淺談套管鉆井技術(shù)

淺談套管鉆井技術(shù)

一、國(guó)外鉆探技術(shù)的主要工作原理目前，國(guó)外的鉆孔系統(tǒng)主要包括兩種系統(tǒng)：tess和wentor先后公司。1.鎖下鉆具組合的鉆井工藝Tesco套管鉆井系統(tǒng)以套管作為鉆桿同時(shí)進(jìn)行鉆井和下套管作業(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利用鋼絲繩可回收的下部鉆具。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(軸向和扭矩)和液壓密封。同時(shí)在套管柱處安裝了一個(gè)嵌入和取出的機(jī)械裝置。在鉆井鎖下部鉆具組合的最下部是導(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)、取心工具或?qū)蛳到y(tǒng)等。鉆井過(guò)程中,要在導(dǎo)向鉆頭上使用管下擴(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)的井主要為進(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。該套系統(tǒng)所用主要設(shè)備包括套管鉆井鉆機(jī)、井下工具串等。2.pdc鉆頭Weatherford套管鉆井系統(tǒng)與Tesco套管鉆井系統(tǒng)原理及設(shè)備基本相同,但Weatherford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(jìn)尺,而不在套管內(nèi)起下工具串。其所用PDC鉆頭為特制,胎體由易鉆材料制成,通過(guò)一個(gè)特殊裝置(丟手)與套管相接。套管內(nèi)可預(yù)先放置易鉆固井浮箍(簡(jiǎn)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(jìn)行固井作業(yè)。下次開(kāi)鉆時(shí)可將鉆頭體方便的鉆碎,由鉆井液攜帶到地面排除。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用了300多口井,均取得較好效果。二、固井管道設(shè)計(jì)吉林油田套管鉆井技術(shù)主要針對(duì)吉林油田淺開(kāi)發(fā)井鉆井,立足于吉林油田現(xiàn)有鉆井裝備配套,以采用常規(guī)鉆機(jī),通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)傳遞扭矩為前提,首先在套保油田>244井眼,>177.8套管的常規(guī)開(kāi)發(fā)井井身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)下,通過(guò)鉆井工藝技術(shù)試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)一只鉆頭打至完鉆的目的,避免起下鉆頭等復(fù)雜工藝過(guò)程;并充分考慮地質(zhì)部門(mén)允許不進(jìn)行裸眼測(cè)井和必須進(jìn)行主力油層的裸眼測(cè)井兩種情況,形成一套適合吉林油田淺開(kāi)發(fā)井的套管鉆井工藝技術(shù),并達(dá)到推廣應(yīng)用的條件。(1)該套管鉆井系統(tǒng)鉆井井深有一定限制,即必須保證一只鉆頭打到底的技術(shù)要求。因此,該系統(tǒng)主要適用于井深較淺的開(kāi)發(fā)井。(2)該系統(tǒng)無(wú)需采用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井方式,而是采用轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)鉆井方式。因此,該系統(tǒng)對(duì)鉆機(jī)無(wú)特殊要求,不會(huì)造成成本增加。(3)該系統(tǒng)采用了機(jī)械式套管夾持頭(或套管螺紋承扭保護(hù)器)連接在方鉆桿下,工作在導(dǎo)管內(nèi),無(wú)需改變?cè)@機(jī)的液壓系統(tǒng)。(4)該系統(tǒng)包括專門(mén)的鉆頭脫接裝置,可實(shí)現(xiàn)對(duì)油層段的裸眼測(cè)井。(5)該套管鉆井系統(tǒng)主要由套管夾持頭(套管螺紋承扭保護(hù)器)、特制接箍、鉆頭脫接裝置及固井短節(jié)組成。方鉆桿下通過(guò)螺紋連接著機(jī)械式套管夾持頭,套管夾持頭通過(guò)內(nèi)(外)卡瓦對(duì)套管柱進(jìn)行夾持,套管間通過(guò)特制的接箍進(jìn)行連接,套管柱下端通過(guò)特制的固井短節(jié)、鉆頭脫接裝置與鉆頭相連。鉆井時(shí),轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)方鉆桿旋轉(zhuǎn),方鉆桿帶動(dòng)夾持頭及整個(gè)鉆柱旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)正常鉆井。