第九章--套管钻井技术

1、第九章 套管钻井技术,第一节 概述,第一节 概述,一、套管钻井概念及意义 1、套管钻井概念 套管钻井技术是指在钻进过程中，直接采用套管向井下传递机械能量和水利能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后做钻柱用的套管留在井内做完井用。套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和井下工具的起下在套管能进行，不再需要常规的起下钻作业。,第一节 概述,2、套管钻井意义 （1）节省钻进时间； （2）减少井下事故； （3）改善井控状况； （4）保持其下钻时钻井液的连续循环；,第一节 概述,（5）改善水利参数、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

2、费用； （7）节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输、检验、和更换等过程有关的大量人力、物力、财力； （8）若在钻穿产层井段使用，由于可以直接进行完井作业，大大减少钻井液对储层的浸泡时间，降低对储层的伤害，有效的保护油气层。,第一节 概述,二、套管钻井的分类及适用范围 1、套管钻井的分类 1）Tesco套管钻井系统 用生产套管作为钻杆同时进行钻井和下套管作业。套管把水利能量和机械能量通过钻井锁传给下部钻具，钻井锁的作用是把钻具与套管进行机械连接和液压密封，同时通过钢丝绳和取出装置可以将下部钻具取出，进行更换钻头和马达。在大多数套管钻井的实践中，要在导向钻头上使用管下扩眼器，把钻头孔径扩大到最后的井眼

3、直径。以便套管通过。,第一节 概述,2）Weatherford套管钻井系统 钻头直接接在套管上，钻头不可更换，要立足于一只钻头打完全部进尺。所使用的PDC钻头为特制，胚体由易钻材料制成，通过一个特殊装置与套管相连。套管内预先放置易钻的固井浮箍，钻至设计井深，利用特殊装置将下部钻头胀裂落于井底，进行固井。下次开钻时可将钻头体方便的钻碎。Weatherford套管钻井系统应用比较广泛，国内外已经应用300多口井，取得较好的效果。,第一节 概述,2套管钻井的适用范围 Tesco套管钻井系统由于可以在套管内更换钻头和井下马达，因此，可以钻较深的井。Weatherford套管钻井系统，由于只能用一个钻头

4、完成钻井深度，所以，多侧重表层和技术套管的施工。,第一节 概述,三、国内外套管钻井技术的发展状况 早在上个世纪50年代许多陆上公司用油管钻生产井，钻打油气层后对油管进行固井，钻头留在井下的方式，可以说是套管钻井技术的开始。而真正利用套管进行钻井作业始于 1990年，在1996年至1998年套管钻井技术得到快速发展。 Tesco公司就已完成20余口井的钻井作业。套管钻井技术可以应用于各种直井、定向井、水平井和开窗侧钻井，目前井深已超过2000m。,第一节 概述,Weatherford套管钻井系统应用比较广泛，国内外已经应用300多口井，取得较好的效果。 国内大港油田在摊海探井和赵东油田开发井的1

5、3 3/8”表层套管钻井中使用Weatherford套管钻井技术成功钻井25口，其中赵东油田开发井24口，总进尺6143m，最高单井机械钻速243.6m/h，这是套管钻井在中国首次大规模应用。国内其他油田及渤海也正在引进和研究这套技术。,第二节 套管钻井作业技术,第二节 套管钻井作业技术,一、套管钻井特殊工具 1Tesco公司工具 以套管作为钻杆进行钻进，套管把机械能量和水利能量传递给悬挂在套管底部可回收钻具。可回收钻具由密封器、轴向锁定器、止销、扭矩锁定器、泥浆马达、扩眼器、钻头等组成。,图91 Tesco公司套管钻井工具图,第二节 套管钻井作业技术,密封器用来密封套管和钻具环械环形空间；轴

6、向锁定器使套管和钻具眼轴向锁定，防止钻具沿套管轴向串动；止销、扭矩锁定器使套管和钻具固定一起，传递扭矩；泥浆马达即短螺杆钻具，在泥浆的作用下使螺杆转动，带动钻头和扩眼器转动，破碎底层达到钻进目的。,第二节 套管钻井作业技术,钻头实际是领眼钻头，先钻出领眼再通过扩眼器把井眼扩大到套管可以下入的尺寸。可回收钻具是通过钢丝绳在套管内解锁后回收。目前试验井只在表层套管和技术套管钻井，一般不进行裸眼测井。 套管夹紧驱动头。（未见详细结构）,第二节 套管钻井作业技术,快速联结顶驱（方钻杆）和套管柱，使接单根便捷快速。主要有外卡式，将套管外面夹紧并锁住，实现快速连接之目的。 套管刚性扶正器。 螺旋形状，起扶

