套管钻井技术应用研究.pdf

2 44 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 2 月第 3 1 卷第 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I F e b ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N o ． 1 套管钻井技术应用研究 周书航 长 江 大 学 地 球 科 学 学 院。 湖 北荆 州4 3 4 0 2 3 史 永伟 中国石油渤海钻探第一钻井工 程公司， 天津3 0 0 2 8 0 [ 摘要]阐述 了套管钻井技术的工艺特点和优点，介绍了套管钻井技术在大庆油It ] 的现场应用情况。现场 应用 表明，特殊 的油层套管钻井工 艺、专 周转换接 头、高扭 矩热应力补 偿器、防掉水 泥式 浮箍、特制 高 抗扭套管及钢体 P D C 钻头完全 满足现场使用 要求 。 [ 关键词]套管钻井；钻井工艺；现场应用 [ 中圈分类号]TE 2 4 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 O l 一0 2 4 4 0 2 1 套管钻井工艺技术 套管由顶部驱动装置带动旋转，由套管传动扭矩 ，带动安装在套管端部工具组上 的钻头旋转并钻 进 卜 。由于钻头直径小于套管内径 ，不能钻出直径大于套管外径的井眼，故在钻头上方工具组 中另外 安装 2个可以张开或缩进的扩孔钻头，钻进过程中，先令 2 个扩孔钻头张开，即可将井眼扩大 。钻井液 自套 管 内进 入 ，曲套 管与井 眼之 间 的环形 空 间返 出 。 ． 钻头固定在一个专门设计的工具组前端 ， 工具组锁定在 套管端部，并通过钢丝绳与一部专门用于起下钻头的绞车相 连接。当需要更换钻头时 ， 将锁定装置松开，利用绞车通过 套管将工具组起出。换上新钻头后， 再用绞车通过套管将工 具组送人，锁定 在套管端部。由此更换钻 头就变得十分快 捷。工具组及锁紧装置结构如图 1 。钻头的钻进过程也就是 下套管的过程 。套管一根根打下去，不再提起 。完钻后即可 开始进行固井作业 。套管钻井所形成的井眼比相应的常规钻 井井眼一般要小 如采用 1 2 7 mm 套管钻井 形成 的井眼尺 寸为j 2 『 1 5 2 ． 4 ～1 9 0 ． 5 ram ，其大小程度取决于扩眼钻头的尺 寸 ， 但要满足固井中对套管与井眼之间间隙的要求。 套管钻井工艺是取 消常规钻杆 ，以套管代替钻杆 ] ， 由此给钻井作业 带来 的优点是 整个钻井 过程不再使用 钻 杆，从而可节省与钻杆采购、检验 、存放、运输 、修复等过 程有关的大量人力物力与费用 ；减少了起下钻时间。在钻井 过程 中不再有传统的起下钻过程 ，只利用专用绞车通过纲丝 绳起下钻头，十分迅速 ，比传统的钻杆起下钻大约快 5 ～1 0 套管镇紧接箍 扶正器 。 一 轴 向止动器 ＼ 止动 器扭矩接箍 一 r 、 j f 管下扩眼器 I 套管鞋 l ／ 一二 -- 图 1 工具组及锁紧装置结构示意 图 倍 ，大大节约 了钻井时间和费用；减少了钻井事故和复杂情况的发生。由于套管钻井的井眼自始至终由 套管伴随到井底 ，大大减少 了常见的地层膨胀 。避免了井壁坍塌、冲刷井壁 、井筒内形成键槽或台阶的 现象 。因为井筒内始终有套管 ， 起下钻时不会造成井简内抽吸作用，使井控状况得到改善。起下钻时能 保持钻井液连续循环 ， 可防止钻屑聚集，减少了卡钻事故的发生。改善 了水力参数、环空上返速度和清 洗井筒的状况。向套管内泵人钻井液时因其内径 比钻杆大，大大降低了管内压耗 ，从而可以减少钻机钻 [ 收稿日期]2 0 0 8 1 2 一 O 8 [ 作者简介]周书航 1 9 7 8 一 ，男， 2 0 0 1 年大学毕业 ， 助理研究员，硕士生，现从事石油与天然气工程方面的研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷第 1 期 周书航等 套管钻 井技 术应用研究 2 4 5 井泵 的配备功 率 。又 由于套 管 与井壁之 间 的环 空 面积 大 大减 小 ，显 著提 高 了环 空 内的钻 井 液上 返 速度 ， 改善了钻屑的携出状况 。可以减小钻机尺寸、简化钻机结构 、降低钻机费用。钻机更加轻便 ，易于搬迁 和操作 ，可减 少 人工 劳动量 及费用 。 2 现场应用 2 0 0 6 年 l 2月 1 9日至 2 0 0 7年 1 月 1日，大庆 油 田在葡浅 3 2更 1 井 和葡 浅 3 2 7 3井进 行 了油层 套 管 钻 井现 场试验 。2口井 均为开 发井 ，设 计井 深 3 4 0 m，有 3 ～4个硬岩 夹层 ，有 l O O m 以上 的大段 流沙层 。 井眼直径 2 4 4 ． 5 mm， 套管直径 1 7 7 ． 8 mm 壁厚 9 ． 