淺談套管鉆井新技術(shù)

摘 "要：套管鉆井技術(shù)是近年美國和加拿大開發(fā)的一種新型鉆井技術(shù)， 因其具有降低鉆井成本等許多優(yōu)點， 已大量應(yīng)用于鉆井施工。文中對套管鉆井技術(shù)及其配套設(shè)備進行了介紹， 對套管鉆井系統(tǒng)的工作原理、鉆具結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)進行了闡述。

關(guān)鍵詞：套管;鉆井技術(shù);鉆具組合;鉆井系統(tǒng);

文章編號：1674-3520（2015）-11-00-01

一、套管鉆井工藝

套管鉆井工藝是用套管代替鉆柱， 通過套管向鉆頭傳遞水力和機械能的。它采用一種可回收式再進入鋼絲繩井下鉆具組合鉆進， 并且起下鉆具組合不需要起下套管。這種井下鉆具組合是由能穿過套管的領(lǐng)眼鉆頭和擴孔器組成的。鉆進時由領(lǐng)眼鉆頭先鉆出領(lǐng)眼， 再打開其后面的張合式擴孔器進行擴孔， 把領(lǐng)眼擴成與套管留有一定間隙的井眼。在鉆定向井時， 井下鉆具組合還包括螺桿鉆具和隨鉆測量儀等必備的定向鉆井設(shè)備， 并可同時下入隨鉆測井儀或取心工具。

套管鉆井與常規(guī)的轉(zhuǎn)盤鉆井的主要區(qū)別在于： 套管鉆井需要的是一種特制鉆機， 也可對常規(guī)鉆機進行改造， 使其適用于套管鉆井。套管鉆機必須使用頂驅(qū)來旋轉(zhuǎn)套管， 它還要有一個大型鋼絲繩裝置來起下鉆具組合。用套管鉆井系統(tǒng)鉆進時， 要求鉆頭能穿過套管， 同時又能鉆出尺寸比套管直徑大的井眼。套管鉆井所鉆出的井眼無法用常規(guī)的測井儀進行測井， 而是用套管內(nèi)測井儀進行隨鉆測井。用這種鉆井工藝其造斜率要比常規(guī)鉆井的造斜率高， 但注意易產(chǎn)生較高的狗腿度。

二、國外套管鉆井技術(shù)

國外套管鉆井技術(shù)的主要代表是以繩索回收技術(shù)為基礎(chǔ)的回收式套管鉆井技術(shù)（以加拿大TESCO公司為代表）和可鉆式單行程套管鉆井技術(shù)（以美國Weatherford 公司為代表）。

（一）TESCO 公司的套管鉆井系統(tǒng)

該公司生產(chǎn)的套管鉆井系統(tǒng)是用常規(guī)油田套管為鉆柱、邊鉆進邊下套管，套管井底鉆具組合傳遞水力和機械能量以及給鉆頭施加鉆壓。鉆具組合通過鋼絲繩起下，并懸掛在井底套管上的座底短節(jié)上，組合頂部裝有鎖緊總成（DLA），其作用是提供其與套管之間軸向和徑向的機械連接、水力密封及連接和脫離套管柱的機械裝置，組合的最下部是領(lǐng)眼鉆頭，也可以加裝其他常規(guī)鉆井工具（如井下擴眼器、動力馬達、取心或定向裝置）。

井下鎖定裝置是套管鉆井技術(shù)中最具特色的技術(shù)，其功能是：鉆進時將井下工具串鎖定在套管上，使之不能轉(zhuǎn)動和軸向竄動;起鉆時鎖定器解鎖，從套管內(nèi)可以將井下工具組合打撈至地面。國外井下鎖定裝置主要由鎖定活塞、承載鍵、承載殼體等3 個部件組成（ 圖1），鎖定活塞下行時，承載鍵被嵌入承載殼體內(nèi)，此時承載鍵可承受較大的鉆井扭矩和鉆壓;當通過打撈矛上提鎖定活塞時，承載鍵被擠出承載殼體，鎖定裝置解鎖，整個井下工具組合可提離井底。

TESCO 公司的一種井下回收工具使用頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)套管，接套管單根時先從套管架上吊起單根放入鼠洞，頂驅(qū)延伸至鼠洞處接好單根上端螺紋，然后提至井口與套管柱連接，最后以常規(guī)方式鉆完該單根。鉆井過程中主要采用旋轉(zhuǎn)鉆進方式，只是在使用馬達定向時以滑動方式鉆進。