7、正套管的作用。 带捞沙滚筒的绞车，用来打捞井下钻具，及时换钻头和泥浆马达。,第二节 套管钻井作业技术,2、Weatherford套管钻井工具 （1）套管钻井矛。图9-2 由1个1.5米长的短节、安全阀、旁通阀、升高短节、H-E套管矛、套管矛解封装置和牛嘴组成，一端与顶驱连接，另一端可以插入套管里，通过下压和左右旋转即可上、卸扣，简化了接套管的操作程序，节省了套管上扣时间，保证了安全作业。值得一提的是，这种套管钻井矛也可以用于下套管作业，在下套管遇阻、遇卡时可以开泵循环，转动套管，减少阻力和上提拉力。,第二节 套管钻井作业技术,（2）地面套管扶正装置。 在套管钻井中也起了很大的作用。它是一种遥控

8、的液压动作扶正臂，可以前后左右移动，保持套管居中，防止套管错扣。该装置的使用，提高了接套管的速度，尤其在有风的天气情况下，可以提高下套管的速度，保证安全作业。,第二节 套管钻井作业技术,（3）套管钻井专用钻头。 本体是特殊的铝合金材料制成，保径齿和切削齿为聚晶金刚石复合片，镶在钻头底部和侧面的3个呈“Y”型刀翼上，与一般PDC钻头不同的是齿形为椭圆形，因此切屑作用更强。,第二节 套管钻井作业技术,喷嘴是铜制成，喷涂内涂层，增加抗冲刷能力，并可以钻掉。钻至设计井深后，上体套管0.5m，投球开泵钻头内的活塞下行，将带有喷嘴的中心部分推出，将刀翼推向井壁，这样留在井底的只是可钻材料本体和喷嘴，因此，

9、可以被下一只钻头钻掉。 （4）特殊司扣的套管,第二节 套管钻井作业技术,二、套管钻井施工作业程序（Weatherford套管钻井） 1）接套管钻井矛并与顶驱连接； 2）从大门坡道吊起带钻鞋的第一根套管，到钻台； 3）下放入转盘，坐放套管卡瓦，上安全卡瓦，打开吊卡； 4）将第二根套管从滑道吊至大门坡道； 5）用套管扶正装置夹住套管，用液压大钳上扣；,第二节 套管钻井作业技术,6）套管钻井矛插入套管，必要时用套管扶正装置扶正居中；右转1/4圈使与套管密封连接； 7）提起管柱，取出卡瓦，打开卡盘前要确保套管矛与套管已经连接可靠； 8）摘除安全卡瓦； 9）缓慢下放套管； 10）坐放套管卡瓦，上安全卡瓦

10、；,第二节 套管钻井作业技术,11）下放套管矛处于悬空状态，左传1/4圈，提出套管矛； 12）重复4-11的步骤，下入第三根套管； 13）缓慢下放套管通过泥线标记处； 14）在套管鞋距泥线之上0.5-0.7米处开泵，转顶驱，通过套管矛旋转套管； 15）开始套管钻进。缓慢增加钻压和转速，推荐的参数为：钻压2-6吨，转速20-60，排量2.5-3.2方/分；,第二节 套管钻井作业技术,16）打完单根。根据需要倒划眼或打入稠塞； 17）坐放套管卡瓦，上安全卡瓦，摘掉吊卡，停泵，确保立压为零； 18）下放套管矛处于悬空状态，左传1/4圈，提出套管矛； 19）重复以上步骤，直至最后一根套管钻达预计的套管

11、鞋深度； 20）开泵循环，清洗井眼；,第二节 套管钻井作业技术,21）甩掉套管钻井矛； 22）接套管头钻具； 23）接加长的套管钻井矛； 24）通过井口，插入并密封连接加长的套管钻井矛。在加长的套管钻井矛之上是2根钻杆和短套管，一个泵入短节和Weco 1502联结，一个TIW阀和另一个短套管；,第二节 套管钻井作业技术,25）提起套管柱，取出卡盘和C型盘； 26）下放管柱和套管头通过转盘； 27）钻至设计井深。井口位于26”隔水导管之上； 28）坐封井口套管头，根据需要旋转管柱以保证翼阀居中； 29）泵入稠塞，循环一周； 30）通过套管钻井矛固井。,第三节 套管钻井应用实例,第三节 套管钻井应

