頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)及在長(zhǎng)寧H8平臺(tái)的應(yīng)用

徐新樂(lè) 涂增文 吳樂(lè)平 李金濤 安偉(中國(guó)石油渤海鉆探第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

0 引言

常規(guī)的下套管在下套管期間不能快速循環(huán)、旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)套管。在復(fù)雜的地層可能會(huì)發(fā)生垮塌、縮徑和巖屑沉積等，從而導(dǎo)致下套管失敗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于縮徑和卡鉆造成的非生產(chǎn)時(shí)間占整個(gè)下套管過(guò)程的49%。然而最有效的避免縮徑和卡鉆辦法是鉆井液保持循環(huán)。頂驅(qū)下套管技術(shù)[1]的引進(jìn)打破了傳統(tǒng)下套管施工中的各種難題，把頂驅(qū)鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到下套管施工中。下套管過(guò)程中，可以隨時(shí)循環(huán)或者一直保持循環(huán)，在不穩(wěn)定地層下套管可以保持循環(huán)，利于井眼的穩(wěn)定。頂驅(qū)下套管技術(shù)提高了自動(dòng)化程度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了下套管施工的安全性和效率。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外頂驅(qū)下套管裝置[2,4]研發(fā)較早，主要生產(chǎn)廠家Tesco、Canrig、Volant、Weatherford、Franks、Offshore Energy及Premiere等。其中Tesco公司的頂驅(qū)下套管裝置較經(jīng)典。目前，Tesco公司主要有內(nèi)卡式和外卡式兩類(lèi)頂驅(qū)下套管裝置。內(nèi)卡式頂驅(qū)下套管裝置夾持套管內(nèi)表面，外卡式頂驅(qū)下套管裝置夾持套管外表面。Tesco公司的頂驅(qū)下套管裝置產(chǎn)品共有350t外卡、500t內(nèi)卡及750t內(nèi)卡3種。截止2015年底Tesco公司已經(jīng)利用頂驅(qū)下套管技術(shù)完成了1152井次的套管鉆井作業(yè)施工[3]，其中定向井110口，水平井25口，海洋鉆井66口。國(guó)內(nèi)最近幾年才開(kāi)始對(duì)頂驅(qū)下套管裝置進(jìn)行研發(fā)，主要生產(chǎn)廠家有中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院北京石油機(jī)械廠。北京石油機(jī)械廠的頂驅(qū)下套管裝置的工作原理與 Tesco 公司的產(chǎn)品相似，都采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式，其主要產(chǎn)品有XTG178 和XTG244 兩種型號(hào)。國(guó)內(nèi)頂驅(qū)動(dòng)下套管技術(shù)在中石油，中石化、中海油都已經(jīng)有過(guò)應(yīng)用案例。總井?dāng)?shù)也已超過(guò)百口。

2 頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)工藝流程及注意事項(xiàng)

頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管作業(yè)其工藝流程簡(jiǎn)單，整個(gè)下套管過(guò)程和常規(guī)接鉆桿作業(yè)一樣，至要?jiǎng)幼靼ㄗト胃坠堋嵘龁胃坠堋路盘坠芤詫?duì)扣、上扣—松卡瓦—套管柱下放—坐卡瓦—灌注泥漿(必要時(shí))—上提大鉤以抓取下一根套管。下套管過(guò)程中，作業(yè)基本裝備和智能輔助設(shè)備交互配合使用，直至完成整個(gè)作業(yè)。

與常規(guī)下套管作業(yè)(利用液壓套管鉗)相比，利用頂驅(qū)下套管裝置進(jìn)行上扣時(shí)，下套管裝置的夾持機(jī)構(gòu)(內(nèi)卡或外卡)與套管的接觸面積更大，相應(yīng)單位面積的壓應(yīng)力就更小，進(jìn)而對(duì)套管的損傷降低，這對(duì)于提高套管壽命和油井壽命有重要意義。

注意事項(xiàng)：

(1)連接套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作業(yè)程序及注意事項(xiàng)

