套管鑽井是指用套管代替鑽桿對鑽頭施加扭矩和鑽壓，實現鑽頭旋轉與鑽進。整個鑽井過程不再使用鑽桿、鑽鋌等，鑽頭是利用鋼絲繩投撈，在套管內實現鑽頭升降，即實現不提鑽更換鑽頭鑽具。減少了起下鑽和井噴、卡鑽等意外事故，提高了鑽井安全性，降低了鑽井成本。
基本介紹
- 中文名：套管鑽井
- 鑽壓：10-30KN
- 轉速：60-120r/min
- 總泵壓：6-7MPa
歷史,特點,優點,基本點,範圍,準備條件,注意事項,參數控制,技術要求,
歷史
早在20世紀50年代就有人構想用套管代替鑽桿來完成鑽井作業，但受當時的技術和裝備條件的限制，很難實現這一構想。在20世紀90年代，由於新技術、新材料以及電子技術的大發展，促進了石油開採技術不斷發展，一大批鑽井新工藝、新工具、新裝備湧現出來，套管鑽井技術再一次被人們提出來。加拿大Texco公司1996年鑽成了第一口套管鑽井的試驗井，該井為試驗場地井，用95/8″套管鑽進了150米。到2000年底Texco公司採用套管鑽井技術一共完成了20多口開發井，取得了良好的經濟效益。
特點
套管鑽井與常規鑽桿鑽井相比具有明顯的優勢，它是鑽井工程的一次技術性革命，它能為油田經營者帶來巨大的經濟效益。套管鑽井有如下特點：
1、套管鑽井使用標準的油井套管，並使鑽井和下套管作業同時進行；
2、井底鑽具組合裝在套管柱的下端，可用鋼絲繩通過套管內部迅速取出。在取出過程中可保持泥漿連續循環；
3、整個鑽進過程中，一直保持套管直通到井底，改善井控狀況；
4、套管只是單方向鑽入地層，不再起出。除非打完井後確認是乾井，可能要起出最後一段套管柱；
5、套管鑽井可沿用許多已有的鑽井技術，如定向鑽井、注水泥、測井、取芯和試井等作業；
6、套用這些技術和原來相比主要區別是不再依靠鑽桿，而是靠鋼絲繩進行更換鑽頭作業；
7、套管鑽井使用標準的油田套管進行，唯一不同的是，套管接箍或螺紋需要改進，以便提供鑽井所需要的扭矩；Tesco公司打第一口試驗井時選用的螺紋是(Hydrill 511 Premium Thread)，接箍則選用改進型加強接箍(Modified Buttress Coupling)。
優點
1、減少起下鑽的時間。用鋼絲繩起下更換鑽頭要比傳統的用鑽桿起下鑽大約快5-10倍；
2、節省與鑽桿和鑽鋌有關的採購、運輸、檢驗、維護和更換的費用；
3、因為井筒內始終有套管，也不再有起下鑽桿時對井筒內的抽汲作用，使井控狀況得到改善；
4、消除了因起下鑽桿帶來的抽汲作用和壓力脈動；
5、用鋼絲繩起下鑽頭時能保持泥漿連續循環，可防止鑽屑聚集，也減少了井涌的發生；
6、改善了環空上返速度和清洗井筒的狀況。向套管內泵入泥漿時因其內徑比鑽桿大，減少了水力損失，從而可以減少鑽機泥漿泵的配備功率。泥漿從套管和井壁之間的環形空間返回時，由於環空面積減小，提高了上返速度，改善了鑽屑的攜出狀況；
7、 可以減小鑽機尺寸、簡化鑽機結構、降低鑽機費用。原因如下：
(1) 水力參數的改善降低了對鑽機泥漿泵功率的需求。
(2) 可以取消二層平台和排放鑽桿的鑽桿盒，
(3) 不再使用鑽桿，
(4) 套管鑽井是基於單根套管進行的，不再需要採用類似雙根或三根鑽桿構成的立根鑽井方式，因此井架高度可以減小，底座的重量可以減輕；對於深井鑽機而言，建造一台基於單根鑽井的鑽機，其井架和底座要的結構和重量比基於立根鑽井的鑽機簡單的多；
8、鑽機更加輕便，易於搬遷和操作。人工勞動量及費用都將減少；
9、根據Tesco公司的測算，打一口10000英尺的井，可節省鑽井時間約30%。
基本點
