套管钻井技术.ppt

套管钻井技术,孟庆昆,内容提要,一、基本概念,二、套管钻井工艺、工具与装备,三、套管钻井的应用及发展前景,什么是套管钻井,基本概念,用套管代替钻杆来完成钻井作业，即用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头旋转与钻进。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等。钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不提钻更换钻头钻具。,钻井技术发展过程,墩钻,破岩慢,携屑差,起下快,旋转钻井,破岩快携屑好起下慢,套管钻井,破岩快携屑好起下快,18501930,1901现在,1998将来,基本概念,与常规钻杆钻井相比套管钻井具有的优点,1.节省起下钻时间，提高功效2.减少井下事故3.改善井控状况4.保持起下钻时泥浆的连续循环5.改善水力参数、环空上返速度和清洗井筒状况6.可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用7.节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输检验、维护和更换等过程有关的大量人力、物力与费用,基本概念,套管钻井工艺过程,钻进,起钻,下钻,固井,基本概念,监督重点,钻机,由于套管钻井没有起下立柱的问题的问题，因此，钻机高度可以降低到20米左右，并且结构也可以简化。,工艺工具装备,套管钻井专用钻机,工艺工具装备,安装了一个钢丝绳技术，能够下入和起升井下工具串。安装了一个分离的游动滑车、天车、以及顶驱，以有助于通过套管下入钢丝绳。在顶驱上面安装了一个钢丝绳防喷器和钢丝绳密封装置。增加了套管加紧驱动头。,套管钻井专用钻机,工艺工具装备,井下工具串,套管,扶正器,套管锁定短节,套管扭矩短节,套管鞋,下井和回收工具,密封器,轴向锁定器,止销,扭矩锁定器,泥浆马达,扩眼器,钻头,套管钻井钻具的主要构成有套管、扶正器、轴向承载壳体、承扭壳体、套管鞋、密封器、轴向锁定器、止位环、扭矩锁定器、扩眼器、钻头等，这些工具与常规钻杆钻井工具不同或者技术参数要求不同，它们构成了套管钻井独特的技术特征。,工艺工具装备,井下锁定装置,井下锁定装置是套管钻井技术中最具特色的技术，它具有的功能是：当钻进时，井下工具串要锁定在套管上，不得有转动和轴向窜动。当起钻头时，锁定器都要解锁，井下工具串从套管内打捞到地面。,工艺工具装备,钻头、扩眼器、钻鞋,在套管钻井中，要求钻头既能通过套管内径，又要钻出比套管接箍外径大的井眼。因此，钻头必须具有变径功能。即在提升、下放时钻头尺寸小于套管内径，在钻进时钻头尺寸大于套管接箍外径。采用领眼钻头加扩眼器的方式来实现钻头的变径功能。领眼钻头和扩眼器有牙轮和PDC两种形式。目前，PDC领眼钻头和PDC扩眼器配合使用可获得更高的机械钻速，使用寿命也高于牙轮钻头和牙轮扩眼器。钻鞋是指在扩眼器本体上镶嵌的PDC牙齿，它使领眼钻头切削尺寸合理地过渡到扩眼器切削尺寸，使扩眼器使用寿命与领眼钻头使用寿命更加接近。俄罗斯已研制出可变径钻头，它可以直接用于套管钻井技术中。,工艺工具装备,钻头与扩眼器,牙轮钻头配扩眼器,工艺工具装备,PDC钻头,工艺工具装备,扩眼器及刀片,工艺工具装备,套管,在套管钻井中，希望套管有足够的抗扭能力，因为整个钻井的旋转机械能量都是由它来传递。普通的套管连接丝扣无法承受这样大的扭矩。对套管钻井中的丝扣要进行必要的改进。一方面要使套管丝扣有较大的承扭能力，另一方面要保证不能因为丝扣的改进，使套管的成本有较大的提高。,从表上可以看出，对于尺寸相当的套管和钻杆，其最大屈服扭矩基本相同，因此，用套管代替钻杆连接丝扣强度可能达到工程要求。,工艺工具装备,套管扶正器,套管扶正器主要用来防止套管及套管接箍磨损，同时还可以起到便于注水泥和辅助清除岩屑，减少套管与井壁的接触力和套管的弯曲的作用。,工艺工具装备,套管与套管扶正器,工艺工具装备,密封器,密封器用来实现井下工具串与套管柱之间的密封。图6为密封胶套，它随井下工具串一起下入到井底，并与套管柱贴紧，从而实现对泥浆的密封。,工艺工具装备,套管鞋,在套管柱最下端应安装套管鞋。该套管鞋主要用来处理井下工具串卡钻事故。当井下工具串卡在井下时，通过钢丝绳打捞矛使套管与井下工具串脱开，旋转套管柱进行套铣作业。直使井下工具串卡点被套铣掉，整个工具串才能提出井口。,工艺工具装备,膨胀钻头,膨胀钻头主切削采用三翼的PDC刀翼式，刀翼上敷焊小粒的硬质合金；修边刀翼镶嵌金刚石复合片，硬质合金保径；底端本体为可钻性较好的硬质合金铝，管体部分为普通的套管材质；底部镶有6个铜套水眼，水眼直径为18mm。,工艺工具装备,套管钻井的应用,随钻测井,钻定向井,应用,套管钻井的应用,取芯,欠平衡钻水平井,应用,Texco公司的两口试验井图解,试验井,试验井,导管95/864.74kg/mP-110WT-IPC121/4裸眼至39.6米井深,表层套管75/839.29kg/mN-80WT-IPC10裸眼至172.2米井深,生产套管51/225.30kg/mPZ-50WT-IPC/ButtressCNV-SC-BTC7裸眼至926.6米井深回堵和定向钻井至86井斜回堵和裸眼侧钻至60,表层套管95/853.58kg/mButtressCNVK-55121/4裸眼至210米井深,技术套管734.23kg/mButtressCNV-SC-K-5581/2井眼至水平883.9米回堵，钻S井眼，注水泥固井670.6米（垂直）,生产套管41/217.26kg/mButtressCNV-SCPS-8061/4裸眼至914.4米井深,应用,前四口井当量深度钻井时间统计,从开钻到停钻（小时）,用41/2”套管钻61/8”井眼,应用,前四口井机械钻速的统计,803feet,786feet,814feet,846feet,钻进时间（小时）,7”套管,应用,套管钻井与最佳临井的比较,用95/8”套管钻121/4”井眼,从开钻到下水泥塞时间（小时）,应用,现场应用结果的总结,应用,套管钻井系统与常规钻井系统的钻井时间大致相同在20多口井的作业中，工具串起下的成功率为70%在早期的试验中，套管出现磨损；采用了前文所述的扶正器后，克服了这一问题套管钻井与常规钻井系统相比，钻柱工作得更加稳定,套管钻井作业时主要需考虑的问题,应用,钻机与设备选择弯曲疲劳破坏固井,前景展望,套管钻井技术从1990年6月钻第一口试验井起，到目前已经完成了20多口井，井深已达到了2000多米。从技术和经济两方面看，该项技术具有广阔的发展前景。将要进行的深入研究开发工作：1）改进钻头的切削结构2）对套管螺纹连接方式还需深入研究3）应大力研究将现有钻井技术中的定向钻井、测井等用于套管传输的方法4）研究发生套管卡钻时的对策5）研究利用套管钻井系统进行空气钻井套管钻井技术是一革命性的钻井新概念，其对钻井工艺和钻井装备都提出了富有创造性的改造。它将大幅度地降低钻井成本，提高钻井速度。我国应尽快组织各方面的力量，协