多數(shù)情況下，井下擴眼器與領(lǐng)眼鉆頭配合使用，將井眼尺寸從領(lǐng)眼鉆頭直徑擴大到設(shè)計尺寸。領(lǐng)眼鉆頭的尺寸足以通過套管，而擴眼器擴開的井眼尺寸則是下套管的常規(guī)井眼尺寸。

（二）Weatherford 公司的套管鉆井系統(tǒng)

與TESCO公司相比，Weatherford 公司生產(chǎn)的套管鉆井系統(tǒng)的原理及設(shè)備基本相同，對套管鉆井技術(shù)的認識更為簡單、有效，在降低鉆井費用及處理鉆井問題等方面具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢。使用Weatherford 公司的系統(tǒng)進行套管鉆井時，通常不需要起出鉆具組合即可完成固井等作業(yè)，中途無需間斷施工。

為了有效地提高利用套管鉆井工具“迅速固井”的能力，Weatherford 公司一直致力于芯部可鉆式鉆鞋的研究開發(fā)，目前已經(jīng)擁有了第三代產(chǎn)品。雖然Weatherford 公司的套管鉆井技術(shù)發(fā)展迅速，在一次性淺井作業(yè)具有明顯的優(yōu)勢，但同一井眼內(nèi)鉆頭不能更換，一只鉆頭須打完全部進尺，不用在套管內(nèi)起下工具組合，因而限制了該項技術(shù)的使用范圍。

如果套管鉆井向深層次發(fā)展，必須要更換鉆頭，所以加拿大TESCO 公司的套管鉆井技術(shù)值得借鑒。

三、展望及前景

現(xiàn)場試驗表明， 在無事故井中進行套管鉆井可節(jié)省鉆井成本10%～ 15%。在鉆速較快的陸地井中估計可節(jié)約鉆井成本30%。對于鉆易坍塌地層， 如果套管鉆井被證明是一種更加經(jīng)濟有效的方法， 則有可能節(jié)省更多的鉆井費用。對已有的鉆井技術(shù)如定向鉆井、注水泥、測井、取心和試井等作業(yè)采用套管鉆井、固井來替代常規(guī)的鉆桿鉆井， 其速度比常規(guī)鉆桿鉆井快5～ 10 倍。

因此， 套管鉆井作為一項前沿技術(shù)已推動鉆井工業(yè)進入新世紀。這一降低鉆井成本的重大舉措， 對石油工業(yè)的發(fā)展具有重大影響。

目前國內(nèi)一些機構(gòu)正在開展套管鉆井技術(shù)的研究工作。大慶油田開展了表層套管鉆井技術(shù)的試驗研究，該技術(shù)為可鉆鉆頭式套管鉆井技術(shù)，實現(xiàn)了非頂驅(qū)鉆機的表層套管鉆井所需的設(shè)備改造，完成了所需儀器和工具的研制，并成功進行了4 口井的試驗，證明套管鉆井的平均機械鉆速高于常規(guī)鉆井，可以縮短鉆井周期。

中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院與吉林油田共同承擔了國家863 計劃項目的“先進鉆井技術(shù)與裝備”之“套管鉆井技術(shù)”專題，先后研究開發(fā)了簡易套管鉆井技術(shù)及專用配套工具、可更換鉆頭套管鉆井工具及工藝。這些技術(shù)對鉆機并沒有特殊要求，采用轉(zhuǎn)盤驅(qū)動，在吉林油田成功進行了現(xiàn)場試驗。

可以看到，國外的套管鉆井技術(shù)是依托頂驅(qū)來實現(xiàn)的，而目前國內(nèi)的套管鉆井都是基于轉(zhuǎn)盤驅(qū)動的簡易套管鉆井，在裝備和技術(shù)上還有一定差距。套管鉆井是一個龐大的系統(tǒng)工程。國內(nèi)的公司和科研機構(gòu)也可以嘗試進行聯(lián)合開發(fā)攻關(guān)，取長補短，在套管鉆井的核心裝備技術(shù)上實現(xiàn)突破。

四、結(jié)束語

套管鉆井技術(shù)作為一種全新的鉆井工藝技術(shù)，發(fā)展升級迅速，應(yīng)用范圍不斷擴大。我國目前的套管鉆井技術(shù)還停留在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動階段，而且也沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用，從裝備、技術(shù)水平和應(yīng)用等方面都與國外有較大的差距。下一階段應(yīng)該考慮開發(fā)基于頂驅(qū)的套管鉆井技術(shù)，并且擴大其應(yīng)用范圍，使得這項技術(shù)能夠為我國鉆井技術(shù)的水平提升做出貢獻。