超深井下套管新技術(shù)探索

金紅生

（川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710016）

對于油氣并而言，深井是指完鉆井深為4500^-6000m的井，超深井是指完鉆井深為6000m以上的井。由于深井、超深井鉆遇地質(zhì)悄況復(fù)雜(諸如山前構(gòu)造、高陡構(gòu)造、難鉆地層、多壓力系統(tǒng)及不穩(wěn)定巖層等，有些地區(qū)也存在高溫、高壓效應(yīng))，建井周期長，工程費(fèi)用高，從而極大地阻礙了勘探開發(fā)的步伐，同時增加了勘探開發(fā)的直接成本。深井、超深井鉆井技術(shù)是保證勘探和開發(fā)深部油氣資源必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。

1 套管鉆井的概念

套管鉆井技術(shù)是指在鉆進(jìn)過程中，直接采用套管向井下傳遞機(jī)械能翻和水力能量，并下鉆具組合接在套管柱下面，邊鉆進(jìn)邊下套管，完鉆后做裸柱用的套管留在井內(nèi)做完井用。套管鉆井技術(shù)將鉆進(jìn)和下套管合并成一個作業(yè)過程，鉆頭和井下工具的起下在套管內(nèi)能進(jìn)行，不再需要常規(guī)的起下鉆作業(yè)。

2 套管鉆井的分類和適用范圍

2.1 套管鉆井的分類

2.1.1 Tesco套管鉆井系統(tǒng)

用生產(chǎn)套管作為鉆桿同時進(jìn)行鉆井和下套管作業(yè)。套管把水力能量和機(jī)械能量通過鉆井鎖傳給下部鉆具，鉆井鎖的作用是把鉆具與套管進(jìn)行機(jī)械連接和液壓密封，同時通過鋼絲繩和取出裝置可以將下部鉆具取出，進(jìn)行更換鉆頭和馬達(dá)。在大多數(shù)套管鉆井的實(shí)踐中，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，以便套管通過。

2.1.2 Weafherford套管鉆井系統(tǒng)

鉆頭直接接在套管上，鉆頭不可更換，要立足于1只鉆頭打完全部進(jìn)尺。所使用的PDC鉆頭為特制，胚體由易鉆材料制成，通過1個特殊裝置與套管相連。套管內(nèi)預(yù)先放置易鉆的固并浮箍，鉆至設(shè)計井深，利用特殊裝置將下部鉆頭脹裂落于井底，進(jìn)行固井。下次開鉆時可將鉆頭體方便的鉆碎。Weafherford套管鉆井系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，國內(nèi)外巳經(jīng)應(yīng)用300多口井，取得較好的效果。

2.2 套管鉆井的適用范圍

Tesco套管鉆井系統(tǒng)由于可以在套管內(nèi)更換鉆頭和井下馬達(dá)，因此，可以鉆較深的井。Weatheriwd套管鉆井系統(tǒng)，由于只能用1個鉆頭完成鉆井深度，所以，多側(cè)重表層和技術(shù)套管的施工。

3 套管鉆井施工作業(yè)程序

(1)接套管鉆并矛并與頂驅(qū)連接。(2)從大門坡道吊起帶鉆鞋的第一根套管，到鉆臺。(3)下放人轉(zhuǎn)盤，坐放套管卡瓦，上安全卡瓦，打開吊卡。(4)將第二根套管從滑道吊至大門坡道。(5)用套管扶正裝置夾住套管，用液壓大鉗上扣。(6)套管鉆井矛插入套管，必要時用套管扶正裝置扶正居中;右轉(zhuǎn)1/4圈使與套管密封連接。(7)提起管柱，取出卡瓦，打開卡盤前要確保套管矛與套管已經(jīng)連接可靠。(8)摘除安全卡瓦。(9)緩慢下放套管。(10)坐放套管卡瓦，上安全卡瓦。(11)下放套管矛處于懸空狀態(tài)，左轉(zhuǎn)1/4圈，提出套管矛。(12)重復(fù)(4)至(11)的步驟，下人第三根套管。(13)緩慢下放套管通過泥線標(biāo)記處。(14)在套管鞋距泥線之上0.5-0.7m處開泵，轉(zhuǎn)頂驅(qū)，通過套管矛旋轉(zhuǎn)套管。(15)開始套管鉆迸。緩慢埔加鉆壓和轉(zhuǎn)速，推薦的參數(shù)為:鉆壓2-6t，轉(zhuǎn)速20-60r/min，排量2.5-3.2m/min,(16)打完單根，根據(jù)需要倒劃眼或打入稠塞。(17)坐放套管卡瓦，上安全卡瓦，摘掉吊卡，停泵，確保立壓為零。(18)下放套管矛處于懸空狀態(tài)，左轉(zhuǎn)1I4圈，提出套管矛。(19)重復(fù)以上步驟，直至最后1根套管鉆達(dá)預(yù)計的套管鞋深度。(20)開泵循環(huán)，清洗并眼。(21)幻甩掉套管鉆井矛。(22)接套管頭鉆具。(23)接加長的套管鉆井矛。(24)通過井口，插人并密封連接加長的套管鉆井矛。在加長的套管鉆井矛之上是2根鉆桿和短套管，1個泵人短節(jié)和Weeo 1502連接，1個TIW閥和另一個短套管。(25)提起套管往，取出卡盤和C型盤。(26)下放管柱和套管頭通過轉(zhuǎn)盤。(27)鉆至設(shè)計并深。井口位于榨Gin隔水導(dǎo)管之上。(28)幻坐封井口套管頭，根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)管柱以保證翼閥居中。(29)泵人稠塞，循環(huán)一周。(30)通過套管鉆井矛固井。

