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再谈套管钻井技术及其装备黄志潜(中国石油物资装备(集团)总公司)常规旋转钻井因使用钻杆带来的缺点1.更换钻头或井下钻具组合时,因起下钻减少的有效生产时间可能高达30%2.因井眼内地层膨胀和井壁坍塌等原因,常常无法起下钻而不得不停钻进行处理3.为了加速起下钻过程,多采用立根钻井,为此只好把钻机井架加高,以适应这种低效的钻井工艺的需要4.为了提升井下长达数千米的钻杆,钻机需要配备巨大的起升功率和相应的装备5.在起下钻、 钻进和钻机搬家过程中,操作钻杆的劳动强度极大6.大部分钻机安全事故都和钻杆和钻铤的操作有关7.起下钻过程中,常发生卡钻或需要额外进行扩眼、 打捞落物的情况8.钻杆的采购、 运输、 检验、 维护和更换,需要大量资金 套管钻井工艺 套管钻井使用标准的油田用套管,并使钻井和下套管作业同时进行 井底钻具组合装在套管柱的下端,可用钢丝绳通过套管内部迅速取出 在取出过程中可保持泥浆连续循环 整个钻进过程中,一直保持套管直通到井底,从而提高了井壁的稳定性,改善井控状况 套管只是单方向钻入地层,不再起出除出打完井后确认是干井,可能要求起出最后一段 套管柱 套管钻井可沿用许多已有的钻井技术,如定向钻井、 注水泥、 测井、 取芯和试井等作业。

应 用这些技术时和原来的主要区别是不再依靠钻杆传输,而是靠钢丝绳传送 套管钻井使用标准的油田套管进行唯一不同的是,套管螺纹需要改进,以便提供钻井所 需要的扭矩Tesco公司打第一口试验井时选用的螺纹是Hydril 511高质量螺纹(Hydril 511Prem ium Thread),接箍则选用改进型加强接箍(M odified Buttress Coupling) 套管钻井使用的钻机为了进行套管钻井,可以建造专门的套管钻机,也可以改装现有钻机只要对现有钻机进 行以下4个方面的改造,便可进行套管钻井1.加装一个钢丝绳绞车,用于起下和操作井底钻具组合为此钢丝绳内应植入一根电缆, 用来操作井下工具2.为了使钢丝绳能够处在套管的中心位置,需要将天车和游车都改成分体式,左右分置3.在顶部驱动装置上部,加装一个钢丝绳防喷器和密封装置,对钢丝绳进行密封4.取消钻机的二层平台和立根排放区,原来用于操作钻杆的工具均应改成相应的操作套 管的工具06国 外 石 油 机 械第10卷 第1期Tesco公司发展了一种专用的套管钻机,具有以下特点:1.分体式的天车和绞车2.全部动力设备采用液压驱动,有一套液压系统提供动力分配。

3.用一套现代化的可编程序控制(PLC)系统对钻机进行控制和数据采集4.钻机系统采用模块化设计,模块的结构尺寸适合2144m×2144m×611m(8 ft×8 ft×20 ft)海运集装箱的要求,以提高钻机向海外运送的速度5.开发出一套用钢丝绳起下的井底钻具组合,其中包括一个钻头和一个扩眼器 当钻具组 合锁定在套管端部的接头上时,钻头和扩眼器便伸出到套管端部之外,其相对于套管的 园周方向和轴线方向的位置固定不变 套管钻井的优点1.减少起下钻的时间用钢丝绳起下钻要比传统的用钻杆起下钻大约快5～10倍2.减少意外事件的发生 由于套管钻井的井眼自始至终有套管伴随到井底,大大减少了常 见的地层膨胀井壁坍塌、 冲刷井壁、 井筒内形成键槽(Keyseats)或台阶(L edges)等意 外事件3.节省与钻杆和钻铤有关的采购、 运输、 检验、 维护和更换的费用4.因为井筒内始终有套管,也不再有起下钻杆时向井筒内的抽汲作用,使井控状况得到改 善5.起下钻时能保持泥浆连续循环,可防止钻屑聚集,也减少了井涌的发生6.消除了因起下钻杆带来的抽汲作用和压力脉动7.改善水力参数、 环空上返速度和清洗井筒的状况。