當(dāng)鉆井過(guò)程完成后,通過(guò)投球丟手方式,將鉆頭丟棄于井底。而后,根據(jù)需要上提鉆柱達(dá)一定高度,就可對(duì)主力目的層進(jìn)行裸眼測(cè)井。測(cè)井過(guò)程完成后,將鉆柱重新下入并實(shí)施固井工藝過(guò)程。如果不需要進(jìn)行裸眼測(cè)井,則采用套后測(cè)井的方法提高后續(xù)生產(chǎn)所需的必要的油藏?cái)?shù)據(jù)。研制了與套管鉆井相配套的工具:①內(nèi)卡式套管驅(qū)動(dòng)頭。在套管鉆井中,套管被用來(lái)傳遞扭矩。轉(zhuǎn)盤(pán)的扭矩如果直接由套管扣來(lái)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)置了套管驅(qū)動(dòng)頭。套管直接與套管驅(qū)動(dòng)頭連接,由內(nèi)部卡瓦加緊,鉆機(jī)的扭矩由方鉆桿傳到套管驅(qū)動(dòng)頭上,再由套管驅(qū)動(dòng)頭傳到套管上,最上一根套管的絲扣不參加扭矩的傳遞。套管驅(qū)動(dòng)頭有三個(gè)功能,一是起到起升作用,二是傳遞扭矩,三是密封,保證鉆井液的循環(huán)。②鉆頭脫接裝置。進(jìn)行套管鉆井時(shí),如地質(zhì)部門(mén)要求必須進(jìn)行主力油層的裸眼測(cè)井時(shí),在套管柱下方與鉆頭連接處加入鉆頭脫接裝置,完鉆后通過(guò)水力作用,將鉆頭體與套管柱脫開(kāi),鉆頭落入井底,從而可上提套管柱3~5根,暴露出主力油層,以滿足裸眼測(cè)井的需要。③固井自封式膠塞及膠塞座。通過(guò)采用特殊設(shè)計(jì)的固井膠塞及膠塞座,以實(shí)現(xiàn)注水泥后固井膠塞的碰壓及通過(guò)固井膠塞的自鎖實(shí)現(xiàn)敞壓候凝,提高固井質(zhì)量。④套管剛性扶正器。套管扶正器主要用來(lái)防止套管及套管接箍的磨損,同時(shí)還可以起到便于注水泥和輔助清除巖屑,減少套管彎曲的作用。套管扶正器是由扶正器和調(diào)整套組成,調(diào)整套是半開(kāi)口,外表為錐形,可以補(bǔ)償套管尺寸誤差。當(dāng)扶正器熱裝冷卻后,套管與扶正器緊緊地連在一起。套管扶正器可以很好地解決套管的磨損問(wèn)題,基本滿足了工程要求。⑤套管螺紋承扭技術(shù)。經(jīng)分析研究,在目前套管上使用螺紋承扭環(huán)提高螺紋承扭強(qiáng)度在技術(shù)上不成熟,經(jīng)與天津鋼管廠、寶山鋼鐵股份有限公司共同分析、研究采用改制接箍,除掉套管接箍中間的多余螺紋部分,套管對(duì)接時(shí)螺紋端面對(duì)頂,即可實(shí)現(xiàn)提高套管螺紋承扭強(qiáng)度,或者采用BGC梯型螺紋,滿足套管鉆井的施工要求。⑥套管鉆井專用承扭保護(hù)器。該承扭保護(hù)器主要為一接頭,上部與方鉆桿連接,下部接一雙公短套管,短套管與下部套管串連接,并可根據(jù)使用情況隨時(shí)更換短套管。(6)套后油水層識(shí)別的測(cè)井方法:①利用自然伽馬可以劃分儲(chǔ)層,但由于受套管影響,劃分儲(chǔ)層厚度相對(duì)粗一些。②利用補(bǔ)償中子可以判斷儲(chǔ)層孔隙度的變化。③利用C/O測(cè)井可以識(shí)別油、水層。④測(cè)井提供的儲(chǔ)層劃分、測(cè)井解釋參數(shù)(如孔隙度、飽和度等)只是半定量的,可用于成熟區(qū)塊的解釋分析,對(duì)于未探明地區(qū)計(jì)算儲(chǔ)量參數(shù)計(jì)算精度不夠。三、ue215.9pdc鉆頭通過(guò)技術(shù)研究與攻關(guān),2003年首先在套保油田進(jìn)行>244井眼,>177.8套管的套管鉆井工藝技術(shù)試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了一只>244.5P2鉆頭打至完鉆的目的。在此基礎(chǔ)上2004年10月29日~11月23日,在扶余采油廠扶北2-3井、扶北2-1井,進(jìn)行了ue52f215.9PDC鉆頭,>139.7BGC套管的套管鉆井工藝技術(shù)試驗(yàn),均實(shí)現(xiàn)了一只>215.9PDC鉆頭打至完鉆的目的;通過(guò)試驗(yàn),形成了適合于套保油田、扶余油田的兩種規(guī)格套管、套管鉆井工藝技術(shù)及工具配套。1.鉆進(jìn)參數(shù)及井底結(jié)構(gòu)鉆井主要設(shè)備:XJ-350型鉆機(jī);一臺(tái)F500型泥漿泵;一臺(tái)震動(dòng)篩及離心機(jī)。開(kāi)鉆所用鉆具組合為:>244.5P2鉆頭+套管鉆井、完井鉆頭連接器+>177.8TP55D套管+套管夾持頭+方鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)為:泵壓2.5MPa;鉆壓0.5kN;鉆井液密度1.15g/cm3,粘度80s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩1~2kN·m。