淺談套管鉆井新技術

摘 "要：套管鉆井技術是近年美國和加拿大開發的一種新型鉆井技術， 因其具有降低鉆井成本等許多優點， 已大量應用于鉆井施工。文中對套管鉆井技術及其配套設備進行了介紹， 對套管鉆井系統的工作原理、鉆具結構及相關技術進行了闡述。

關鍵詞：套管;鉆井技術;鉆具組合;鉆井系統;

文章編號：1674-3520（2015）-11-00-01

一、套管鉆井工藝

套管鉆井工藝是用套管代替鉆柱， 通過套管向鉆頭傳遞水力和機械能的。它采用一種可回收式再進入鋼絲繩井下鉆具組合鉆進， 并且起下鉆具組合不需要起下套管。這種井下鉆具組合是由能穿過套管的領眼鉆頭和擴孔器組成的。鉆進時由領眼鉆頭先鉆出領眼， 再打開其后面的張合式擴孔器進行擴孔， 把領眼擴成與套管留有一定間隙的井眼。在鉆定向井時， 井下鉆具組合還包括螺桿鉆具和隨鉆測量儀等必備的定向鉆井設備， 并可同時下入隨鉆測井儀或取心工具。

套管鉆井與常規的轉盤鉆井的主要區別在于： 套管鉆井需要的是一種特制鉆機， 也可對常規鉆機進行改造， 使其適用于套管鉆井。套管鉆機必須使用頂驅來旋轉套管， 它還要有一個大型鋼絲繩裝置來起下鉆具組合。用套管鉆井系統鉆進時， 要求鉆頭能穿過套管， 同時又能鉆出尺寸比套管直徑大的井眼。套管鉆井所鉆出的井眼無法用常規的測井儀進行測井， 而是用套管內測井儀進行隨鉆測井。用這種鉆井工藝其造斜率要比常規鉆井的造斜率高， 但注意易產生較高的狗腿度。

二、國外套管鉆井技術

國外套管鉆井技術的主要代表是以繩索回收技術為基礎的回收式套管鉆井技術（以加拿大TESCO公司為代表）和可鉆式單行程套管鉆井技術（以美國Weatherford 公司為代表）。

（一）TESCO 公司的套管鉆井系統

該公司生產的套管鉆井系統是用常規油田套管為鉆柱、邊鉆進邊下套管，套管井底鉆具組合傳遞水力和機械能量以及給鉆頭施加鉆壓。鉆具組合通過鋼絲繩起下，并懸掛在井底套管上的座底短節上，組合頂部裝有鎖緊總成（DLA），其作用是提供其與套管之間軸向和徑向的機械連接、水力密封及連接和脫離套管柱的機械裝置，組合的最下部是領眼鉆頭，也可以加裝其他常規鉆井工具（如井下擴眼器、動力馬達、取心或定向裝置）。

井下鎖定裝置是套管鉆井技術中最具特色的技術，其功能是：鉆進時將井下工具串鎖定在套管上，使之不能轉動和軸向竄動;起鉆時鎖定器解鎖，從套管內可以將井下工具組合打撈至地面。國外井下鎖定裝置主要由鎖定活塞、承載鍵、承載殼體等3 個部件組成（ 圖1），鎖定活塞下行時，承載鍵被嵌入承載殼體內，此時承載鍵可承受較大的鉆井扭矩和鉆壓;當通過打撈矛上提鎖定活塞時，承載鍵被擠出承載殼體，鎖定裝置解鎖，整個井下工具組合可提離井底。

TESCO 公司的一種井下回收工具使用頂部驅動旋轉套管，接套管單根時先從套管架上吊起單根放入鼠洞，頂驅延伸至鼠洞處接好單根上端螺紋，然后提至井口與套管柱連接，最后以常規方式鉆完該單根。鉆井過程中主要采用旋轉鉆進方式，只是在使用馬達定向時以滑動方式鉆進。

多數情況下，井下擴眼器與領眼鉆頭配合使用，將井眼尺寸從領眼鉆頭直徑擴大到設計尺寸。領眼鉆頭的尺寸足以通過套管，而擴眼器擴開的井眼尺寸則是下套管的常規井眼尺寸。

（二）Weatherford 公司的套管鉆井系統

與TESCO公司相比，Weatherford 公司生產的套管鉆井系統的原理及設備基本相同，對套管鉆井技術的認識更為簡單、有效，在降低鉆井費用及處理鉆井問題等方面具有非常明顯的技術優勢。使用Weatherford 公司的系統進行套管鉆井時，通常不需要起出鉆具組合即可完成固井等作業，中途無需間斷施工。

為了有效地提高利用套管鉆井工具“迅速固井”的能力，Weatherford 公司一直致力于芯部可鉆式鉆鞋的研究開發，目前已經擁有了第三代產品。雖然Weatherford 公司的套管鉆井技術發展迅速，在一次性淺井作業具有明顯的優勢，但同一井眼內鉆頭不能更換，一只鉆頭須打完全部進尺，不用在套管內起下工具組合，因而限制了該項技術的使用范圍。

如果套管鉆井向深層次發展，必須要更換鉆頭，所以加拿大TESCO 公司的套管鉆井技術值得借鑒。

三、展望及前景

現場試驗表明， 在無事故井中進行套管鉆井可節省鉆井成本10%～ 15%。在鉆速較快的陸地井中估計可節約鉆井成本30%。對于鉆易坍塌地層， 如果套管鉆井被證明是一種更加經濟有效的方法， 則有可能節省更多的鉆井費用。對已有的鉆井技術如定向鉆井、注水泥、測井、取心和試井等作業采用套管鉆井、固井來替代常規的鉆桿鉆井， 其速度比常規鉆桿鉆井快5～ 10 倍。

因此， 套管鉆井作為一項前沿技術已推動鉆井工業進入新世紀。這一降低鉆井成本的重大舉措， 對石油工業的發展具有重大影響。

目前國內一些機構正在開展套管鉆井技術的研究工作。大慶油田開展了表層套管鉆井技術的試驗研究，該技術為可鉆鉆頭式套管鉆井技術，實現了非頂驅鉆機的表層套管鉆井所需的設備改造，完成了所需儀器和工具的研制，并成功進行了4 口井的試驗，證明套管鉆井的平均機械鉆速高于常規鉆井，可以縮短鉆井周期。

中國石油集團鉆井工程技術研究院與吉林油田共同承擔了國家863 計劃項目的“先進鉆井技術與裝備”之“套管鉆井技術”專題，先后研究開發了簡易套管鉆井技術及專用配套工具、可更換鉆頭套管鉆井工具及工藝。這些技術對鉆機并沒有特殊要求，采用轉盤驅動，在吉林油田成功進行了現場試驗。

可以看到，國外的套管鉆井技術是依托頂驅來實現的，而目前國內的套管鉆井都是基于轉盤驅動的簡易套管鉆井，在裝備和技術上還有一定差距。套管鉆井是一個龐大的系統工程。國內的公司和科研機構也可以嘗試進行聯合開發攻關，取長補短，在套管鉆井的核心裝備技術上實現突破。

四、結束語

套管鉆井技術作為一種全新的鉆井工藝技術，發展升級迅速，應用范圍不斷擴大。我國目前的套管鉆井技術還停留在轉盤驅動階段，而且也沒有得到廣泛的推廣應用，從裝備、技術水平和應用等方面都與國外有較大的差距。下一階段應該考慮開發基于頂驅的套管鉆井技術，并且擴大其應用范圍，使得這項技術能夠為我國鉆井技術的水平提升做出貢獻。