向套管内泵入泥浆时因其内径比钻杆大,减少了水力损失,从而可以减少钻机泥浆泵的配备功率泥浆从套管和井壁之间的 环形空间返回时,由于环空面积减小,提高了上返速度,改善了钻屑的携出状况8.可以减小钻机尺寸、 简化钻机结构、 降低钻机费用原因如下:(1)水力参数的改善降低了对钻机泥浆泵功率的需求2)可以取消二层平台和钻杆排放区域3)不再使用钻杆4)套管钻井是基于单根套管进行的 不再需要采用类似双根或三根钻杆构成的立根钻井方式,因此井架高度可以减小,底座的重量可以减轻 对于钩载巨大的深井钻机而 言,建造一台基于单根钻井的钻机,其井架和底座要的结构和重量比基于立根钻井 的钻机简单得多9.钻机更加轻便,易于搬迁和操作人工劳动量及费用都将减少10.钻井成本将大大下降例如,据Tesco公司估计,打一口井深为3 048 m(10 000 ft)的 井,和传统钻杆钻井方式相比,预计可节约费用30%以上 进展情况Tesco公司自1995年起开发套管钻井技术已近4年目前已获两项美国专利专利号为U S Patent No. 5271472和5197553 对各种不同形式的套管螺纹在承受轴向负荷、 弯矩和周向应力下传递扭矩的能力和密封 性能进行了大量研究和试验。

确定在打第一口试验井时选用Hydril 511高质量螺纹和改进型 加强接箍161999年2月再谈套管钻井技术及其装备设计建造了首台全液压传动套管钻井钻机1998年6月第一口试验井开钻9& Øin表层套管边旋转边钻进到46m(150 ft)处注水泥二开采用7& Øin套管边旋转边钻进到152m(500 ft)处注水泥1998年10月末,最终套管柱用5 in套管钻进到609m(2 000 ft)处完钻在此阶段,除采用旋转套管方式钻进外,还试验了用 井下动力钻具作为动力的钻进方式此外,在钻进到213m(700 ft)处还进行了取芯试验,共取芯815 m(28 ft)目前正在开发第二代工具组,将采取电-液驱动方式进行工作 还正在开发第二代基于单根钻井的拖车装套管钻井钻机,以便于搬迁 今后的发展计划 预计1999年套管钻井技术可在加拿大钻井市场上推出,用于打浅层直井要想在全世界所有钻井作业中都能应用套管钻井技术,还需要在下述领域中进行深入地 开发工作:1.改进钻头的切削结构目前使用的扩眼钻头需要改进,以提高承受扭矩时的可靠性2.对套管螺纹联接方式还需深入研究 试验中使用的高质量螺纹对浅直井而言费用较高。

应研究焊接套管接头的可行性3.应当大力研究将现有钻井技术如定向钻井、 测井等用于套管传输的方法4.重新研究许多原有的钻井工程原理,发展新的作业过程并付诸实践5.当新的方法和实践已经开发出来,钻井队的培训便非常重要6.必须研究发生套管卡钻时的对策 此时不必打捞落入井底的套管,可用另一套管柱继续 钻进7.研究推广这一革命性的钻井新概念的有效方法,使全世界的石油公司都能用此工艺节 省钻井费用 本文作者的几点认识1.多年来钻井工程的井下工艺发展迅速,如定向钻井、 测井和钻头技术的发展,有效地改 善了钻井效果而地面钻井装备和工艺的发展相对落后,这种局面需要改变[2]2.当前国际油价低迷,降低油气勘探开发成本的需求十分迫切,只有依靠技术进步才能实 现成本的不断下降3.套管钻井技术就钻井工艺和钻井装备提出了富有创造性的新概念,它的发展有可能引 起原有钻井工艺和装备的巨大变革,大幅度降低钻井成本,提高打井速度4.从国外近年来的经验看,开发这一技术,难度不算很大,但涉及的方面很广 国内应结合“十五” 科技发展规划的制定,组织各方面的力量,协同工作,尽快开发这一富有发展前 景的新技术,以达到节约钻井成本的目的。

参 考 文 献1.黄志潜,“套管钻井及其钻井装备”,国外石油机械,Vol . 9,No. 4, 1998, PP. 61- 622. RobertM.Tessari,“Casing D rilling, A Revolutionary Approach to ReducingW ell Costs”, Interna2tional Petroleum Technology Exhibition, M exico City, Nov. 15- 18, 1998收稿日期 1998- 12- 20 本文编辑 刘忠信26国 外 石 油 机 械第10卷 第1期。