①工具及地面設(shè)備到達(dá)井場(chǎng)，協(xié)調(diào)安排工作間等地面設(shè)備的安裝。

②嚴(yán)格遵守作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)作業(yè)安全管理制度，進(jìn)行地面設(shè)備安裝前的安全作業(yè)分析，保證所有的作業(yè)安個(gè)有序進(jìn)行。

③從頂驅(qū)上卸掉吊卡、引導(dǎo)管。井架工盒上背鉗裝上防轉(zhuǎn)支架，如有必要卸掉安全接頭和接頭片瓦。

④用吊車(chē)或絞車(chē)將套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提至鉆臺(tái)。

⑤連接套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和頂驅(qū)，上扣。

⑥安裝防轉(zhuǎn)工作臂。

⑦測(cè)試工具各項(xiàng)功能，確保每個(gè)部件都正常工作，沒(méi)有泄漏、檢查壓力。

(2)下套管作業(yè)程序及注意事項(xiàng)

①設(shè)置頂驅(qū)的扭矩和轉(zhuǎn)速。

②下放單根吊卡，套在單根套管上，插好安個(gè)銷(xiāo)，上提套管。

③入扣，備鉗打在套管本體處。

④將套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)卡瓦插入套管，啟動(dòng)套竹驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)卡瓦卡住套管，頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)上扣。

⑤提起套管串，提開(kāi)卡瓦。下放套管串入井。

3 頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

頂驅(qū)下套管技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)隨時(shí)循環(huán)鉆井液，及時(shí)灌入泥漿。頂部驅(qū)動(dòng)裝置密封連接套管和頂驅(qū)。確保了隨時(shí)循環(huán)鉆井液，攜帶帶巖屑。鉆井液循環(huán)保證了井眼的清潔和尺寸，確保了下套管作業(yè)的安全順利進(jìn)行。鉆井液隨時(shí)循環(huán)對(duì)于深井、復(fù)雜井和大位移井的井眼穩(wěn)定至關(guān)重要。

(2)拓展了頂驅(qū)的應(yīng)用頂驅(qū)借助頂部驅(qū)動(dòng)裝可以實(shí)現(xiàn)套管旋轉(zhuǎn)固井和套管鉆井頂驅(qū)下套管技術(shù)縮短了處理事故的時(shí)間，減少了非生產(chǎn)時(shí)間。頂驅(qū)下套管工具可提升沒(méi)有節(jié)箍的套管，大大提高下套管的效率。頂驅(qū)下套管技術(shù)也具有扶正套管的功能，消除了扶臺(tái)的使用，提高了套管的安全性。

(3)微痕抓卡技術(shù)，減小套管損傷。頂驅(qū)下套管裝置上的卡瓦面積大，增大了卡瓦與套管的接觸面積受力面積更大，力更均勻套管的損傷更小，甚至可以忽略。與傳統(tǒng)的套管鉗比較，頂驅(qū)下套管裝置的使用減小了上扣過(guò)程中的損傷，提高了套管的化學(xué)抵抗力，延長(zhǎng)了套管的壽命。

4 長(zhǎng)寧H8平臺(tái)概況

長(zhǎng)寧地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣屬非常規(guī)頁(yè)巖氣藏。構(gòu)造位置位于四川盆地與云貴高原結(jié)合部，川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)與婁山褶皺帶之間，北受川東褶皺沖斷帶西延影響，南受婁山褶皺帶演化控制，其構(gòu)造特征集二者于一體的構(gòu)造復(fù)合體。目的層為龍馬溪組，巖性為灰色、黑色頁(yè)巖。

施工鉆井隊(duì)為渤海鉆探第五鉆井分公司50521鉆井隊(duì)，鉆機(jī)型號(hào)為50LDB,頂驅(qū)型號(hào)為DQ50BC，一開(kāi)二開(kāi)使用水基鉆井液，三開(kāi)使用油基鉆井液，完鉆鉆井液比重為2.13。

