跟套管鉆進技術在石油鉆井中應用的研究

余昭艷　趙詩

摘要：石油鉆井過程中，上提鉆柱時，由于鉆柱的活塞作用，造成井壁坍塌，鉆頭被埋的事故。此外，為了實現鉆進與下套管同步進行，節省鉆進成本，本文筆者通過分析，將傳統的鉆井工藝加以改進，結合國內外的一些專家學者的研究成果，提出應用于石油鉆井的跟套管鉆進技術（Drilling Technology with Casing）。本文介紹了跟套管鉆進在石油鉆井中應用的優勢，同時利用跟套管鉆進技術的思想對普通的鉆機、鉆桿等所作加以改進，并分析了適合石油鉆井領域的鉆機。介紹了跟套管鉆進相對于普通的鉆進步驟上的不同之處。

關鍵詞：跟套管鉆進設備工藝

中圖分類號：TE1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0094-01

跟套管鉆進是在在鉆井過程中，邊用普通的鉆桿鉆井，邊下套管的一種鉆井工藝。目前，某些油田在鉆軟地層過程中，經常發生井壁坍塌，給鉆井公司帶來巨大的財力物力損失。此外，為了實現鉆進與下套管同步進行，節省鉆進成本，跟套管鉆進技術就是針對該問題提出來的，該技術能夠有效的解決上述問題。

1 問題的提出

目前，在國內外，大量鉆井施工經常穿過復雜的第四系地層，也經常要對付穩定性差的風化破碎帶、裂隙溶洞和松軟地層。在這些條件下鉆探不同用途的井孔，都不可避免地面臨保護孔壁與防止漏失問題[1]。針對此類問題，跟套管鉆進技術被提出。

跟套管鉆進技術目前已發展成為對付復雜地層鉆進的一種有效的方法，其應用地層較多，如在復雜的第四系地層、含砂卵礫石層、河灘和人工填土以及種種不穩定巖層鉆探或施工時采用跟套管鉆進。其應用的領域也日益寬廣，如地質礦產勘探，工程地質勘察，砂礦床鉆探；基礎樁、圍護樁施工，錨固孔、注漿孔和高壓旋噴施工。跟套管鉆進在若干條件下已成為不可取代的鉆探與施工方法。綜上述可知，跟套管鉆進技術的適用范圍廣，技術雄厚，同時在多個工程領域取得了十分成功的應用，并起了關鍵的作用，帶來了可觀的經濟和社會效益。

然而，該技術在石油鉆井領域的使用幾乎處于空白，如果石油鉆井行業將此項技術和普通的鉆井工藝相結合，將會在松軟地層、易漏易垮地層等一系列的鉆井問題上得到突破。

2 設備工具及鉆井工藝

2.1 設備簡介

針對普通鉆井工藝中容易出現的井壁坍塌[2]，造成鉆頭被埋等一系列的生產事故，筆者在跟套管鉆進技術的指導之下，分析出了和該技術相匹配的石油鉆機和鉆具。

（1）轉盤部分。

傳統的轉盤是由方補心將動力傳遞給方鉆桿，再由方鉆桿將動力傳遞給鉆桿、鉆頭等[3]。針對跟套管鉆進是邊下套管邊鉆進的特點，筆者將方補心換成了液壓夾緊裝置，這便于套管能夠放下，與此同時，司鉆房里相應的控制設備也要作一部分的調整，便于控制液壓夾緊裝置。

（2）鉆鋌。

為了在鉆進過程中套管能夠隨之一起下降，筆者把鉆鋌進行了改進。鉆鋌的下端安裝一個連接鍵，該連接鍵和鉆鋌用螺紋連接，連接鍵上設計一鎖緊裝置，目的是為了連接鍵可以在鉆鋌上任意位置固定，連接鍵的下端面安裝有滾珠，避免在鉆進過程中，發生連接鍵和套管連接位置之間發生滑動摩擦，造成設備磨損過大，連接鍵上開有小孔。