井深55m時(shí)因夾持頭夾緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)而啟動(dòng)應(yīng)急試驗(yàn)方案。鉆具組合為:>244.5P2鉆頭+套管鉆井、完井鉆頭連接器+>177.8TP55D套管+套管螺紋承扭保護(hù)器+方鉆桿。井深225.84m因鉆頭泥包起鉆。現(xiàn)場(chǎng)決定采用鉆桿鉆井通過(guò)可能發(fā)生鉆頭泥包的層段,采用鉆桿劃眼并鉆進(jìn)至井深279.86m后,采用改進(jìn)后的套管夾持頭恢復(fù)套管鉆井,完成鉆井設(shè)計(jì)井深,完鉆井深320.40m。完鉆后采用低溫早強(qiáng)水泥漿固井,水泥漿返至地面,固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。2.震動(dòng)篩及離心設(shè)備鉆井主要設(shè)備:鉆機(jī):XJ-350型;鉆井泵:F500型一臺(tái);震動(dòng)篩及離心機(jī)各一臺(tái);扶北2-3井完鉆井深497m,扶北2-1井完鉆井深500m,兩口井經(jīng)完井聲幅測(cè)井檢測(cè),固井質(zhì)量均為優(yōu)質(zhì)。2.1鉆井液密度及操作要求鉆具組合為:>215.9PDC(BH442-3)鉆頭+鉆井完井連接器+>139.7BGC套管+套管螺紋承扭保護(hù)器+89mm方鉆桿。上部井段鉆進(jìn)參數(shù)為:泵壓1.5MPa;鉆壓0.5kN;鉆井液密度1.10g/cm3,粘度60s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩1~2kN·m,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)127r/min。完鉆鉆進(jìn)參數(shù)為:泵壓4.0MPa;鉆壓30~35kN;鉆井液密度1.22g/cm3,粘度60s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩45~50kN·m,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)127r/min。完井采用雙凝雙密度水泥漿體固井,水泥漿返至地面。2.2操作工藝在本井進(jìn)行了鉆頭脫接裝置及套管夾持頭的試驗(yàn)。鉆具組合為:>215.9PDC(P265)鉆頭+鉆頭脫接裝置+>139.7BGC套管+套管螺紋承扭保護(hù)器+89mm方鉆桿。鉆井參數(shù)為:泵壓1.5MPa;鉆壓0.5kN;鉆井液密度1.10g/cm3,粘度60s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩1~2kN·m,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)130r/min。當(dāng)鉆至井深329.82m時(shí),鉆進(jìn)參數(shù)為:泵壓5MPa;鉆壓40kN;鉆井液密度1.19g/cm3,粘度55s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩45~50kN·m,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)170r/min。井深329.82~338.94m,進(jìn)行了套管夾持頭的試驗(yàn),采用套管螺紋承扭保護(hù)器鉆進(jìn)至井深500m完鉆。完鉆鉆進(jìn)參數(shù)為:泵壓6.0MPa;鉆壓40~45kN;鉆井液密度1.23g/cm3,粘度60s,轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩45~50kN·m,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)170r/min。完鉆后投球蹩壓6.5MPa時(shí)鉆頭順利脫接。充分循環(huán)鉆井液后進(jìn)行固井施工,采用G級(jí)低失水水泥漿體系,固井水泥漿返至地面。四、在鉆井工具和鉆井技術(shù)方面的應(yīng)用(1)分析了套管鉆井工藝過(guò)程,研究了低摩阻鉆井體系、鉆頭及鉆井參數(shù)的優(yōu)選、提高固井質(zhì)量技術(shù)、套管扭矩監(jiān)測(cè)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,成功解決了淺開(kāi)發(fā)井全井套管鉆井工藝的一系列關(guān)鍵問(wèn)題。(2)建立了適應(yīng)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井驅(qū)動(dòng)方式的淺開(kāi)發(fā)井套管鉆井工具配套系統(tǒng),研究了套管夾持頭、鉆頭脫接裝置、固井自封式膠塞及膠塞座、套管剛性扶正器、套管螺紋承扭技術(shù)、套管螺紋承扭保護(hù)器等關(guān)鍵技術(shù)和工具,成