套管鑽井工藝、工具、裝備套管鑽井工藝的基本點是取消常規鑽桿、以套管代替鑽桿。其泥漿循環方式、送鑽方式、取芯方式、防噴器組以及各種鑽井參數與常規鑽井沒有大的區別。在套管鑽井過程中，套管是由頂部驅動裝置帶動旋轉，由套管傳遞扭矩，帶動安裝在套管端部工具組上的鑽頭旋轉並鑽進。由於套管鑽井沒有起下立柱的問題，因此，鑽機高度可以降低到20 米左右，並且結構也可以簡化（見圖1 所示）。由於鑽頭內徑小於套管內徑，不能鑽出直徑大於套管外徑的井眼，故在鑽頭上方工具上另外裝有可以張或縮進的的擴眼器。鑽進工況下擴眼器打開，即可將井眼擴大。泥漿自套管當中進入，由套管與井眼之間的環行空間返回。鑽頭固定在一個專門設計的工具組前端，工具組鎖定在套管柱端部（如圖2 所示），並通過鋼絲繩與一部專用起下鑽頭的絞車相連線。當需要更換鑽頭時，將鎖定裝置送開，利用絞車通過套管將工具組起出。換上新鑽頭後，再用絞車通過套管將工具組送入，鎖定在套管端部；鑽頭的鑽進過程也就是下套管的過程。套管一根根地打下去，不再提起。完鑽後即可開始固井。
範圍
套管鑽井適用於油層埋藏深度比較穩定的油區：由於套管鑽井完井後直接固井完井，然後射孔採油，沒有測井工藝對儲層深度的測量、儲層發育情況的評價，故此要求油層發育情況及埋藏深度必須穩定，這樣套管鑽井的深度設計才有了保證。
適用於發育穩定，地層傾角小的區域：由於套管鑽井過程中不可避免地存在井斜，井斜影響結果就是導致完鑽井深和垂深存在差異，井斜越大，這種差異越大。而地層傾角的大小、裂縫、斷層等的發育情況，對井斜的影響起著重要作用。因此設計套管鑽井區域地層傾角要小，裂縫、斷層為不發育或欠發育，才有利於套管鑽井中井斜的控制。
準備條件
就位鑽機基座必須水平，為設備平穩運轉及鑽井過程中的防斜打直創造良好的條件。
套管鑽井中所選擇套管必須是梯形扣套管，因其絲扣最小抗拉強度是同規格型號圓形扣套管的2倍左右，能有效增大套管鑽井過程中的安全係數；其次梯形扣套管，便於操作過程中上卸扣鑽頭優選條件必須滿足施工中扭矩儘可能小，水馬力適中的原則。根據扭矩的情況，可以考慮選擇牙輪鑽頭和PDC鑽頭。因牙輪鑽頭數滾動鑽進，能有效減少轉盤及套管扭矩，但其要求鑽壓較大，不利於套管柱的防斜。PDC鑽頭需鑽壓小，一般（20-60KN），鑽進速度較快，套管柱所受彎曲應力小，扭矩小，符合選擇要求。在選擇鑽頭的同時，還要求選好水眼。水眼過小，總泵壓高，對套管內壁沖蝕嚴重，長時間高壓容易損壞套管；水眼過大，鑽頭處衝擊力低，將影響鑽井速度。
注意事項
井斜控制問題
套管鑽井過程中，井斜控制是首要問題，井斜直接影響到所鑽井眼的垂直深度。也就是說油層的埋藏深度與所鑽實際深度能否相穩合，關鍵取決於井斜。控制鑽壓10-30KN合理範圍內鑽進。由於套管鑽井時，套管柱中沒有鑽鋌和扶正器等，在加壓過程中，套管柱受壓極易彎曲導致井斜。因此鑽井過成中要嚴格控制鑽壓，從這個角度講，選擇PDC鑽頭更適合於套管鑽井。轉盤轉速控制為低轉速，一般控制在60-120r/min內，低轉速鑽進過程，有利於套管柱的穩定，有利於井斜的控制。井架基座安裝平直，保證開鑽井口垂直，加強中途測斜監控，一方面便於了解控制下部井斜控制情況，另一方面便於計算垂深。
套管保護問題
套管鑽井完井後，套管柱直接留在井內，因此對套管保護很重要。要使用套管絲扣膠。套管依靠絲扣密封，在套管鑽井過程中，要使用套管專用膠，保證絲扣部位密封可靠，聯接牢固。套管防腐問題。套管鑽進時，由於旋轉，外壁受到磨損，其外防腐層容易脫落。內壁受到鑽井液的沖刷，內防腐層也受到沖蝕。一是要求用於鑽井的套管，做好內外塗層防腐；二是鑽井中採用低轉速小鑽壓鑽進，有利於減少套管外壁的磨損，三是採用增大鑽頭水眼尺寸，降低管內泵壓，減少鑽井液對套管內壁的沖蝕。
參數控制
鑽壓控制在10-30KN。一是有利於防止套管彎曲引起井斜；二是有利於減少套管扭矩，防止鑽進過程中出現套管事故。
轉速控制壓60-120r/min。其優點是：①減少套管柱扭矩；②低轉速鑽進，有利於減輕套管柱外壁與井壁之間的磨損。
總泵壓控制在6-7MPa以內。一是減少鑽井液對套管柱內壁沖蝕；二是減少對回壓凡爾的沖蝕磨損。
技術要求
套管鑽井與常規鑽桿鑽井有相同之處，亦有不同之處。下面介紹套管鑽井特有的技術要求。
