頂驅旋轉下套管技術及在長寧H8平臺的應用

徐新樂 涂增文 吳樂平 李金濤 安偉(中國石油渤海鉆探第五鉆井分公司，河北 河間 062450)

0 引言

常規的下套管在下套管期間不能快速循環、旋轉和上下活動套管。在復雜的地層可能會發生垮塌、縮徑和巖屑沉積等，從而導致下套管失敗。據統計，由于縮徑和卡鉆造成的非生產時間占整個下套管過程的49%。然而最有效的避免縮徑和卡鉆辦法是鉆井液保持循環。頂驅下套管技術[1]的引進打破了傳統下套管施工中的各種難題，把頂驅鉆進的優點應用到下套管施工中。下套管過程中，可以隨時循環或者一直保持循環，在不穩定地層下套管可以保持循環，利于井眼的穩定。頂驅下套管技術提高了自動化程度，降低了勞動強度，提高了下套管施工的安全性和效率。

1 國內外技術現狀

國外頂驅下套管裝置[2,4]研發較早，主要生產廠家Tesco、Canrig、Volant、Weatherford、Franks、Offshore Energy及Premiere等。其中Tesco公司的頂驅下套管裝置較經典。目前，Tesco公司主要有內卡式和外卡式兩類頂驅下套管裝置。內卡式頂驅下套管裝置夾持套管內表面，外卡式頂驅下套管裝置夾持套管外表面。Tesco公司的頂驅下套管裝置產品共有350t外卡、500t內卡及750t內卡3種。截止2015年底Tesco公司已經利用頂驅下套管技術完成了1152井次的套管鉆井作業施工[3]，其中定向井110口，水平井25口，海洋鉆井66口。國內最近幾年才開始對頂驅下套管裝置進行研發，主要生產廠家有中國石油集團鉆井工程技術研究院北京石油機械廠。北京石油機械廠的頂驅下套管裝置的工作原理與 Tesco 公司的產品相似，都采用液壓驅動的方式，其主要產品有XTG178 和XTG244 兩種型號。國內頂驅動下套管技術在中石油，中石化、中海油都已經有過應用案例。總井數也已超過百口。

2 頂驅旋轉下套管技術工藝流程及注意事項

頂驅旋轉下套管作業其工藝流程簡單，整個下套管過程和常規接鉆桿作業一樣，至要動作包括抓取單根套管—提升單根套管—下放套管以對扣、上扣—松卡瓦—套管柱下放—坐卡瓦—灌注泥漿(必要時)—上提大鉤以抓取下一根套管。下套管過程中，作業基本裝備和智能輔助設備交互配合使用，直至完成整個作業。

與常規下套管作業(利用液壓套管鉗)相比，利用頂驅下套管裝置進行上扣時，下套管裝置的夾持機構(內卡或外卡)與套管的接觸面積更大，相應單位面積的壓應力就更小，進而對套管的損傷降低，這對于提高套管壽命和油井壽命有重要意義。

注意事項：

(1)連接套管驅動系統作業程序及注意事項

①工具及地面設備到達井場，協調安排工作間等地面設備的安裝。

②嚴格遵守作業現場各項作業安全管理制度，進行地面設備安裝前的安全作業分析，保證所有的作業安個有序進行。

③從頂驅上卸掉吊卡、引導管。井架工盒上背鉗裝上防轉支架，如有必要卸掉安全接頭和接頭片瓦。

④用吊車或絞車將套管驅動系統提至鉆臺。

⑤連接套管驅動系統和頂驅，上扣。

⑥安裝防轉工作臂。

⑦測試工具各項功能，確保每個部件都正常工作，沒有泄漏、檢查壓力。

(2)下套管作業程序及注意事項

①設置頂驅的扭矩和轉速。

②下放單根吊卡，套在單根套管上，插好安個銷，上提套管。

③入扣，備鉗打在套管本體處。

④將套管驅動系統卡瓦插入套管，啟動套竹驅動系統卡瓦卡住套管，頂驅旋轉上扣。

⑤提起套管串，提開卡瓦。下放套管串入井。

3 頂驅旋轉下套管技術的優點

頂驅下套管技術作為一項新技術，具有以下優點：

(1)隨時循環鉆井液，及時灌入泥漿。頂部驅動裝置密封連接套管和頂驅。確保了隨時循環鉆井液，攜帶帶巖屑。鉆井液循環保證了井眼的清潔和尺寸，確保了下套管作業的安全順利進行。鉆井液隨時循環對于深井、復雜井和大位移井的井眼穩定至關重要。

