優(yōu)化鉆井作業(yè)省時(shí)省力 ——頂驅(qū)下套管技術(shù)及配
時(shí)間：2016-03-22 15:45
來(lái)源：
作者:編譯/張茂賢
傳 統(tǒng)下套管作業(yè)是應(yīng)用 動(dòng)力大鉗連接套管絲 扣形成套管柱，套管 吊卡與懸掛于游動(dòng)滑 車上的提環(huán)相連接，通過(guò)環(huán)抱住套 管柱實(shí)現(xiàn)套管柱在井眼中的起升和 下放。人工下套管作業(yè)時(shí)要考慮安 全問(wèn)題。如今，鉆機(jī)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn) 解決了這個(gè)問(wèn)題，極大提高了鉆機(jī) 效率，其代價(jià)是鉆機(jī)配備的設(shè)備將 增多，尤其是自動(dòng)化的相關(guān)設(shè)備， 增加了項(xiàng)目成本。
從 20 世紀(jì) 80 年 代中期開(kāi)始， 鉆井液的注入和循環(huán) 工具研發(fā)改善了下套管作業(yè)，使下 套管過(guò)程中循環(huán)可以隨時(shí)開(kāi)啟，無(wú) 需在套管柱的頂部連接循環(huán)異徑管 短節(jié)。這些工具與位于套管吊卡上 部的頂驅(qū)相連接，使得套管填充模 式與套管循環(huán)模式之間能夠進(jìn)行快 速轉(zhuǎn)換，省去人工成本。
尾管鉆井的應(yīng)用趨勢(shì)
當(dāng)套管柱復(fù)雜情況發(fā)生時(shí)，循 環(huán)是惟一除去套管柱下方地層沉積 物的方式。在套管底端安裝擴(kuò)眼器 套管鞋，或通過(guò)上下活動(dòng)套管柱， 用擴(kuò)眼器套管鞋外徑上的切削結(jié)構(gòu) 來(lái)銼磨井壁。這一方法使井眼重新 擴(kuò)展至一個(gè)合適的井徑，并使套管 能夠通過(guò)縮徑井段。盡管該方法經(jīng) 常使套管柱免于被拉出井眼，但與 套管柱旋轉(zhuǎn)并且應(yīng)用鉆鞋的方法相 比，效率仍然有限。
如今，尾管鉆井很快被鉆井行 業(yè)所采用。尾管通過(guò)鉆桿下入，可 以應(yīng)用在鉆機(jī)上的常規(guī)鉆井設(shè)備， 旋轉(zhuǎn)并鉆至預(yù)定井深。一般是在地 層出現(xiàn)復(fù)雜情況的地方下尾管，比 如漏失層、高 / 低壓層等處，尾管 下深不必很精確，旋轉(zhuǎn)的尾管懸掛 器實(shí)際上可以被安放在上層套管內(nèi) 的任何部位。通過(guò)在復(fù)雜地層段應(yīng) 用尾管鉆井，這些層段可以在尾管 被固結(jié)在井下之前被有效地隔離在 尾管后面， 建井施工得以繼續(xù)進(jìn)行， 用下一尺寸的鉆具組合鉆穿之前的 尾管底部鉆鞋。
旋轉(zhuǎn)套管鉆井便捷降本
尾管鉆井應(yīng)用的好處也適用于 套管鉆井，但旋轉(zhuǎn)套管鉆井必須采 用其他方法。其中，內(nèi)部套管驅(qū)動(dòng) 矛可以將套管懸掛在頂驅(qū)上，從頂 驅(qū)向套管柱傳遞扭矩，使套管柱旋 轉(zhuǎn)。這一套管矛需要依靠最小管柱重量（幾根單根）才能向管柱傳遞 鉆矩，因此接單根過(guò)程中需要使用 動(dòng)力大鉗。
套管鉆井或擴(kuò)眼系統(tǒng)需應(yīng)用一 種特殊鉆頭，叫做鉆鞋。鉆鞋直接 安裝在第一根套管上（取代常規(guī)引 鞋或浮鞋）。“旋轉(zhuǎn)套管”鉆井系 統(tǒng)鉆井過(guò)程中套管的旋轉(zhuǎn)就像常規(guī) 鉆井作業(yè)中鉆桿的旋轉(zhuǎn)一樣，特點(diǎn) 是鉆鞋鋁制的中心也完全可鉆。這 意味著一旦一段井眼鉆完，無(wú)需起 鉆，無(wú)需起出套管，降低了鉆井液 密度。旋轉(zhuǎn)套管鉆井系統(tǒng)在套管柱 中應(yīng)用常規(guī)套管浮箍可以立即進(jìn)行 固井，相較于常規(guī)鉆桿鉆井，較小 的環(huán)空使低流速下的井眼清潔更有 效，固井前不需要再進(jìn)行循環(huán)，與 常規(guī)鉆井施工完全一樣的方式下入 下一只鉆頭就可鉆穿套管鞋。該系 統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需改進(jìn)鉆機(jī)，僅 需要按照頂驅(qū)裝置， 成本節(jié)省顯著。
