跟套管鉆進(jìn)技術(shù)在石油鉆井中應(yīng)用的研究

余昭艷　趙詩(shī)

摘要：石油鉆井過(guò)程中，上提鉆柱時(shí)，由于鉆柱的活塞作用，造成井壁坍塌，鉆頭被埋的事故。此外，為了實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與下套管同步進(jìn)行，節(jié)省鉆進(jìn)成本，本文筆者通過(guò)分析，將傳統(tǒng)的鉆井工藝加以改進(jìn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的一些專家學(xué)者的研究成果，提出應(yīng)用于石油鉆井的跟套管鉆進(jìn)技術(shù)（Drilling Technology with Casing）。本文介紹了跟套管鉆進(jìn)在石油鉆井中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用跟套管鉆進(jìn)技術(shù)的思想對(duì)普通的鉆機(jī)、鉆桿等所作加以改進(jìn)，并分析了適合石油鉆井領(lǐng)域的鉆機(jī)。介紹了跟套管鉆進(jìn)相對(duì)于普通的鉆進(jìn)步驟上的不同之處。

關(guān)鍵詞：跟套管鉆進(jìn)設(shè)備工藝

中圖分類號(hào)：TE1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0094-01

跟套管鉆進(jìn)是在在鉆井過(guò)程中，邊用普通的鉆桿鉆井，邊下套管的一種鉆井工藝。目前，某些油田在鉆軟地層過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生井壁坍塌，給鉆井公司帶來(lái)巨大的財(cái)力物力損失。此外，為了實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與下套管同步進(jìn)行，節(jié)省鉆進(jìn)成本，跟套管鉆進(jìn)技術(shù)就是針對(duì)該問題提出來(lái)的，該技術(shù)能夠有效的解決上述問題。

1 問題的提出

目前，在國(guó)內(nèi)外，大量鉆井施工經(jīng)常穿過(guò)復(fù)雜的第四系地層，也經(jīng)常要對(duì)付穩(wěn)定性差的風(fēng)化破碎帶、裂隙溶洞和松軟地層。在這些條件下鉆探不同用途的井孔，都不可避免地面臨保護(hù)孔壁與防止漏失問題[1]。針對(duì)此類問題，跟套管鉆進(jìn)技術(shù)被提出。

跟套管鉆進(jìn)技術(shù)目前已發(fā)展成為對(duì)付復(fù)雜地層鉆進(jìn)的一種有效的方法，其應(yīng)用地層較多，如在復(fù)雜的第四系地層、含砂卵礫石層、河灘和人工填土以及種種不穩(wěn)定巖層鉆探或施工時(shí)采用跟套管鉆進(jìn)。其應(yīng)用的領(lǐng)域也日益寬廣，如地質(zhì)礦產(chǎn)勘探，工程地質(zhì)勘察，砂礦床鉆探；基礎(chǔ)樁、圍護(hù)樁施工，錨固孔、注漿孔和高壓旋噴施工。跟套管鉆進(jìn)在若干條件下已成為不可取代的鉆探與施工方法。綜上述可知，跟套管鉆進(jìn)技術(shù)的適用范圍廣，技術(shù)雄厚，同時(shí)在多個(gè)工程領(lǐng)域取得了十分成功的應(yīng)用，并起了關(guān)鍵的作用，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

然而，該技術(shù)在石油鉆井領(lǐng)域的使用幾乎處于空白，如果石油鉆井行業(yè)將此項(xiàng)技術(shù)和普通的鉆井工藝相結(jié)合，將會(huì)在松軟地層、易漏易垮地層等一系列的鉆井問題上得到突破。

2 設(shè)備工具及鉆井工藝

2.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

針對(duì)普通鉆井工藝中容易出現(xiàn)的井壁坍塌[2]，造成鉆頭被埋等一系列的生產(chǎn)事故，筆者在跟套管鉆進(jìn)技術(shù)的指導(dǎo)之下，分析出了和該技術(shù)相匹配的石油鉆機(jī)和鉆具。

（1）轉(zhuǎn)盤部分。

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤是由方補(bǔ)心將動(dòng)力傳遞給方鉆桿，再由方鉆桿將動(dòng)力傳遞給鉆桿、鉆頭等[3]。針對(duì)跟套管鉆進(jìn)是邊下套管邊鉆進(jìn)的特點(diǎn)，筆者將方補(bǔ)心換成了液壓夾緊裝置，這便于套管能夠放下，與此同時(shí)，司鉆房里相應(yīng)的控制設(shè)備也要作一部分的調(diào)整，便于控制液壓夾緊裝置。

（2）鉆鋌。

為了在鉆進(jìn)過(guò)程中套管能夠隨之一起下降，筆者把鉆鋌進(jìn)行了改進(jìn)。鉆鋌的下端安裝一個(gè)連接鍵，該連接鍵和鉆鋌用螺紋連接，連接鍵上設(shè)計(jì)一鎖緊裝置，目的是為了連接鍵可以在鉆鋌上任意位置固定，連接鍵的下端面安裝有滾珠，避免在鉆進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生連接鍵和套管連接位置之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，造成設(shè)備磨損過(guò)大，連接鍵上開有小孔。

（3）套管。

該設(shè)備的套管和普通的套管基本相同，只是在套管的下端的內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)平段，便于鉆鋌的連接鍵和套管相連。