（3）套管。

該設備的套管和普通的套管基本相同，只是在套管的下端的內部設計一個平段，便于鉆鋌的連接鍵和套管相連。

（4）鉆頭。

為了在鉆井完成時，鉆頭能夠從套管中取出，筆者將普通鉆井工藝中的鉆頭換成了收縮鉆頭，其他基本不變。

2.2 設備的工作原理

跟套管鉆井主要的工作原理和普通的鉆井技術的原理基本上相同，只是做了簡要地調整。當動力帶動鉆柱鉆進時，底部的連接鍵一方面作旋轉運動，一方面垂直向下運動。滾珠的目的就是把連接鍵的運動轉換成垂直運動，同時不至于設備磨損過大，這樣就實現了同時鉆進同時下套管的目的，為了便于鉆井液的循環，在連接鍵上開了一些孔道。隨著鉆進的深入，套管隨之不斷的下降，當鉆井完成時，鉆頭收縮，從套管內面提出來。

2.3 跟套管鉆進流程設計

跟套管鉆井技術在鉆進過程中，和普通鉆井技術步驟基本相同，筆者主要敘述其相異的步驟。

（1）根據鉆頭的長度，調整好連接鍵在鉆鋌上的位置，調整后將連接鍵固定。

（2）正常開鉆接到要接第一根單根時起鉆，接單根，然后下鉆。

（3）開鉆到要接第二根單根時，由司鉆控制，打開轉盤的液壓夾緊裝置，下第一根套管，套套管，再合上液壓夾緊裝置，然后接單根，依次類推。

（4）當正常鉆進完成時，將鉆頭收縮，當上提鉆桿時，鉆頭就隨之從套管內壁取出，整個鉆井就初步完成了，下步只要下水泥固井就實現完井了。

2.4 鉆跟管鉆具的特點

（1）該鉆具采用運動變換裝置，鉆進時套管不作旋轉運動，只作垂直于地層的縱向運動，減少了鉆具在鉆進過程中的阻力。

（2）由于鉆屑從內鉆桿與外套管間隙中噴出，減小了鉆井液對井壁的直接沖刷，增加了井的穩定性。

（3）由于采用套管護壁，對于易塌井的不穩定地層，防止了井壁塌陷，能夠有效地保證在起鉆過程中不至于發生井塌，造成卡鉆。

3 跟套管鉆進技術與石油鉆井相結合的優勢

“跟管鉆進”較好解決了常規鉆孔方法容易造成的孔壁坍塌埋鉆、掉塊卡鉆、堵孔或難以成孔等難題。采用套管逐層護壁的方法，還可以有效防止常規工藝中由于地層因素而較一出現的井斜現象，同時減小了孔壁與單極套管之間的摩擦阻力，減少了套管事故。

由于跟管鉆具外套管采用浮動結構，不隨內管旋轉，既起到保護井壁作用，又不產生較大的旋轉阻力距。經跟套管鉆進技術在其他工程中應用的實驗對比，在復雜地質條件下，“跟管鉆進”鉆孔技術相對于常規鉆孔技術，鉆孔速度提高1～1.5倍。由于套管同步跟進，減小了鉆井液直接對井壁的沖刷，施工過程中不必進行固壁灌漿或添加其他護壁材料，避免了灌漿或護壁材料影響施工環境，使得成本降低約30%[4]。

4 結語

跟套管鉆進技術是一項迅速發展并且應用十分廣泛的技術，如果該技術能夠很好的和石油鉆井行業相結合的話，將具有很大的經濟價值和很好的工程應用前景。國內外跟套管技術在其他工程上成功的應用表明，應用跟套管鉆進技術可以很好地解決井壁坍塌等造成的一系列問題，特別適用于一些軟地層，同時有效的提高鉆速，節省了大量的成本，對石油鉆井行業有著十分重要的意義。

參考文獻

[1] 耿瑞倫.跟套管鉆進技術及其應用[J].地質裝備，2000（9）：11-15.

[2] 李昌順，董煥玉，姜積王，等.烏南9區塊井壁坍塌復雜成因和技術對策研討[J].內蒙古石油化工，2011（5）：81-83.

[3] 熊青山，樓一珊，夏宏南.石油工程專業實習指導書—鉆井[M].北京：石油工業出版社，2008.

[4] 封榮健.跟管鉆進技術在龍灘電站應急支護工程的應用[J].紅水河，2007，23（6）：103-104.