12、用实例,一、套管钻井在大港赵东油田使用情况 自2003年2月25日至3月9日和5月16日至17日，在共计24口井上实施套管钻井施工，历经14天，钻井进尺6143m，平均机械钻速105.1m/h，最高单井平均机械钻速达234.6m/h，刷新了套管钻井的世界记录，比计划提前23天，按每天钻井平台日费8万美圆计算，节约钻井费用184万美圆。,表9-4 套管钻井单井作业时间,第三节 套管钻井应用实例,从套管钻井单井作业时间对比图可以看出，单井作业时间在不断减少，机械钻速在不断提高。这主要是套管钻井省略了配常规钻具的工序，使得对工序的优化和平行作业成为可能。,第三节 套管钻井应用实例,因此，在固井的同时

13、开始钻机移位的准备工作使钻机移位和安装井口的时间由最初的2小时减少到最后的1小时和0.5小时，对套管上扣操作的不断熟练也使上扣时间由当初的每根28.5分钟减少到6分钟左右。同时，不断优化钻井工艺参数，增加钻压、转速和排量使得机械钻速由开始的30.7m/h提高到最快达234.6m/h。,表9-1 大港赵东油田13-3/8表层套管钻井技术统计表,表9-1 大港赵东油田13-3/8表层套管钻井技术统计表,表9-2 大港赵东油田13-3/8表层套管钻井技术分析对比,第三节 套管钻井应用实例,由于地质录井资料的要求，在D15井的一开钻井中使用了常规钻井技术，作业时间为15个小时。虽然通过前期24口井的施

14、工，钻井施工队伍对于钻机移位和安装井口已经达到很熟练的程度，时间仅为1个小时，比套管钻井的平均时间快1.6小时，但整个作业时间仍然比套管钻井的平均作业时间慢了2.1小时（见表9-2）。,第三节 套管钻井应用实例,同时，从表一还可以看出，在第8口井的作业中，由于没有预计到施工速度的快速提高，造成平台上水泥、套管的库存不够，停工待料时间高达19小时，这也是以后海上套管钻井作业需要注意的问题,第三节 套管钻井应用实例,二、庄海5及庄海8井的应用（自营区2口） 庄海5井、庄海8井是部署在大港油田极浅海海域中的一口预探直井，利用我国目前吃水最浅（为1.5m）的钻井平台“港海一号”，进行海上钻探。,第三节

15、 套管钻井应用实例,主要预探羊二庄断层下降盘Es、Mz含油气情况，同时兼探Nm、Ng组含油气情况，落实储层含油气面积、储量。设计井深分别为2000m和1650m。设计井身结构为：914.4mm钻头83m+762mm隔水导管80m；406.4mm钻鞋550m+339.7mm表层套管550m；241.3mm钻头2000m+177.8mm油套1990m，设计第一次开钻使用套管钻井技术，钻进深度均为550 m。第二次开钻采用9 1/2钻头钻至设计井深。,第三节 套管钻井应用实例,庄海5井井身结构： 914.4mm钻头83m+762mm隔水导管80m； 406.4mm钻鞋550m+339.7mm表层套管

16、550m； 241.3mm钻头2000m+177.8mm油套1990m； 设计第一次开钻使用套管钻井技术.钻进深度为550m。,第三节 套管钻井应用实例,管串组合： 406.4mm（16英寸）钻鞋0.79m+339.7mm浮箍0.46m+339.7mm套管+捞矛(联接套管与顶驱传输扭矩)。,第三节 套管钻井应用实例,钻井参数： 钻压：040KN；转速：60100rpm；排量：5560l/s；泵压：34MPa；扭矩:6.7713.55kn.m。 钻鞋为美国威德福公司产品，PDC钻头可钻，型号：DS2，喷嘴：17.5mmX6，扣型为BTC，本井使用套管钢级N-80，壁厚：12.19mm，扣型为BTC。,第三节 套管钻井应用实例,钻井液：海水。 庄海5井从2003年3月30日7:40到31日6:15钻至井深513.89m，进尺为428