套管鉆井是指:在鉆進過程中,直接用油井套管取代傳統的鉆桿向井下傳遞機械能量和水力能量,邊鉆進邊下套管,完鉆后作鉆柱用的套管留在井內用來完井。套管鉆井技術把鉆進和下套管合并成一個作業過程,鉆頭和底部鉆具組合的起下用鋼絲繩在套管內完成,不再需要常規的起下鉆作業[16-26]。

 

  Tesco公司的可更換鉆頭套管鉆井系統加拿大Tesco公司的套管鉆井技術目前在世界上處于領先地位,已基本形成了一套頗具特色的套管鉆井配套設備和工藝技術,并進入工業應用階段,取得了良好的應用效果。

 

  地面裝備為了適應鋼絲繩起下鉆作業,套管鉆井專用鉆機配置了中開分體式天車、游動滑車,以及鋼絲繩防噴器和密封裝置。在鉆進中套管用來傳遞扭矩,但如果直接由套管傳遞有可能造成套管絲扣的損壞。

 

  因此,在頂驅輸出軸與套管柱上端之間設置了套管驅動頭。套管直接與驅動頭連接,由內卡瓦夾緊,鉆機的扭矩由頂驅主軸傳到套管驅動頭上,再由驅動頭傳到套管上,套管絲扣不參與扭矩的傳遞。套管驅動頭起下鉆、傳遞扭矩和密封循環鉆井液的作用。

 

  井下鉆具系統適用于套管鉆井的井下鉆具系統主要由下井/回收工具、底部鉆具組合、連接在套管柱末端的坐底套管3部分組成。Tesco公司已開發出<33917,<22415,<19317,<17718,<13917和<11413 mm等6種尺寸的井下鉆具系統。Tesco公司套管鉆井用的下井/回收工具包括鎖定撈矛、震擊器、測量桶、加重桿、對中扶正器、上部張力緩沖器、旋轉短節、緊急釋放短節和電纜插頭等。用鋼絲繩起下的底部鉆具組合一般由鎖定和密封總成、分隔箍、鉆井浮箍、擴眼器和領眼鉆頭等組成。坐底套管位于套管柱末端,由扶正器、軸向鎖定短節(套管鎖定短節)、扭矩鎖定短節(套管扭矩短節)以及定位臺肩、定位止動器、定位槽等組成。鉆進時,底部鉆具組合鎖定在坐底套管的鎖定短節上。

 

  威德福公司的套管鉆井系統[26-27]

 

  美國威德福公司開發出一種與Tesco公司完全不同的套管鉆井系統。該系統采用一種專門設計的鉆頭,直接連接在套管柱的底部,由連接在頂驅上的轉換接頭傳遞扭矩,通過旋轉套管以常規方式進行鉆井作業。專用鉆頭可以被常規鉆頭完全鉆掉,且由于有一個浮箍作為套管柱的一部分一同下井,鉆至設計井深后可以立即進行注水泥作業,可以實現一趟鉆完成鉆井、固井等作業,對節省鉆井時間和降低作業成本有重要作用。

 

  在全球范圍內200多次的現場應用中,該套管鉆井系統的成功率達99%,鉆進井段施工順利,套管尺寸從最大的50810 mm到最小的11413 mm。

 

  國內套管鉆井技術中國石油勘探開發研究院從1998年開始進行套管鉆井技術的前期研究工作,完成了先期技術調研,開發了適合套管鉆井方式的套管驅動器和鉆頭丟手,提出了簡易測井方法,對套管承扭承壓能力進行了試驗研究,為國內開展套管鉆井提供了技術儲備。

 

  吉林油田開展了不更換鉆頭套管鉆井技術的研究,建立了適應轉盤鉆井驅動方式的淺開發井套管鉆井工具配套系統,解決了國內陸上油田在現有鉆井裝備條件下實施套管鉆井的難題[19,21]。截至2007年累計完成9口井,其中吉林油田8口,河南油田1口,最大井深超過1 000 m。

 

  勝利石油管理局開展了/套管鉆井技術先導性試驗研究0,在消化吸收國內外先進經驗的基礎上,研制了滿足套管鉆井現場應用要求的偏梯形特殊螺紋套管、可鉆式鉆鞋、井口套管快速連接器等一系列配套工具[17]。

 

  通過總結該試驗井的經驗教訓,對相關工具和施工工藝作了進一步改進。2004年8月勝利三號鉆井平臺在冀東油田老堡1井完成了8117~50010 m表層套管施工,井眼尺寸、鉆進進尺和機械鉆速等技術指標均有較大幅度提高,達到了國內領先水平。通過這兩口井的試驗,驗證了所制定的套管鉆井工藝的可行性以及相關工具的實用性,奠定了套管鉆井技術發展的基礎,初步形成了<33917 mm表層套管一次性套管鉆井技術。