套管鉆井測井技術的應用及發展

長江大學 地球物理與石油資源學院 徐曉春

西安方元能源工程有限責任公司 易必煥

長江大學 地球物理與石油資源學院 徐明振

套管鉆井測井技術的應用及發展

長江大學 地球物理與石油資源學院 徐曉春

西安方元能源工程有限責任公司 易必煥

長江大學 地球物理與石油資源學院 徐明振

一、理論概述

所謂套管鉆井技術，指的是用套管代替鉆桿進行鉆井作業。換句話說，就是舍棄鉆桿及鉆鋌，改用套管對鉆頭進行扭矩和鉆壓，鉆進與下套管同時進行，完鉆之后將套管繼續留在井下作完井用。

套管鉆井方式有兩種，一種是套管旋轉鉆進，以地面驅動裝置為動力來源，以套管為途徑將扭矩傳向鉆頭，這就對套管及其螺紋連接強度提出了更高要求；另外一種需要借助井下動力鉆具，在一定程度上改善了套管受力情況。

與其他鉆桿鉆井技術相比，套管鉆井技術的優點主要體現在以下幾方面：第一，起下鉆時間更短，通常情況下是常規鉆桿起下鉆速度的數倍；第二，成本更低，不必在采購、運輸、維護鉆桿及鉆鋌方面花費成本；第三，由于套管的存在，起下鉆桿時所導致的抽汲作用及壓力脈沖被消除，很好地改善了井控狀況；第四，可以有效促使鉆屑聚焦，避免出現井涌；第五，水力參數、環空上返速度以及井筒清洗等狀況得到改善。

二、國外套管鉆井技術的應用及發展

20世紀中葉，國外就曾提出以套管取代鉆桿開展鉆井作業的設想，但是由于技術及裝備等方面因素的限制，未能付諸實踐。直至20世紀90年代，隨著材料及新技術的不斷發展，石油開采技術也隨之發展，一系列新工藝、新工具及新裝備先后問世，套管鉆井技術再次成為業內的關注焦點。

早在1885年，加拿大Tesco公司便展開了套管鉆井技術的研究，其所提出的套管鉆井系統采用的是比較常見的油田生產套管，即上部鉆井鎖借助鉆具加以組合并實現鉆具及套管的連接及液壓密封。并且，將嵌入及去除裝置安裝于套管柱處。位于鉆井鎖之下的鉆具組合末端是導向鉆頭，部分情況下會有一些諸如泥漿、馬達或者擴眼器等鉆柱組件。有效地控制鉆井時間和成本是該公司的基本出發點。Tesco公司還研發了全液壓套管鉆井車載鉆機。

美國Weatherford公司所提出的套管鉆井技術的基本原理及設備與加拿大Tesco公司的方案大致相當，不同之處主要是Weatherford公司的方案更加側重表層施工，使用的是特制的PDC鉆頭，并以易鉆材料制作胎體，借助特殊裝置連接到套管上。該公司所提出的套管鉆井技術方案被泛美石油公司應用于阿根廷龍丘油田，取得了滿意成效，不但大大減少了鉆井時間，而且采油效果得到很大程度的提升。

三、我國套管鉆井技術的應用及發展

2006年，套管鉆井技術獲得國家科技部的批準立項，并被列入國家863計劃。該研究課題以吉林油田集團公司為主要依托單位，另有4個單位加以輔助。吉林油田應用勘探開發研究院從開發鉆井特點出發，構建欠開發井套管鉆井系統及其配套性的鉆井工具，該系統主要適用轉盤鉆井驅動方式。在套管鉆井技術在套管驅動頭、鉆頭連接器、專用承扭保護器、抗黏扣型螺紋密封脂等方面擁有獨立自主知識產權，從而在當前條件及裝備下，成功解決了陸上油田進行套管鉆井面臨的難題。

2003年，大港油田開始對套管技術展開研究，在國內首次提出陸上油田表層套管鉆井工藝，填補了我國在此領域的技術空白。不僅如此，該公司還在套管鉆井工具方面享有專利權，并且獨自研發出了套管鉆井專用的鉆鞋并投入工業性生產，使套管鉆鞋實現了國產化。老化穩定實驗就是觀察隨著老化時間增加，黏度持續增大（研究時間范圍內），聚合物在此老化溫度下具有的老化穩定性。一般而言，聚合物分子鏈基本沒有熱降解，而分子間締合隨著老化時間的增加而不斷加強（在此溫度下和時間范圍內）。在油層溫度和地層水礦化度都很惡劣的條件下，研究穩定性問題十分重要。充分利用締合聚合物的分子疏水基上的聚合作用，可以解決締合聚合物調剖體系的長期穩定性。而穩定最終可以促使交聯體系的脫水作用和脫水速度降低，從而實現提高疏水締合聚合物交聯體系的長期穩定性。所以，地層條件下凝膠體系的穩定性較好。實驗結果表明，分子結構設計合理的締合聚合物具有能滿足工程施工的溶解速度、高效增黏、耐溫耐鹽以及良好老化穩定性和抗剪切特性。同時也用實踐證明，高黏締合聚合物的可注入性、黏度在地下滲流過程中的有效性以及建立流動阻力的能力是可以肯定的?，F場實踐證明，締合聚合物溶液在高溫高鹽工作環境下，無論是用在驅油還是調剖上都是有效的。

為實現對鉆井成本的有效控制，充分開發外圍未動用儲量，大慶油田對表層套管鉆井技術進行了深入研究，對非頂驅鉆井條件下表層套管鉆井設備進行了完善性改造；此外，通過套管鉆井實踐，其自行研發的設備、儀器及相關工具都取得了圓滿成功。在機械鉆速的平均值方面，套管鉆井技術遠遠優于常規鉆井技術，明顯縮短了鉆井周期。

這種鉆井技術對于找礦很有幫助。找礦應遵循以下原則：一是選區必須有巖漿活動；二是選區必須是在大斷裂構造附近，并且在主要成礦帶上；三是選區必須在地質、化探或物探異常內。以上三個條件的耦合，才是工作的重點靶區。找礦的手法多樣，筆者依據多年的實踐，認為可以復合使用多種手法，注重應用新技術、新方法、新裝備。進入新世紀后，從航空到航天，從地面到深部，從一維到多維，從單學科到多學科，建立了立體探測技術體系，實現了從定性描述到定量評價的轉變，可以快速有效地圈定找礦靶區，對礦體作出準確定位。高精度、高分辨率、大探測深度、抗干擾、多元素、多參數的勘查技術及其裝備的使用，不僅大大提高了找礦工作的效率，而且加大了直接探測的深度，加快了礦床發現的速度。

2004年，勝利油田應用套管鉆井技術對懇東油田進行了表層套管鉆井實踐。結果顯示，在鉆井速度方面，套管鉆進技術比使用常規技術提升近1/2。此外，中石油公司套管鉆井技術實踐也充分證實了該技術的優越性。

四、結論

國內外長期實踐證明，與傳統的鉆井技術相比，套管鉆井技術的創新性更加突出，發展潛力更大。不僅如此，隨著套管鉆井技術的逐步發展和完善，今后在有效控制深井整體成本以及促進淺層油氣藏開發效益等方面將會有更更加突出的表現。需要指出的是，要想使套管鉆井技術今后在鉆井領域的應用被進一步推廣，還需要對鉆頭泥包、套管彎曲以及完成鉆井后套管剩余強度的評價等方面進行更加深入的研究。