套管鉆井測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院 徐曉春

西安方元能源工程有限責(zé)任公司 易必?zé)?/p>

長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院 徐明振

套管鉆井測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院 徐曉春

西安方元能源工程有限責(zé)任公司 易必?zé)?/p>

長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院 徐明振

一、理論概述

所謂套管鉆井技術(shù)，指的是用套管代替鉆桿進(jìn)行鉆井作業(yè)。換句話說(shuō)，就是舍棄鉆桿及鉆鋌，改用套管對(duì)鉆頭進(jìn)行扭矩和鉆壓，鉆進(jìn)與下套管同時(shí)進(jìn)行，完鉆之后將套管繼續(xù)留在井下作完井用。

套管鉆井方式有兩種，一種是套管旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，以地面驅(qū)動(dòng)裝置為動(dòng)力來(lái)源，以套管為途徑將扭矩傳向鉆頭，這就對(duì)套管及其螺紋連接強(qiáng)度提出了更高要求；另外一種需要借助井下動(dòng)力鉆具，在一定程度上改善了套管受力情況。

與其他鉆桿鉆井技術(shù)相比，套管鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，起下鉆時(shí)間更短，通常情況下是常規(guī)鉆桿起下鉆速度的數(shù)倍；第二，成本更低，不必在采購(gòu)、運(yùn)輸、維護(hù)鉆桿及鉆鋌方面花費(fèi)成本；第三，由于套管的存在，起下鉆桿時(shí)所導(dǎo)致的抽汲作用及壓力脈沖被消除，很好地改善了井控狀況；第四，可以有效促使鉆屑聚焦，避免出現(xiàn)井涌；第五，水力參數(shù)、環(huán)空上返速度以及井筒清洗等狀況得到改善。

二、國(guó)外套管鉆井技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

20世紀(jì)中葉，國(guó)外就曾提出以套管取代鉆桿開(kāi)展鉆井作業(yè)的設(shè)想，但是由于技術(shù)及裝備等方面因素的限制，未能付諸實(shí)踐。直至20世紀(jì)90年代，隨著材料及新技術(shù)的不斷發(fā)展，石油開(kāi)采技術(shù)也隨之發(fā)展，一系列新工藝、新工具及新裝備先后問(wèn)世，套管鉆井技術(shù)再次成為業(yè)內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)。

早在1885年，加拿大Tesco公司便展開(kāi)了套管鉆井技術(shù)的研究，其所提出的套管鉆井系統(tǒng)采用的是比較常見(jiàn)的油田生產(chǎn)套管，即上部鉆井鎖借助鉆具加以組合并實(shí)現(xiàn)鉆具及套管的連接及液壓密封。并且，將嵌入及去除裝置安裝于套管柱處。位于鉆井鎖之下的鉆具組合末端是導(dǎo)向鉆頭，部分情況下會(huì)有一些諸如泥漿、馬達(dá)或者擴(kuò)眼器等鉆柱組件。有效地控制鉆井時(shí)間和成本是該公司的基本出發(fā)點(diǎn)。Tesco公司還研發(fā)了全液壓套管鉆井車載鉆機(jī)。

美國(guó)Weatherford公司所提出的套管鉆井技術(shù)的基本原理及設(shè)備與加拿大Tesco公司的方案大致相當(dāng)，不同之處主要是Weatherford公司的方案更加側(cè)重表層施工，使用的是特制的PDC鉆頭，并以易鉆材料制作胎體，借助特殊裝置連接到套管上。該公司所提出的套管鉆井技術(shù)方案被泛美石油公司應(yīng)用于阿根廷龍丘油田，取得了滿意成效，不但大大減少了鉆井時(shí)間，而且采油效果得到很大程度的提升。

三、我國(guó)套管鉆井技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

2006年，套管鉆井技術(shù)獲得國(guó)家科技部的批準(zhǔn)立項(xiàng)，并被列入國(guó)家863計(jì)劃。該研究課題以吉林油田集團(tuán)公司為主要依托單位，另有4個(gè)單位加以輔助。吉林油田應(yīng)用勘探開(kāi)發(fā)研究院從開(kāi)發(fā)鉆井特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)建欠開(kāi)發(fā)井套管鉆井系統(tǒng)及其配套性的鉆井工具，該系統(tǒng)主要適用轉(zhuǎn)盤鉆井驅(qū)動(dòng)方式。在套管鉆井技術(shù)在套管驅(qū)動(dòng)頭、鉆頭連接器、專用承扭保護(hù)器、抗黏扣型螺紋密封脂等方面擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從而在當(dāng)前條件及裝備下，成功解決了陸上油田進(jìn)行套管鉆井面臨的難題。

