石油鉆井中跟套管鉆進技術的應用

程林

中海油田服務股份有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518000

在地質勘探中，很多情況下要到達地質比較復雜的第四系地層，而且還時常會遇到風化和熔斷較為嚴重的軟層、斷裂帶等。在這種復雜的地質中鉆井很容易出現異物流落和坍塌的問題，因此需要采用跟套管技術來解決。跟套管技術在復雜的地層鉆探中有著廣泛的應用，如高壓旋噴施工、礦產勘探、工程地質勘察等，實際的應用中也取得了較好的效果。但是目前跟套管技術在石油領域的應用還較少，因此可創新的將其用于石油鉆井中，以此來針對性解決易漏、易垮地形的鉆井問題。

1 跟套管技術簡介

跟套管技術已經發了一段時間，目前其技術已經較為成熟，應用的范圍也較廣。結合當前的實際情況，跟套管技術的常見應用主要有以下幾種：

斑加鉆跟套管鉆進。該技術通常只用于鉆淺孔，在套管的頂部設置平臺，在平臺上人工操作鉆桿，從套管內向下鉆進。

偏心擴底式跟套管鉆進。該項技術常用的是潛孔錘，從套管內下到孔底，在底部安裝有偏心式的擴底鉆頭，這樣鉆孔就會略大于套管，當潛孔錘在沖擊時就會帶動套管同時跟進。

同心式跟套管鉆進。該技術是在套管的底部安裝換裝鉆頭和管鞋，用鋼絲繩將其固定承插，在管套內放入潛孔錘和導向鉆頭，當潛孔錘對導向鉆頭沖擊時會帶動套管一起鉆進。

頂驅式跟套管鉆進。頂驅式跟套管鉆進是在鉆桿的頂部安裝沖擊機構，這樣就能實現在管套內超前鉆孔。當鉆機運動時，其回轉機構會驅動套管同時的回轉跟進。

頂居式跟套管鉆進。頂居式跟套管鉆進技術是首先用搓管機將套管鉆入一定的深度，在套管頂部用液壓驅動鉆頭，這樣就可在套管內反循環向下鉆進排渣，套管在液壓機的驅動下跟進。

水域微型頂居式跟套管鉆進。水域微型頂居式跟套管鉆進是將套管穿過甲板后插入水底，通過輕型的鉆機取樣，如圖1所示。一般而言，水域微型頂居式跟套管鉆進主要是用于水域的鉆探，可隨著鉆孔的深入跟進套管。

圖1 水域微型頂居式鉆機

（7）水平孔屏蔽跟套管技術。如圖2所示，為水平孔屏蔽跟套管鉆進示意圖，這種工藝適用于垂直孔的鉆進，鉆桿與套管可以同時回轉，也能分別回轉。

圖2 水平孔屏蔽跟套管鉆進示意圖1—回轉器；2—導向器；3—套管卡盤，4—鉆桿卡盤，5—操作臺，6—注油器，7—套管，8—鉆桿，9—潛孔錘，10—套管鉆頭，11—氣龍頭，12—送氣管，13—制動器，14為機架。

除上述的幾種跟套管技術外，還有旋轉鉆跟套管技術、雙回旋驅動跟套管技術等。隨著相關技術的不斷完善，跟套管技術的種類越來越多，而且其應用的領域也不斷擴大。根據當前的實際情況，跟套管鉆進技術在河灘、人工填土地鉆探等領域的應用十分廣泛。而且很多著名的工程都采用了跟套管鉆進技術，如四川鹽源金河大橋錨固工程、新疆烏奎高速公路風層采空區注漿孔施工等，這些實例都說明了跟套管鉆進技術應用的廣泛性與潛在市場。

2 石油鉆井設備工具及工藝

在石油鉆井的過程中，經常會出現井壁坍塌的問題，而且還有鉆頭被埋的現象，這就導致施工受到極大影響。因此可將跟套管鉆進技術應用在石油鉆井中，針對性的改進相關設備與工藝。

2.1 設備的改進

首先對于轉盤部分而言，它主要作用是傳遞動力，應用在石油鉆井時可將方補心裝置替換成液壓夾緊裝置，以此將動力傳遞給鉆桿和鉆頭，也能方便套管的順利放下。當然，這需要對設備的控制系統進行調整，增加液壓裝置的控制開關。其次，鉆鋌也要針對性的改進，這是為了在鉆進時將套管順利的放下。相應的改進可在鉆井下安裝連接裝置，同時增加鎖緊的設備。這樣就能將連接裝置每個部位都固定，而且也能避免連接裝置和套管連接件的碰撞。再者是對套管的改進，這是因為石油鉆井的套管與普通套管有一定的差異，需要在套管內部留一個平段。以此方便鉆鋌連接裝置和套管的連接。最后是對鉆頭的改進，相應的改進是為了鉆頭能夠從套管中順利的取出，在這方面可采用收縮鉆頭，其他的配套設施不用做出改變。

2.2 設備工作原理

跟套管鉆進技術應用在石油鉆井中需要對設備進行調整，當鉆柱做鉆進運動時，其下方連接的裝置會向下動作，這時裝置的滾珠就能把連接裝置的旋轉運動變化為垂直運動，而且還能預防鉆頭與套管之間的撞擊磨損，實現套管與鉆進的同步進行。當然，還需要在連接裝置上開孔，這是為了方便鉆井液的循環、隨著鉆井深度的不斷增加，套管也會下降跟進，當整個工程完工時將鉆頭從套管中取出即可。