(2)拓展了頂驅的應用頂驅借助頂部驅動裝可以實現套管旋轉固井和套管鉆井頂驅下套管技術縮短了處理事故的時間，減少了非生產時間。頂驅下套管工具可提升沒有節箍的套管，大大提高下套管的效率。頂驅下套管技術也具有扶正套管的功能，消除了扶臺的使用，提高了套管的安全性。

(3)微痕抓卡技術，減小套管損傷。頂驅下套管裝置上的卡瓦面積大，增大了卡瓦與套管的接觸面積受力面積更大，力更均勻套管的損傷更小，甚至可以忽略。與傳統的套管鉗比較，頂驅下套管裝置的使用減小了上扣過程中的損傷，提高了套管的化學抵抗力，延長了套管的壽命。

4 長寧H8平臺概況

長寧地區龍馬溪組頁巖氣屬非常規頁巖氣藏。構造位置位于四川盆地與云貴高原結合部，川南古坳中隆低陡構造區與婁山褶皺帶之間，北受川東褶皺沖斷帶西延影響，南受婁山褶皺帶演化控制，其構造特征集二者于一體的構造復合體。目的層為龍馬溪組，巖性為灰色、黑色頁巖。

施工鉆井隊為渤海鉆探第五鉆井分公司50521鉆井隊，鉆機型號為50LDB,頂驅型號為DQ50BC，一開二開使用水基鉆井液，三開使用油基鉆井液，完鉆鉆井液比重為2.13。

井身結構概況：長寧H8-1井完井井深5180m，水平段長1700m，最大井斜98.25°；長寧H8-2井完井井深5000m，水平段長1500m，最大井斜97.87°；長寧H8-3井完井井深4870m，水平段長1500m，最大井斜98.08°。

長寧H8平臺井為三維井型，造斜段增井斜的同時需要扭方位，狗腿度較大，三開裸眼段地層為韓家店組，石牛欄組，龍馬溪組。地質條件復雜，水平段軌跡均為上傾，井斜較大，并且龍馬溪組頁巖易垮。油層套管的下入作業存在極大的難度和井下安全風險。

5 頂驅旋轉下套管技術現場應用情況

5.1 上扣要求

如圖1、2所示，上扣過程中，都需要計算機實時監控上扣扭矩并記錄，提供有上扣扭矩圖，保證每個套管接扣都能上到位。瓦姆套管上扣扭矩22.12KN.m，BGT2氣密封套管上扣扭矩25.5KN.m。

圖1 長寧H8-1井瓦姆套管上扣扭矩圖

5.2 施工過程

5.2.1 下套管前通井情況

以長寧H8-1井通井過程為例。2016年2月20日13:00組合三扶常規鉆具通井，為下套管做準備。

圖2 長寧H8-1井氣密封套管上扣扭矩圖

通井鉆具組合為φ215.9mm HJ517G大齒牙輪鉆頭(江鉆)+430/4A10雙母接頭+φ212mm扶正器+浮閥+φ165mm鉆鋌×1根+φ210mm扶正器+φ165mm 鉆鋌×2根+φ206mm扶正器+φ165mm鉆鋌×3根+4A11/410接頭+φ127mm加重鉆桿×5根+震擊器+φ127mm加重鉆桿×4根+411/NC520+φ127mm鉆桿。

下鉆至著陸點3480m后，反復刮拉造斜扭方位段(2812～3480m)技術劃眼。2月22日15:00技術劃眼到井底5180m。做兩次短起下至4000m，循環好泥漿起鉆。總體來講下套管前井況較好。

5.2.2 旋轉下套管使用情況

2月24日10:00-24:00使用常規下套管方法下至技套鞋處(2154m)。2月25日0:00-3:00安裝旋轉下套管設備，2月26日3:30在未旋轉套管，未開泵的前提套管下至井深4370m，此時常規方法下入困難，開始旋轉套管開泵下入。

旋轉下套管參數：頂驅轉速20～30r/min，排量單泵60沖排量13.5L/s(F1600型泥漿泵，缸套140mm)，立管壓力14MPa套管下入過程順利，懸重穩定，無遇阻現象，套管下入速度4～5根/小時。

2月26日21:00接聯頂節聯入8.05m完成坐封。21:00—24:00循環泥漿。2月26日0:00—5:00拆除Tesco頂驅旋轉下套管裝置。接固井循環頭繼續循環泥漿，做固井準備。

6 結語

頂驅旋轉下套管技術在長寧H8平臺作業過程中，套管旋扣過程平穩，上扣扭矩控制精確，作業過程安全高效，可以隨時轉動套管，循環鉆井液，具有傳統下套管方式無法比擬的優勢。本平臺油層套管均一次性下到位，有效減少了在下套管作業中的事故復雜，應用非常成功，得到了各方的一致認可。建議復雜井、水平井下套管作業推廣應用該技術。