套管钻井技术介绍

套管钻井技术是一种十分新颖并富有创造性的新技术，具有钻井与完井一体化的技术特征，具有良好的发展和应用前景。2023/9/22定义：以套管柱取代钻杆柱实施钻井作业，使钻进中的井眼始终有套管伴随到井底。基本概念：在钻进时用套管柱替代传统的钻柱向井下传递机械能量和水力能量，边钻进边下套管，钻达设计井深后留在井内作完井（或某层）管柱，随即注水泥固井、完井。将钻柱与套管柱合一，将钻进与下套管作业合并。它简化了井身结构（monotube)、减少了起下钻、下套管作业，可及时调正不确定性问题并封隔复杂层段（漏、塌等）有效降低了不确定性地层和复杂地层井下复杂情况和事故风险发生率，缩短建井周期，降低成本。概述应用范围：表层套管海上隔水导管隔水导管与表套“二合一”技术套管油层套管——暂限常规油藏，应考虑完井及采油作业可行性而慎用直井（定向井）（水平井）软—中硬地层2023/9/23概述套管钻井技术分类普通套管钻井技术对钻机和钻具做少许改造的基础上，用套管作为钻柱，接上方钻杆和钻头进行钻井。全程套管钻井技术使用特制的套管钻机，特制的钻具和特制的钻头，利用套管作为水力通道，采用绳式钻井马达进行钻井作业的一种钻井工艺。阶段套管钻井技术在钻井过程中，在钻柱的端部连接一段套管和一种特制的钻具，打完这一段后把钻头起出，而把套管留在井下并对这一段套管进行固井，用以封隔破碎带和水层。2023/9/24TESCO套管钻井实践已施工数百口井总进尺二百多万英尺（60多万米）最深井深超过13000英尺（约4000米）套管直径范围为41/2″—133/8″最大井斜90°成功获取井下工具串的最大深度9400英尺（2800米）所钻地层为：软—中硬地层2023/9/25ConocoPhillips公司套管钻井2023/9/26ConocoPhillips公司有几口井用螺杆钻具及导向马达进行套管钻井，最近2口井又发展到用旋转导向钻井工具结合套管钻井（CombininganRsswithCasing—while—Drilling）钻垂直井和定向斜井（2139m），并实现闭环自动导向钻井。（JPT，Nov，2005）

我国套管钻井技术现状2002年1月，中国海洋石油与威德福合作在渤海和南海东部成功应用了套管钻井技术(见实例）。2003年11月中石油吉林石油责任有限公司开展了陆上表层套管钻井先导性试验工作，并取得了成功，所用套管为7″×6.91mm的J55套管，施工井深300mm。2004年6月大庆油田开展了表层套管钻井试验工作，所用套管为133/8″×9.65mm的J55套管，施工井深300mm。2004年10－11月，中石油吉林石油责任有限公司开展了两口油层套管钻井试验，并取得了成功。所有的套管为51／2″×7.72mm的P110套管,完井井深分别为497米、500米。胜利滩海油田已制定方案准备应用更多的油田准备用2023/9/27[实例]中海油渤4平台无隔水导管法下表层套管管柱结构：

431.8mm钻鞋+339.7mm回压凡尔+339.7mm套管+339.7mm回压凡尔+339.7mm套管×500mm+298.5mm套管锚钻进井段59.43—567.3m指标效益：

——钻进时间15.5h（缩短0.5d±）

——平均机械钻速32.77m/h——最大扭矩4.5KN·m——平台作业时间减少2d，平台相关费用少10万元±

（平台日费20万元）

——单井平台作业费节约50+万元

——省去隔水导管节约10万元

——钻井液用量少，维护费小，可节约5+万元

——间接经济效益很明显8套管钻井优势整个钻井过程不再使用钻杆和钻铤，从而可节省与钻杆和钻铤采购、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，大大节约了钻井时间和费用。套管钻进完成后即等同于下套管作业完成，节省完井时间和费用；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完成，因而大大减少了常见的井壁坍塌、冲刷井壁、井眼内形成键槽或台阶以及卡钻等问题。2023/9/29套管钻井优势因为井筒内始终有套管，起下钻时不会造成井筒内抽吸作用，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。套管内径大，与井壁形成的环空小，改善了水力参数，环空上返速度和清洗井筒的状况。可以减小钻机尺寸，筒化钻机结构，降低钻机费用。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。据加拿大Tesco公司估计，打1口井深为3048m的井，和传统钻进方式相比，预计可节约工程费用达30％以上。2023/9/2102023/9/211一趟钻——使用不回收可钻式的一次钻头及工具。多趟钻——用于井段较长，趟钻不能钻达所要求井深者。使用分体式、绳掌式，可回收内核的可伸缩变径的钻头及工具。钻进方式根据地质条件、井身结构等选用钻进方式2023/9/212（1）钻头

用钢丝绳通过套管取出或下入，井下就位后与套管相对固定；

为扩孔器式钻头，扩孔器通过套管后驱动伸出；应能通过管内绳缆操作机构配合机械或液动式工具将扩孔器回位；回位失灵时可通过套铣鞋铣掉，铣鞋可预先连接在套管底部；钻头寿命与可靠性是套管钻井技术的关键。技术问题及特征2023/9/213（2）钻机