（4）鉆頭。

為了在鉆井完成時(shí)，鉆頭能夠從套管中取出，筆者將普通鉆井工藝中的鉆頭換成了收縮鉆頭，其他基本不變。

2.2 設(shè)備的工作原理

跟套管鉆井主要的工作原理和普通的鉆井技術(shù)的原理基本上相同，只是做了簡(jiǎn)要地調(diào)整。當(dāng)動(dòng)力帶動(dòng)鉆柱鉆進(jìn)時(shí)，底部的連接鍵一方面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一方面垂直向下運(yùn)動(dòng)。滾珠的目的就是把連接鍵的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成垂直運(yùn)動(dòng)，同時(shí)不至于設(shè)備磨損過(guò)大，這樣就實(shí)現(xiàn)了同時(shí)鉆進(jìn)同時(shí)下套管的目的，為了便于鉆井液的循環(huán)，在連接鍵上開了一些孔道。隨著鉆進(jìn)的深入，套管隨之不斷的下降，當(dāng)鉆井完成時(shí)，鉆頭收縮，從套管內(nèi)面提出來(lái)。

2.3 跟套管鉆進(jìn)流程設(shè)計(jì)

跟套管鉆井技術(shù)在鉆進(jìn)過(guò)程中，和普通鉆井技術(shù)步驟基本相同，筆者主要敘述其相異的步驟。

（1）根據(jù)鉆頭的長(zhǎng)度，調(diào)整好連接鍵在鉆鋌上的位置，調(diào)整后將連接鍵固定。

（2）正常開鉆接到要接第一根單根時(shí)起鉆，接單根，然后下鉆。

（3）開鉆到要接第二根單根時(shí)，由司鉆控制，打開轉(zhuǎn)盤的液壓夾緊裝置，下第一根套管，套套管，再合上液壓夾緊裝置，然后接單根，依次類推。

（4）當(dāng)正常鉆進(jìn)完成時(shí)，將鉆頭收縮，當(dāng)上提鉆桿時(shí)，鉆頭就隨之從套管內(nèi)壁取出，整個(gè)鉆井就初步完成了，下步只要下水泥固井就實(shí)現(xiàn)完井了。

2.4 鉆跟管鉆具的特點(diǎn)

（1）該鉆具采用運(yùn)動(dòng)變換裝置，鉆進(jìn)時(shí)套管不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只作垂直于地層的縱向運(yùn)動(dòng)，減少了鉆具在鉆進(jìn)過(guò)程中的阻力。

（2）由于鉆屑從內(nèi)鉆桿與外套管間隙中噴出，減小了鉆井液對(duì)井壁的直接沖刷，增加了井的穩(wěn)定性。

（3）由于采用套管護(hù)壁，對(duì)于易塌井的不穩(wěn)定地層，防止了井壁塌陷，能夠有效地保證在起鉆過(guò)程中不至于發(fā)生井塌，造成卡鉆。

3 跟套管鉆進(jìn)技術(shù)與石油鉆井相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

“跟管鉆進(jìn)”較好解決了常規(guī)鉆孔方法容易造成的孔壁坍塌埋鉆、掉塊卡鉆、堵孔或難以成孔等難題。采用套管逐層護(hù)壁的方法，還可以有效防止常規(guī)工藝中由于地層因素而較一出現(xiàn)的井斜現(xiàn)象，同時(shí)減小了孔壁與單極套管之間的摩擦阻力，減少了套管事故。

由于跟管鉆具外套管采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，不隨內(nèi)管旋轉(zhuǎn)，既起到保護(hù)井壁作用，又不產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)阻力距。經(jīng)跟套管鉆進(jìn)技術(shù)在其他工程中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，“跟管鉆進(jìn)”鉆孔技術(shù)相對(duì)于常規(guī)鉆孔技術(shù)，鉆孔速度提高1～1.5倍。由于套管同步跟進(jìn)，減小了鉆井液直接對(duì)井壁的沖刷，施工過(guò)程中不必進(jìn)行固壁灌漿或添加其他護(hù)壁材料，避免了灌漿或護(hù)壁材料影響施工環(huán)境，使得成本降低約30%[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

跟套管鉆進(jìn)技術(shù)是一項(xiàng)迅速發(fā)展并且應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，如果該技術(shù)能夠很好的和石油鉆井行業(yè)相結(jié)合的話，將具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和很好的工程應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外跟套管技術(shù)在其他工程上成功的應(yīng)用表明，應(yīng)用跟套管鉆進(jìn)技術(shù)可以很好地解決井壁坍塌等造成的一系列問題，特別適用于一些軟地層，同時(shí)有效的提高鉆速，節(jié)省了大量的成本，對(duì)石油鉆井行業(yè)有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿瑞倫.跟套管鉆進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用[J].地質(zhì)裝備，2000（9）：11-15.

[2] 李昌順，董煥玉，姜積王，等.烏南9區(qū)塊井壁坍塌復(fù)雜成因和技術(shù)對(duì)策研討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（5）：81-83.

[3] 熊青山，樓一珊，夏宏南.石油工程專業(yè)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書—鉆井[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[4] 封榮健.跟管鉆進(jìn)技術(shù)在龍灘電站應(yīng)急支護(hù)工程的應(yīng)用[J].紅水河，2007，23（6）：103-104.