套管鉆井技術研究

郭曉東(大慶鉆探集團鉆井二公司項目一部 黑龍江大慶 163000)

套管鉆井技術是區別于常規鉆井技術的一項鉆井新技術，套管鉆井過程中，不使用鉆桿，而將套管作為石油鉆井的鉆桿，用套管給井下鉆頭施加壓力，傳遞井口扭矩。同時利用套管傳遞鉆井液水力能量，保證鉆井的正常進行。鉆進過程中，井下鉆具安裝在套管柱的下部。套管鉆井技術實現了鉆井和下套管作業的同時進行，井下工具和鉆頭的下放和上提都是在套管內部完成的。和常規普通的鉆井技術相比，套管鉆井技術不需要鉆桿，鉆頭的上提和下放利用鋼絲繩在套管內部完成的，如果要進行更換鉆頭作業，則只需要利用鋼絲繩將其起出即可，而不需要將整個套管柱起出。由于鉆進過程中套管一直在鉆井井筒內，降低了發生卡鉆、噴漏等鉆井事故的概率，極大的增加了鉆井的安全性能。套管鉆井技術是一項新興的鉆井技術，由于不需要使用鉆桿和鉆鋌，因此可以節省大量的石油管材。同時還不需要重新下套管作業，可以有效的減少鉆井所用的時間，因此套管鉆井技術具有廣闊的應用開發前景。

一、套管鉆井技術原理分析

套管鉆井技術不需要常規鉆井中鉆桿和鉆鋌，但是鉆井過程中使用的泥漿循環系統、水力系統、井口設備等方面，和常規鉆井技術是相同的。在利用套管技術鉆井過程中，套管承擔了常規鉆井中鉆桿的作用，套管在井口動力裝置的驅動下，可以實現上提、下放、旋轉等。井下鉆頭動力也是通過套管來傳遞的，鉆頭的直徑要比套管的內徑小一些。鉆進過程鉆頭旋轉開始形成井眼，但是由于鉆頭的直徑較小，形成的井眼直徑無法實現套管的下放作業，因此需要在井下鉆頭的上部，安裝能夠伸縮的擴張鉆頭。在下入常規鉆頭的同時，同時將擴張鉆頭下入，此時擴張鉆頭處于收縮狀態，當鉆頭下入完畢后，擴張鉆頭張開，和井下鉆頭同時工作，從而形成能夠下放套管的井眼。鉆井過程中，泥漿在地面經過泥漿泵加壓后，從套管的內部向下流向井底鉆頭，再從套管和井壁之間的環空中上返，同時將鉆頭產生的巖屑攜帶上來。井下鉆頭和套管柱下部的井下工具連接，而井下工具通過鎖緊裝置和套管底端鎖緊連接，并通過鋼絲繩和井口的動力裝置相連接。如果要更換井下鉆頭，首先井下工具和套管柱底端之間的鎖緊裝置松開，地面的動力系統開始拖動鋼絲繩上提，鋼絲繩帶動井下工具和鉆頭同時上提，上提至井口后完成鉆頭的更換。更換完畢后，利用地面動力裝置，通過鋼絲繩將井下工具和鉆頭下放至井底，在套管柱的底部，井下工具和套管再次被鎖緊。

套管鉆井技術和常規的鉆井技術不同之處還包括套管鉆井技術需要利用特制的鉆機。套管鉆井鉆機可以單獨設計制造，也可以在常規鉆機的基礎上進行改造。套管鉆井過程中，需要利用頂驅裝置驅動井下套管的旋轉，為了能夠實現井下鉆具和鉆頭的起升和下放，需要加裝特制的鋼絲繩系統。在鉆進過程中，井下鉆頭既能夠穿過套管，同時還能夠鉆出和套管外徑相當的井眼。常規的測井儀器在套管鉆井中不能夠使用，套管鉆井鉆進時，只能夠進行隨鉆測井，而且套管鉆井技術的造斜率要比常規鉆井的高很多。套管鉆井實驗的結果顯示，套管鉆井技術比常規鉆井技術，要節約鉆井支出百分之十左右，如果地層容易鉆進，而且鉆井過程中不發生事故，利用套管鉆井技術可以節約鉆井成本的百分之三十左右。對于地層容易坍塌的井，套管鉆井技術更凸顯了自身優勢。由于不用起下鉆桿，套管始終和井壁接觸，大大的減小了井壁坍塌的概率，發生卡鉆的概率也得到有效的降低。在定向井、取心等鉆井特殊作業時，如果利用套管鉆井技術替代常規鉆井技術，其鉆進的效率可以提高到五倍左右。

二、套管鉆井技術的優勢分析

套管鉆井技術是一項鉆井的革命技術，和常規鉆井相比具有顯著的優勢。首先利用套管鉆井技術可以有效的減少建井周期。在常規鉆井中，需要花費大量的時間來進行起下鉆作業，而套管鉆井則不需要，這樣就可以節省大量的起下鉆作業時間。對于易坍塌、鹽膏層等復雜地層，套管鉆井有效的減少地層坍塌、膨脹等造成鉆井事故的概率。套管鉆井時，套管一直處于鉆井井筒內，有效的避免了由于鉆柱的運動，而造成的鉆井液抽吸作用，提高了鉆井井筒的井壁穩定性，對于防止井噴具有較好的作用。套管鉆井過程中可以保證鉆井液是一直循環的，減少了巖屑沉積等鉆井問題的出現。在相同井眼尺寸下，套管鉆井的內徑要比鉆桿的內徑大很多，鉆井液在套管內壓力損耗要比在鉆桿內小很多，循環壓耗的減小，提高了井下鉆頭的噴嘴壓降，提高了鉆井液的射流速度，改善了井底流場。套管外部環空中，套管鉆井的環空要小，鉆井液在套管和井壁環空中流動速度會增大，提高了鉆井液的攜巖能力。套管鉆井的鉆機可以是車載形式的，靈活性高，易于搬遷，安裝使用簡單，同時也會有效的降低鉆井工人的勞動強度。套管鉆井的鉆機結構要比常規鉆機簡單很多，鉆臺上可以不用設置鉆桿的放置區域，套管鉆井鉆完一根套管后，可以再從地面取另一根套管，鉆井架的高度也不需要很高，由于鉆臺上不需要放置鉆桿，因此鉆臺不會承受鉆桿的重量，所以鉆臺的重量載荷會小很多。套管鉆機易于操作，鉆機的運行成本少。

結束語

套管鉆井技術作為一項革命性的鉆井新技術，和常規鉆井技術相比具有許多優勢，有著廣闊的推廣應用前景。套管鉆井技術不需要鉆桿和鉆鋌，可以節省大量的石油管材。井下工具通過鎖緊裝置和套管底端鎖緊連接，利用鋼絲繩和井口的動力裝置相連。套管鉆井技術和常規鉆井技術相比，可以節約鉆井成本百分之十左右。在地層容易坍塌的井中，套管鉆井技術更凸顯了自身優勢。套管鉆井技術可以有效的減少建井周期，還能提高鉆井井筒的井壁穩定性，增強了鉆井液的攜巖能力。通過研究促進了套管鉆井技術的推廣和應用。

[1]黃志潛．再談套管鉆井技術及其裝備[J]．國外石油機械．1999．

[2]陳維榮．套管鉆井系統的開發改進了鉆井過程[J]．國外油田工程，2001．