1 9 mm，钢级 P 1 1 0 。2口井 1 7 7 ． 8 mm 井眼平 均实 钻井深 3 3 9 ． 7 9 m，套管钻井平均机械钻速 2 1 ． 8 6 m／ h ，不起钻，一次固井成功。 1 钻具组合 j 2 『 2 4 4 ． 5 ram 钻头 j 2 『 1 9 4 ． 5 mm 转换 接头 j 2 『 1 7 7 ． 8 mm 套管 1 0 ． 5 ～儿． 5 m 1 7 7 ． 8 mm浮 箍 j 2 『 1 7 7 ． 8 ram 套 管 至 油 顶 以 上 2 O ～ 3 0 m 十 热 力 补 偿 器 j 2 『 1 7 7 ． 8 ram 套 管 十 j 2 『 1 7 7 ． 8 mm方 套接头 方 钻杆 。 2 试 验情 况 葡浅 3 2更 1井 1 7 7 ． 8 mm 套 管 钻井 进 尺 3 4 0 ． 2 l m，纯钻 进 时 间 1 5 ． 9 2 h ，平 均 机械 钻速 2 1 ． 3 7 m／ h 。主要钻进参数 钻压 0 ～3 0 k N，排量 2 4 ． 0 ～2 8 ． 6 L ／ s ，转 盘转速 1 0 0 ～1 5 0 r ／ mi n。钻 进过程中转盘扭矩为 0 ． 3 5 ～1 ． 5 0 k Nm。该井完钻后应用平均密度 1 ． 9 0 k g ／ L的水泥浆 固井，排量 2 6 2 8 L ／ s ，替速不小于 1 ． 2 m／ s ，套管试压 1 5 MP a ，固井质量合格。 葡浅 3 2 7 3井现场试验情况与葡浅 3 2更 1 井基本类似。 3 套后测井 2 0 0 6 年 1 2月 2 3日，对葡浅 3 2更 1井进行碳氧 比能谱测井 ，测量井段 1 7 0 ． 1 0 ～ 3 2 2 ． O m，目的是确定黑帝庙油层组的流体性质。该井共解释 2 3层，其 中油层 4层 1 9 ． 4 m ，差油层 4层 1 2 ． 2 m ，油水 同层 1 层 6 ． 6 m ，含油水 层 3 层 1 4 ． 4 m ，干层 1 1 层 2 1 ． 6 m。 4 试验结果分析2口井的现场试验表明，特殊 的油层套管钻井工艺 、专用转换接头、高扭矩热 应力补偿器、防掉水泥式浮箍、特制高抗扭套管及钢体 P D C钻头完全满足现场使用要求 。因为节省 了 起钻、完井电测、通井和下套管时间 约 2 5 h ，套管钻井的钻井周期 比常规钻井缩短了 5 0 以上 。 虽然钻遇大段流沙层 ，但因为将钻进与下套管合为一个作业过程 ，没有 出现常规钻井过程中易发生 的下套管遇卡事 故。通过技 术 改进 和完善 ，葡 浅 3 2 7 3井钻 井周 期 2 2 ． 4 h 比葡 浅 3 2更 1井 的 2 4 ． 5 h 缩短 了 1 5 ． 1 8 ，机械钻速提高 了 1 4 ． O 0 ，接单根 时间减 少了 1 8 ． 1 0 ％，辅助时 间减少 了 l 6 ． 7 4 。 利用碳氧 比能谱测井 ，能有效识别厚度大于 0 ． 8 m的地层中的油水层 ，可以进行定量处理解释。因 此对于厚度小于 0 ． 8 m地层的隔套管测井技术的进一步研究 ，将有助于油层套管钻井技术的推广应用。 3 结 语 特殊的油层套管钻井工艺、专用工具和特制高抗扭套管及钻头完全满足现场使用要求。油层套管钻 井缩短了钻井周期，减少油层被钻井液侵害污染 的时问，有利于储层保护。套管钻井试验在钻遇大段流 沙层的情况下 ，没有下套管遇卡事故的发生。虽然 2口试验井均实现了单只钻头完钻，但是一旦钻头水 眼被堵就要起钻 ，必然会损坏套管螺纹，因而开展特殊高性能套管螺纹和 回收钻头式套管钻井工艺技术 研究 很有 必要 。 [ 参考文献] [ 1 ]何树 山 ．套管钻井技术研究与实验 [ j ]．钻采T艺 ，2 0 0 5 ，2 8 6 7 ～9 ． [ 2 ]姜伟 ．套管钻井作业 在我 国海上钻井作业 中的应用 [ J ]．中国海上油气 T程 ，2 0 0 3 ，1 5 2 3 2 ～3 5 ． [ 3 ]沙东 ，王光奇 ．套管钻井技术在庄海 5 井 中的应用 [ J ]．石油钻 探技术 ，2 0 0 3 ．3 1 6 2 3 2 4 ． [ 4 ]S h e p a r d S F，R e i l e y R H． C a s i n g d r i l l i n g s u c c e s s f u l l y a p p l ie d in s o u t h e r n Wy o mi n g[ J ]． Wo r l d Oi l ，2 0 0 2 ， 6 4 7 ～4 9 ． [ 5 ]姜伟 ．套管钻井作业在我 国海上钻井作业 中的应用 [ J ]．中国海上油气 1T程 ，2 0 0 3 ，1 5 2 3 2 ～3 5 ． [ 6 ]李春吉，单正明，盂祥奎 ．套管钻井技术简介 J ．石油钻探技术，2 0 0 2 ，3 0 6 7 4 ． [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m