成功解決套管擴(kuò)眼作業(yè)難題
最初研制套管鉆鞋是為了用于 尾管鉆井和套管鉆井作業(yè)，但這些 鉆鞋對(duì)井眼清潔也十分有效。鉆鞋 的切削結(jié)構(gòu)攪動(dòng)鉆柱下方的松散地 層和鉆屑， 而外徑上也有切削結(jié)構(gòu)， 可以更好地對(duì)膨脹地層、巖層和其 他井下障礙物進(jìn)行擴(kuò)眼切削。相較 于鉆柱，套管柱剛性很大，可以將 鉆鞋支撐在已鉆地層上。
亞太地區(qū)在已鉆井眼中應(yīng)用套 管鉆鞋已有成功案例。亞太地區(qū)應(yīng) 用常規(guī)鉆井和下套管方法無(wú)法將套 管柱下入到預(yù)定深度。下入 9- 5 / 8 ″ 英寸套管柱通過(guò)不穩(wěn)定的火山巖斷 面被證明問(wèn)題頗多，需要反復(fù)起下 鉆擴(kuò)孔和改善井眼。以往的做法是 在成功下套管封隔井壁之前還需要 進(jìn)行重鉆，增加鉆井成本。 2004 年，亞太地區(qū)引入可鉆式 鉆鞋和內(nèi)部套管驅(qū)動(dòng)工具進(jìn)行套管 擴(kuò)眼，解決套管穿越復(fù)雜地層的問(wèn) 題，減少使套管通過(guò)復(fù)雜地層所需 的額外成本。自使用以來(lái)，應(yīng)用可 鉆式鉆鞋的旋轉(zhuǎn)套管系統(tǒng)在一次性 實(shí)現(xiàn)套管柱下入預(yù)定井深的作業(yè)中 取得了 100% 的成功。粗略估計(jì)， 在超過(guò) 22 次套管鉆井中，每次套管 鉆井可節(jié)約時(shí)間 1~40 天。對(duì)于復(fù) 雜地層的鉆井作業(yè)，在頂驅(qū)裝置和 配套工具方面的額外投入是值得的， 經(jīng)濟(jì)上十分劃算。
頂驅(qū)下套管技術(shù)未雨綢繆
在另一個(gè)成功案例中，一位來(lái) 自北海油田的鉆井作業(yè)人員證明了 使用套管旋轉(zhuǎn)和循環(huán)突出的優(yōu)勢(shì)。 他監(jiān)測(cè)了下套管和尾管非有效時(shí)間 的占用情況。這位人員在兩年鉆井 作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)歷了超過(guò) 50 天非有 效時(shí)間損失，由于縮徑和卡套管柱 產(chǎn)生的非有效時(shí)間占到了下套管過(guò) 程中總非有效時(shí)間的 50%。這位人 員現(xiàn)在估計(jì)，大部分時(shí)間損耗都可 以通過(guò)應(yīng)用套管柱和減磨工具進(jìn)行 預(yù)防性的旋轉(zhuǎn)和循環(huán) （擴(kuò)眼） 來(lái)避免。 該案例還沒(méi)有考慮和包括套管遇卡 引起的套變、 重鉆、 側(cè)鉆、 分段磨銑、 斜向器側(cè)鉆等導(dǎo)致的時(shí)間和成本。 如果把這些情況都加以考慮，套管 鉆井、尾管鉆井以及相應(yīng)的頂驅(qū)下 套管技術(shù)所體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)則更加 突出。
同時(shí)，頂驅(qū)下套管技術(shù)也提高 套管作業(yè)機(jī)械化程度和安全性，使 應(yīng)用套管和尾管進(jìn)行鉆井和擴(kuò)眼成 為可能。頂驅(qū)下套管技術(shù)極大地優(yōu) 化了鉆井作業(yè)，應(yīng)用套管鉆井或在 井眼中旋轉(zhuǎn)套管柱時(shí)，必須考慮摩 阻和扭矩的模擬、周期疲勞的計(jì)算 和居中措施。隨著頂驅(qū)下套管技術(shù) 的普及，鉆井技術(shù)人員能夠?yàn)殂@井 作業(yè)減少大量的非有效時(shí)間。 另外， 頂驅(qū)下套管還可以減少鉆井液循環(huán) 時(shí)間、消除在劃眼起下鉆、擴(kuò)眼起 下鉆和下套管過(guò)程中面臨的清潔井 眼問(wèn)題。頂驅(qū)下套管技術(shù)使得鉆井 操作人員能夠?qū)ξ搭A(yù)見(jiàn)到的井眼復(fù) 雜情況進(jìn)行快速反應(yīng)。
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