跟套管钻进是在在钻井过程中, 边用普通的钻杆钻井, 边下套管的一种钻井工艺。目前, 某些油田在钻软地层过程中, 经常发生井壁坍塌, 给钻井公司带来巨大的财力物力损失。此外, 为了实现钻进与下套管同步进行, 节省钻进成本, 跟套管钻进技术就是针对该问题提出来的, 该技术能够有效的解决上述问题。
目前, 在国内外, 大量钻井施工经常穿过复杂的第四系地层, 也经常要对付稳定性差的风化破碎带、裂隙溶洞和松软地层。在这些条件下钻探不同用途的井孔, 都不可避免地面临保护孔壁与防止漏失问题[1]。针对此类问题, 跟套管钻进技术被提出。
跟套管钻进技术目前已发展成为对付复杂地层钻进的一种有效的方法, 其应用地层较多, 如在复杂的第四系地层、含砂卵砾石层、河滩和人工填土以及种种不稳定岩层钻探或施工时采用跟套管钻进。其应用的领域也日益宽广, 如地质矿产勘探, 工程地质勘察, 砂矿床钻探;基础桩、围护桩施工, 锚固孔、注浆孔和高压旋喷施工。跟套管钻进在若干条件下已成为不可取代的钻探与施工方法。综上述可知, 跟套管钻进技术的适用范围广, 技术雄厚, 同时在多个工程领域取得了十分成功的应用, 并起了关键的作用, 带来了可观的经济和社会效益。
然而, 该技术在石油钻井领域的使用几乎处于空白, 如果石油钻井行业将此项技术和普通的钻井工艺相结合, 将会在松软地层、易漏易垮地层等一系列的钻井问题上得到突破。
针对普通钻井工艺中容易出现的井壁坍塌[2], 造成钻头被埋等一系列的生产事故, 笔者在跟套管钻进技术的指导之下, 分析出了和该技术相匹配的石油钻机和钻具。
(1) 转盘部分。
传统的转盘是由方补心将动力传递给方钻杆, 再由方钻杆将动力传递给钻杆、钻头等[3]。针对跟套管钻进是边下套管边钻进的特点, 笔者将方补心换成了液压夹紧装置, 这便于套管能够放下, 与此同时, 司钻房里相应的控制设备也要作一部分的调整, 便于控制液压夹紧装置。
(2) 钻铤。
为了在钻进过程中套管能够随之一起下降, 笔者把钻铤进行了改进。钻铤的下端安装一个连接键, 该连接键和钻铤用螺纹连接, 连接键上设计一锁紧装置, 目的是为了连接键可以在钻铤上任意位置固定, 连接键的下端面安装有滚珠, 避免在钻进过程中, 发生连接键和套管连接位置之间发生滑动摩擦, 造成设备磨损过大, 连接键上开有小孔。
(3) 套管。
该设备的套管和普通的套管基本相同, 只是在套管的下端的内部设计一个平段, 便于钻铤的连接键和套管相连。
(4) 钻头。
为了在钻井完成时, 钻头能够从套管中取出, 笔者将普通钻井工艺中的钻头换成了收缩钻头, 其他基本不变。
跟套管钻井主要的工作原理和普通的钻井技术的原理基本上相同, 只是做了简要地调整。当动力带动钻柱钻进时, 底部的连接键一方面作旋转运动, 一方面垂直向下运动。滚珠的目的就是把连接键的运动转换成垂直运动, 同时不至于设备磨损过大, 这样就实现了同时钻进同时下套管的目的, 为了便于钻井液的循环, 在连接键上开了一些孔道。随着钻进的深入, 套管随之不断的下降, 当钻井完成时, 钻头收缩, 从套管内面提出来。
跟套管钻井技术在钻进过程中, 和普通钻井技术步骤基本相同, 笔者主要叙述其相异的步骤。
(1) 根据钻头的长度, 调整好连接键在钻铤上的位置, 调整后将连接键固定。
(2) 正常开钻接到要接第一根单根时起钻, 接单根, 然后下钻。
(3) 开钻到要接第二根单根时, 由司钻控制, 打开转盘的液压夹紧装置, 下第一根套管, 套套管, 再合上液压夹紧装置, 然后接单根, 依次类推。
(4) 当正常钻进完成时, 将钻头收缩, 当上提钻杆时, 钻头就随之从套管内壁取出, 整个钻井就初步完成了, 下步只要下水泥固井就实现完井了。
(1) 该钻具采用运动变换装置, 钻进时套管不作旋转运动, 只作垂直于地层的纵向运动, 减少了钻具在钻进过程中的阻力。
(2) 由于钻屑从内钻杆与外套管间隙中喷出, 减小了钻井液对井壁的直接冲刷, 增加了井的稳定性。
(3) 由于采用套管护壁, 对于易塌井的不稳定地层, 防止了井壁塌陷, 能够有效地保证在起钻过程中不至于发生井塌, 造成卡钻。
“跟管钻进”较好解决了常规钻孔方法容易造成的孔壁坍塌埋钻、掉块卡钻、堵孔或难以成孔等难题。采用套管逐层护壁的方法, 还可以有效防止常规工艺中由于地层因素而较一出现的井斜现象, 同时减小了孔壁与单极套管之间的摩擦阻力, 减少了套管事故。
由于跟管钻具外套管采用浮动结构, 不随内管旋转, 既起到保护井壁作用, 又不产生较大的旋转阻力距。经跟套管钻进技术在其他工程中应用的实验对比, 在复杂地质条件下, “跟管钻进”钻孔技术相对于常规钻孔技术, 钻孔速度提高1~1.5倍。由于套管同步跟进, 减小了钻井液直接对井壁的冲刷, 施工过程中不必进行固壁灌浆或添加其他护壁材料, 避免了灌浆或护壁材料影响施工环境, 使得成本降低约30%[4]。
跟套管钻进技术是一项迅速发展并且应用十分广泛的技术, 如果该技术能够很好的和石油钻井行业相结合的话, 将具有很大的经济价值和很好的工程应用前景。国内外跟套管技术在其他工程上成功的应用表明, 应用跟套管钻进技术可以很好地解决井壁坍塌等造成的一系列问题, 特别适用于一些软地层, 同时有效的提高钻速, 节省了大量的成本, 对石油钻井行业有着十分重要的意义。
摘要：石油钻井过程中, 上提钻柱时, 由于钻柱的活塞作用, 造成井壁坍塌, 钻头被埋的事故。此外, 为了实现钻进与下套管同步进行, 节省钻进成本, 本文笔者通过分析, 将传统的钻井工艺加以改进, 结合国内外的一些专家学者的研究成果, 提出应用于石油钻井的跟套管钻进技术 (Drilling Technology with Casing) 。本文介绍了跟套管钻进在石油钻井中应用的优势, 同时利用跟套管钻进技术的思想对普通的钻机、钻杆等所作加以改进, 并分析了适合石油钻井领域的钻机。介绍了跟套管钻进相对于普通的钻进步骤上的不同之处。
关键词：跟套管钻进,设备,工艺
[1] 耿瑞伦.跟套管钻进技术及其应用[J].地质装备, 2000 (9) :11-15.
[2] 李昌顺, 董焕玉, 姜积王, 等.乌南9区块井壁坍塌复杂成因和技术对策研讨[J].内蒙古石油化工, 2011 (5) :81-83.
[3] 熊青山, 楼一珊, 夏宏南.石油工程专业实习指导书—钻井[M].北京:石油工业出版社, 2008.
[4] 封荣健.跟管钻进技术在龙滩电站应急支护工程的应用[J].红水河, 2007, 23 (6) :103-104.
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