井身結(jié)構(gòu)概況：長(zhǎng)寧H8-1井完井井深5180m，水平段長(zhǎng)1700m，最大井斜98.25°；長(zhǎng)寧H8-2井完井井深5000m，水平段長(zhǎng)1500m，最大井斜97.87°；長(zhǎng)寧H8-3井完井井深4870m，水平段長(zhǎng)1500m，最大井斜98.08°。

長(zhǎng)寧H8平臺(tái)井為三維井型，造斜段增井斜的同時(shí)需要扭方位，狗腿度較大，三開(kāi)裸眼段地層為韓家店組，石牛欄組，龍馬溪組。地質(zhì)條件復(fù)雜，水平段軌跡均為上傾，井斜較大，并且龍馬溪組頁(yè)巖易垮。油層套管的下入作業(yè)存在極大的難度和井下安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

5.1 上扣要求

如圖1、2所示，上扣過(guò)程中，都需要計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控上扣扭矩并記錄，提供有上扣扭矩圖，保證每個(gè)套管接扣都能上到位。瓦姆套管上扣扭矩22.12KN.m，BGT2氣密封套管上扣扭矩25.5KN.m。

圖1 長(zhǎng)寧H8-1井瓦姆套管上扣扭矩圖

5.2 施工過(guò)程

5.2.1 下套管前通井情況

以長(zhǎng)寧H8-1井通井過(guò)程為例。2016年2月20日13:00組合三扶常規(guī)鉆具通井，為下套管做準(zhǔn)備。

圖2 長(zhǎng)寧H8-1井氣密封套管上扣扭矩圖

通井鉆具組合為φ215.9mm HJ517G大齒牙輪鉆頭(江鉆)+430/4A10雙母接頭+φ212mm扶正器+浮閥+φ165mm鉆鋌×1根+φ210mm扶正器+φ165mm 鉆鋌×2根+φ206mm扶正器+φ165mm鉆鋌×3根+4A11/410接頭+φ127mm加重鉆桿×5根+震擊器+φ127mm加重鉆桿×4根+411/NC520+φ127mm鉆桿。

下鉆至著陸點(diǎn)3480m后，反復(fù)刮拉造斜扭方位段(2812～3480m)技術(shù)劃眼。2月22日15:00技術(shù)劃眼到井底5180m。做兩次短起下至4000m，循環(huán)好泥漿起鉆?？傮w來(lái)講下套管前井況較好。

5.2.2 旋轉(zhuǎn)下套管使用情況

2月24日10:00-24:00使用常規(guī)下套管方法下至技套鞋處(2154m)。2月25日0:00-3:00安裝旋轉(zhuǎn)下套管設(shè)備，2月26日3:30在未旋轉(zhuǎn)套管，未開(kāi)泵的前提套管下至井深4370m，此時(shí)常規(guī)方法下入困難，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)套管開(kāi)泵下入。

旋轉(zhuǎn)下套管參數(shù)：頂驅(qū)轉(zhuǎn)速20～30r/min，排量單泵60沖排量13.5L/s(F1600型泥漿泵，缸套140mm)，立管壓力14MPa套管下入過(guò)程順利，懸重穩(wěn)定，無(wú)遇阻現(xiàn)象，套管下入速度4～5根/小時(shí)。

2月26日21:00接聯(lián)頂節(jié)聯(lián)入8.05m完成坐封。21:00—24:00循環(huán)泥漿。2月26日0:00—5:00拆除Tesco頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管裝置。接固井循環(huán)頭繼續(xù)循環(huán)泥漿，做固井準(zhǔn)備。

6 結(jié)語(yǔ)

頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)在長(zhǎng)寧H8平臺(tái)作業(yè)過(guò)程中，套管旋扣過(guò)程平穩(wěn)，上扣扭矩控制精確，作業(yè)過(guò)程安全高效，可以隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)套管，循環(huán)鉆井液，具有傳統(tǒng)下套管方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本平臺(tái)油層套管均一次性下到位，有效減少了在下套管作業(yè)中的事故復(fù)雜，應(yīng)用非常成功，得到了各方的一致認(rèn)可。建議復(fù)雜井、水平井下套管作業(yè)推廣應(yīng)用該技術(shù)。