4 超深井套管設(shè)計

4.1 超深井主要應(yīng)解決6個方面技術(shù)難點(diǎn)

井深結(jié)構(gòu)的局限性導(dǎo)致固井質(zhì)量難以滿足要求。技術(shù)套管磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致下部鉆進(jìn)困難。 套管柱設(shè)計難以完善，固井工具可靠性差。地下水質(zhì)變化大，導(dǎo)致水泥石的腐蝕嚴(yán)重。井下漏失和井涌問題等井壁穩(wěn)定問題突出。穿越高壓層和低壓鹽膏層、含硫地層。

4.2 套管設(shè)計

現(xiàn)在雖然有成熟的設(shè)計方法和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)但由于外在的計算條件難以確定，深井套管柱設(shè)計依然是一項(xiàng)困難的工作。經(jīng)常發(fā)生這樣的情況:按照規(guī)范設(shè)計很好的管串，在以后的生產(chǎn)過程中出現(xiàn)擠毀、破裂、變形、磨損等問題。例如：克參1井的地層壓力高達(dá)124MPa，完井選用 V150、P110 和 NKT140 梯形扣套管，試油時套管發(fā)生破裂。

因此，超深井的套管設(shè)計、應(yīng)適當(dāng)增加安全系數(shù)，并對各種生產(chǎn)條件全面衡量，經(jīng)過謹(jǐn)慎權(quán)衡后，確定最終的外載條件。

用于超深井固井的主要工具、附件有內(nèi)管注水泥工具、分級注水泥接篩、尾管懸掛器、浮箍、浮鞋、扶正器。

扶正器對于保證頂替效果、提高固井非常重要，它的重要作用有兩個：套管居中和造成局部紊流。按以下原則：套管鞋部位下入1~2個扶正器。油氣層段及上下50m內(nèi)，每根套管加1個扶正器。在大肚子井段，每根套管加一個扶正器。其他井段酌情下入扶正器。

5 深井鉆井液的要求

鉆井液應(yīng)具有抗高溫能力，主要是選用擾高沮的處理劑.如揭煤類的產(chǎn)品具有的耐穩(wěn)能力。最新研制的一種稀釋劑全為單體接枝褐煤和木質(zhì)素磺酸鹽。丙烯酸和2一丙烯酚胺-2一甲基丙烯磺酸是最常用來接枝到成本低的褐煤或木質(zhì)素的主桿中的原料。接枝技術(shù)可以提高稀釋劑的熱穩(wěn)定性和耐電解質(zhì)性。

具有較強(qiáng)的抑制能力，如無機(jī)鹽KCI、NaCl、Ca(OH):都有較好的抑制能力。有機(jī)高聚物類目前以帶有陽離子功能團(tuán)和易形成氫鍵的高聚物較以前的帶陰離子功能團(tuán)〔一COONa)的抑制能力強(qiáng)。再如MMH,聚乙二醇、甘汕以及AMPS/AAM和AMYS/AAM等商聚物都具有較好的防止粘土水化、分散和抗污染能力。

具有比較好的潤滑性，通過加人抗高溫的液體潤滑劑或固體潤滑劑，或加人汕類或酚類來降低摩限。

具有良好的流變性能，選用合適的配漿土，如海泡石或凹凸棒土或控制膨潤土的含量來避免鉆并液高溫增稠。通過加入MMH或生物聚合物等提高攜巖能力，加入解絮凝劑控制靜切力等。

對生物無傷害，滿足環(huán)保的要求。

6 固井工藝

深井、超深井的固井由于井深結(jié)構(gòu)的特殊性，上部套管尺寸較大，往往采用內(nèi)管住固井技術(shù)和雙膠塞固井，主要是最大限度避免水泥漿和鉆井液以及其他流體的混漿，保證套管鞋處水泥石的質(zhì)量;中間的技術(shù)套管常采用分級固井和尾管固井技術(shù)以及低密度水泥漿固井技術(shù)，以有效封固長裸眼井段固井完井套管多采用尾管回接固井或一次固井技術(shù)，有時也采用分級。

7 套管保護(hù)問題

套管鉆井完井后，套管柱直接留在井內(nèi)，因此對套管保護(hù)很重要。要使用套管絲扣膠。套管依靠絲扣密封，在套管鉆井過程中，要使用套管專用膠，保證絲扣部位密封可靠，聯(lián)接牢固。

[1]張發(fā)展.復(fù)雜鉆井工藝技術(shù)[J].2006.

[2]高德利.復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù)[J].2004.

[3]周金葵.鉆井工程.2007.