2.3 跟套管鉆進流程設計

跟套管鉆進技術在鉆井中應用與傳統的技術基本相同，首先需對連接裝置進行確認，在鉆鋌的什么位置安裝連接要根據鉆頭的長度確定，校核好位置后才能固定連接裝置。其次，當鉆進到一定深度后，需增加一跟套管時，需控制將井臺的轉盤液壓夾緊裝置放開，放入一跟套管后再夾緊，然后按照此操作循環。之后在鉆井工程完工后把鉆頭縮小，提鉆桿時鉆頭會隨著鉆桿一同上升，最后用水泥固定。

從上述的分析可以看出，將跟套管鉆進技術應用在使用鉆井中所需的設備改動并不大，相應的工作原理也較為簡單，只需對關鍵的設備進行改裝就可實現應用。而且從實際來看，目前也有部分石油企業在鉆井時應用了跟套管鉆進技術整體取得了良好的效果。因此在后續的發展中，可進一步強化跟套管鉆進技術在石油鉆井中的應用，為石油鉆井工程的開展提供強有力的支持。

3 石油鉆井中跟套管鉆進技術的應用

在傳統的石油鉆井中，由于地質原因很容易發生井壁坍塌的問題，鉆頭被埋的事故也時常發生。但是將跟套管鉆進技術引入石油鉆井中可很好的解決這一問題，通過合理的改裝能增強石油鉆井的穩定性。當然，相應的套管設備等都要作出調整和改進，這樣才能更好的應用跟套管鉆進技術。

應用跟套管鉆進技術在進行向下運動時，鉆具沒有另一方面的阻礙，其工作效率相對較高。而且鉆探過程中，泥漿從鉆桿和管套縫隙中流出，這樣避免了噴涌液體對井壁的沖刷，由此減少了井壁坍塌的幾率，可增強石油鉆井的安全性。除此之外，應用跟套管技術保護井壁可有效預防疾病坍塌的危險，特別是在不穩定地層的鉆井中，能夠起到極強的保護作用。這樣就能為石油鉆井作業的開展提供強有力的支持，讓石油行業創造更多的社會效益與經濟價值。

在石油鉆井的過程中，一旦發生井壁坍塌的問題，首先會造成鉆井作業的延誤，而且還會增加鉆井液流動的阻力，導致作業成本增加。其次，發生井壁坍塌后會增加鉆井液當量環控密度和對地層的壓力，這時鉆頭的轉速也會降低，很容易形成卡鉆的事故。特別是對于復雜的井下情況而言，當發生緊壁坍塌后會形成惡性循環，很有可能導致井眼的報廢。因此在石油鉆井中十分關注井壁的防護。而跟套管鉆進技術是在鉆桿和井壁之間增加防護，這樣就能有效的起到防護作用，一方面避免鉆井液、鉆桿等對井壁的損傷，另一方面還能起到支撐防護的作用。因此在石油鉆井中引入跟套管鉆進技術有著極強的可行性和實用性，后續還可加大相關技術的研發，以此為石油鉆井作業的開展提供強有力支持。

4 石油鉆井中跟套管鉆進技術應用的優勢

跟套管鉆進技術能夠解決常規鉆孔過程中出現的孔壁坍塌、堵孔以及難以成孔的問題，特別是在特殊地質的鉆井中，跟套管技術能預防鉆桿與井壁間的摩擦，這樣向下鉆進的阻力能夠有效的減少，這就延長了設備使用的壽命，而且也能減少事故的發生。

由于跟套管鉆進的外套采用浮動結構，所以它不會跟鉆具運動，也不會出現摩擦阻力。從實際的應用來看，跟套管鉆進技術在復雜地質條件下有著極好的效果，不僅鉆進的速度可提升一倍左右，而且也能減少鉆井噴涌液對井壁的傷害，降低鉆井工程的成本。我國原本的跟套管技術與發達國家相比還存在一定的落后性，但是近幾年隨著技術的不斷更新迭代，跟套管技術有了顯著的提升，在地質勘探、石油鉆井等領域有著較為廣泛的應用，而且也獲得了社會的廣泛好評。特別是對于石油鉆探工程而言，在第四系地層的鉆探中，跟套管技術能夠解決多項難題，對于提升鉆井穩定性有著重要的意義。

從上述的分析可以看出，跟套管鉆井技術在石油鉆井工程中的應用有著極強的優勢，不僅能節省成本，而且也能減少施工對環境的破壞。因此兩者的結合有著較好的工程應用前景，能夠解決石油鉆井中面臨的技術難題。但是從當前的實際情況來看，在石油鉆井中引入跟套管鉆進技術的實例還較少，兩者的結合并不緊密。因此在后續的發展中需進一步強化技術的引入，相關的研發機構做好技術支撐，設備與工藝也要作出相應的調整，以此為跟套管鉆井技術應用在石油鉆井中奠定良好的基礎。

5 結束語

在傳統的石油鉆井中，由于地質情況較為復雜，常常會出現井壁坍塌的問題，不僅影響施工的進度，而且還會帶來經濟損失。跟套管鉆進技術在解決井壁坍塌方面有著極大的優勢，而且它在相關領域也有一定的應用，因此可通過設備與工藝的改進將跟套管鉆進技術應用在石油鉆井中，不僅能夠提升石油鉆井的安全性，而且還能達到節省成本的目的。