须配备电动的或液、气动的绞车系统，并配置能满足强度要求的足够长的钢丝绳和电缆线、信号线；

天车和绞车系统都应是分体式配置，以保证钢丝绳处在套管的中心位置；

在顶驱装置的上部配有钢丝绳防喷器和密封装置，以实现对钢丝绳的密封；

地面工具需齐全配套，以满足套管钻井各项作业的需要。

技术问题及特征2023/9/214（3）钻井方式a.地面驱动套管旋转钻进

要求套管有足够抗扭强度，螺纹与接箍都应是增强型，使其在承受轴向载荷、弯矩和周向应力下具有足够的传递钮矩能力和密封性能。通过套管施加钻压，超过抗弯强度时，套管弯曲，导致井下复杂情况；可采用套管内穿接钻铤的方法，钻铤与钻头形成井下钻具组合，挂于套管串的底部，钻进时套管承受井下钻具的拉应力作用；套管内壁与管内钻具组合之间可装浮动套，通过调节浮动套的偏心距或与钻头的间距可调控井斜。b.井下动力钻具钻进

钻进反钮矩可以由井下钻具组合及其与套管内壁的贴附作用共同承担，使套管受力状况有所改善。井底动力钻具配高效钻头(PDC)以提高机械钻速也适合于套管钻井。技术问题及特征2023/9/215（4）取心采用绳索取心方式，以提高取心时效。（5）泥浆循环包括泥浆泵、管汇、套管及与井口套管相连的过钢丝绳密封总成。管内压耗大幅度降低，环空压耗有所增加。相同排量下，套管钻井的无用功耗远远低于常规钻井的，可以适当降低钻井泵的配备功率。套管钻井环空上返速度要比常规钻井高1倍多，可改善携岩效果。技术问题及特征地面驱动法转盘、顶驱、双驱井下驱动法井下动力钻具（螺杆）旋转导向工具（RSS）多驱（转盘+顶驱+RSS，试用螺杆）2023/9/216驱动方法表层套管作业介绍表层与隔水管合二为一，采用套管钻进技术2023/9/217钻具组合为：套管钻鞋(BTC扣)+套管+浮箍+套管+浮箍+套管表层套管作业介绍2023/9/2182、套管钻鞋特点：（1）薄的碳化钨切削齿。（2）优化的喷嘴布置。（3）镶嵌碳化钨块保径。（4）PDC钻头或牙轮钻头可钻式。（5）规格：7”casingx8-1/2”9-5/8”casingx12”或10-5/8”13-3/8”casingx17”20”casingx24”3、地面连接装置2023/9/219配合接头，用一短钻杆接顶驱左旋释放捞矛并带双向卡瓦双公接头捞矛密封扶正器底部导向头基本操作程序：(1)按常规组合套管钻鞋、将套管柱下至泥面附近，并坐在转盘面上。(2)组合左图工具，并用一短钻杆与顶驱按正常扭矩连接，上提至二层台以上。(3)用单根吊卡提起下一根套管，对扣，按正常扭矩上扣。(4)下放顶驱，架工将捞矛组合下入套管内（捞矛上有止动环），确认止动环坐在套管接箍上。(5)正转捞矛约1/4圈，上紧捞矛。(6)提起套管，提出套管卡瓦。表层套管作业介绍2023/9/220基本操作程序：（7）等平潮。（8）打通循环，逐渐提高排量和转速，开始钻进，前几根需特别注意。对于13-3/8“套管，最高排量约3300l/min，转速50-80RPM，钻压1-5T。如有必要，进行倒划眼。（9）一单根打完，坐卡瓦，下放顶驱，确认止动环坐在套管接箍上，倒转(左转)约1/4圈，释放捞矛。（10）提出捞矛，重复以下步骤：接套管单根，接捞矛，钻进。（11）钻至表层完钻井深，循环清洁井眼。（12）卸开捞矛，接旋转水泥头，固井，固井期间旋转套管。（13）套管坐底，在井口平台固定套管，割套管，装井口。表层套管作业介绍2023/9/2214、表层作业关键点：（1）表层套管钻进至预定深度

否则：起套管，下钻头钻进，再下套管。（2）套管柱不能多加扶正器，固井质量的保证措施

解决方案：固井时旋转套管，使用适量加刚性扶正器。（3）表层套管稳性

解决方案：改造井口装置，采用BOP悬吊系统，避免表层套管承压而失稳。2023/9/2225、表层套管钻进优势：（1）节省隔水导管作业时间。（2）如果采用钻头钻进，需两次等平潮时间：

a）、开孔前等待；b）、下套管前等待。（3）节省弃井时间。（4）节省上下料的时间2023/9/2236、表层套管钻进的特点：（1）套管与井壁间隙小，可能造成扭矩大，或卡钻。（2）套管内容积(78l/m)大于环空容积(56l/m)，打泥浆塞时需特别注意计算。（3）套管钻鞋抗磨损能力较钻头差，存在钻进中途钻鞋先期失效的可能。（4）机械钻速较低，泥岩段可能低于10m/hr。（5）钻进时排量可适当降低，如果钻速较慢，有泥包显示，则排量适当提高。2023/9/2247、应急措施：（1）表层套管钻鞋先期失效解决方案：起套管，下钻头钻进，再下套管。（2）表层套管固井时单流阀失效

解决方案：蹩压候凝。（3）技术套管下到预定位置，无法坐井口密封

解决方案：提起BOP组，按套管头应急操作程序进行。=防回流措施+

（1）套管钻井套管柱屈曲和弯曲行为研究（2）套管钻井套管柱摩阻和扭矩计算（