2003年，大港油田開(kāi)始對(duì)套管技術(shù)展開(kāi)研究，在國(guó)內(nèi)首次提出陸上油田表層套管鉆井工藝，填補(bǔ)了我國(guó)在此領(lǐng)域的技術(shù)空白。不僅如此，該公司還在套管鉆井工具方面享有專利權(quán)，并且獨(dú)自研發(fā)出了套管鉆井專用的鉆鞋并投入工業(yè)性生產(chǎn)，使套管鉆鞋實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。老化穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)就是觀察隨著老化時(shí)間增加，黏度持續(xù)增大（研究時(shí)間范圍內(nèi)），聚合物在此老化溫度下具有的老化穩(wěn)定性。一般而言，聚合物分子鏈基本沒(méi)有熱降解，而分子間締合隨著老化時(shí)間的增加而不斷加強(qiáng)（在此溫度下和時(shí)間范圍內(nèi)）。在油層溫度和地層水礦化度都很惡劣的條件下，研究穩(wěn)定性問(wèn)題十分重要。充分利用締合聚合物的分子疏水基上的聚合作用，可以解決締合聚合物調(diào)剖體系的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。而穩(wěn)定最終可以促使交聯(lián)體系的脫水作用和脫水速度降低，從而實(shí)現(xiàn)提高疏水締合聚合物交聯(lián)體系的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。所以，地層條件下凝膠體系的穩(wěn)定性較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的締合聚合物具有能滿足工程施工的溶解速度、高效增黏、耐溫耐鹽以及良好老化穩(wěn)定性和抗剪切特性。同時(shí)也用實(shí)踐證明，高黏締合聚合物的可注入性、黏度在地下滲流過(guò)程中的有效性以及建立流動(dòng)阻力的能力是可以肯定的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，締合聚合物溶液在高溫高鹽工作環(huán)境下，無(wú)論是用在驅(qū)油還是調(diào)剖上都是有效的。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井成本的有效控制，充分開(kāi)發(fā)外圍未動(dòng)用儲(chǔ)量，大慶油田對(duì)表層套管鉆井技術(shù)進(jìn)行了深入研究，對(duì)非頂驅(qū)鉆井條件下表層套管鉆井設(shè)備進(jìn)行了完善性改造；此外，通過(guò)套管鉆井實(shí)踐，其自行研發(fā)的設(shè)備、儀器及相關(guān)工具都取得了圓滿成功。在機(jī)械鉆速的平均值方面，套管鉆井技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)鉆井技術(shù)，明顯縮短了鉆井周期。

這種鉆井技術(shù)對(duì)于找礦很有幫助。找礦應(yīng)遵循以下原則：一是選區(qū)必須有巖漿活動(dòng)；二是選區(qū)必須是在大斷裂構(gòu)造附近，并且在主要成礦帶上；三是選區(qū)必須在地質(zhì)、化探或物探異常內(nèi)。以上三個(gè)條件的耦合，才是工作的重點(diǎn)靶區(qū)。找礦的手法多樣，筆者依據(jù)多年的實(shí)踐，認(rèn)為可以復(fù)合使用多種手法，注重應(yīng)用新技術(shù)、新方法、新裝備。進(jìn)入新世紀(jì)后，從航空到航天，從地面到深部，從一維到多維，從單學(xué)科到多學(xué)科，建立了立體探測(cè)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了從定性描述到定量評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變，可以快速有效地圈定找礦靶區(qū)，對(duì)礦體作出準(zhǔn)確定位。高精度、高分辨率、大探測(cè)深度、抗干擾、多元素、多參數(shù)的勘查技術(shù)及其裝備的使用，不僅大大提高了找礦工作的效率，而且加大了直接探測(cè)的深度，加快了礦床發(fā)現(xiàn)的速度。

2004年，勝利油田應(yīng)用套管鉆井技術(shù)對(duì)懇東油田進(jìn)行了表層套管鉆井實(shí)踐。結(jié)果顯示，在鉆井速度方面，套管鉆進(jìn)技術(shù)比使用常規(guī)技術(shù)提升近1/2。此外，中石油公司套管鉆井技術(shù)實(shí)踐也充分證實(shí)了該技術(shù)的優(yōu)越性。

四、結(jié)論

國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)相比，套管鉆井技術(shù)的創(chuàng)新性更加突出，發(fā)展?jié)摿Ω?。不僅如此，隨著套管鉆井技術(shù)的逐步發(fā)展和完善，今后在有效控制深井整體成本以及促進(jìn)淺層油氣藏開(kāi)發(fā)效益等方面將會(huì)有更更加突出的表現(xiàn)。需要指出的是，要想使套管鉆井技術(shù)今后在鉆井領(lǐng)域的應(yīng)用被進(jìn)一步推廣，還需要對(duì)鉆頭泥包、套管彎曲以及完成鉆井后套管剩余強(qiáng)度的評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行更加深入的研究。