解決方案：固井時(shí)旋轉(zhuǎn)套管，使用適量加剛性扶正器。（3）表層套管穩(wěn)性

解決方案：改造井口裝置，采用BOP懸吊系統(tǒng)，避免表層套管承壓而失穩(wěn)。2023/9/2225、表層套管鉆進(jìn)優(yōu)勢(shì)：（1）節(jié)省隔水導(dǎo)管作業(yè)時(shí)間。（2）如果采用鉆頭鉆進(jìn)，需兩次等平潮時(shí)間：

a）、開(kāi)孔前等待；b）、下套管前等待。（3）節(jié)省棄井時(shí)間。（4）節(jié)省上下料的時(shí)間2023/9/2236、表層套管鉆進(jìn)的特點(diǎn)：（1）套管與井壁間隙小，可能造成扭矩大，或卡鉆。（2）套管內(nèi)容積(78l/m)大于環(huán)空容積(56l/m)，打泥漿塞時(shí)需特別注意計(jì)算。（3）套管鉆鞋抗磨損能力較鉆頭差，存在鉆進(jìn)中途鉆鞋先期失效的可能。（4）機(jī)械鉆速較低，泥巖段可能低于10m/hr。（5）鉆進(jìn)時(shí)排量可適當(dāng)降低，如果鉆速較慢，有泥包顯示，則排量適當(dāng)提高。2023/9/2247、應(yīng)急措施：（1）表層套管鉆鞋先期失效解決方案：起套管，下鉆頭鉆進(jìn)，再下套管。（2）表層套管固井時(shí)單流閥失效

解決方案：蹩壓候凝。（3）技術(shù)套管下到預(yù)定位置，無(wú)法坐井口密封

解決方案：提起B(yǎng)OP組，按套管頭應(yīng)急操作程序進(jìn)行。=防回流措施+

（1）套管鉆井套管柱屈曲和彎曲行為研究（2）套管鉆井套管柱摩阻和扭矩計(jì)算（