套管钻井技术研究

2022-10-01

套管钻井技术是区别于常规钻井技术的一项钻井新技术, 套管钻井过程中, 不使用钻杆, 而将套管作为石油钻井的钻杆, 用套管给井下钻头施加压力, 传递井口扭矩。同时利用套管传递钻井液水力能量, 保证钻井的正常进行。钻进过程中, 井下钻具安装在套管柱的下部。套管钻井技术实现了钻井和下套管作业的同时进行, 井下工具和钻头的下放和上提都是在套管内部完成的。和常规普通的钻井技术相比, 套管钻井技术不需要钻杆, 钻头的上提和下放利用钢丝绳在套管内部完成的, 如果要进行更换钻头作业, 则只需要利用钢丝绳将其起出即可, 而不需要将整个套管柱起出。由于钻进过程中套管一直在钻井井筒内, 降低了发生卡钻、喷漏等钻井事故的概率, 极大的增加了钻井的安全性能。套管钻井技术是一项新兴的钻井技术, 由于不需要使用钻杆和钻铤, 因此可以节省大量的石油管材。同时还不需要重新下套管作业, 可以有效的减少钻井所用的时间, 因此套管钻井技术具有广阔的应用开发前景。

一、套管钻井技术原理分析

套管钻井技术不需要常规钻井中钻杆和钻铤, 但是钻井过程中使用的泥浆循环系统、水力系统、井口设备等方面, 和常规钻井技术是相同的。在利用套管技术钻井过程中, 套管承担了常规钻井中钻杆的作用, 套管在井口动力装置的驱动下, 可以实现上提、下放、旋转等。井下钻头动力也是通过套管来传递的, 钻头的直径要比套管的内径小一些。钻进过程钻头旋转开始形成井眼, 但是由于钻头的直径较小, 形成的井眼直径无法实现套管的下放作业, 因此需要在井下钻头的上部, 安装能够伸缩的扩张钻头。在下入常规钻头的同时, 同时将扩张钻头下入, 此时扩张钻头处于收缩状态, 当钻头下入完毕后, 扩张钻头张开, 和井下钻头同时工作, 从而形成能够下放套管的井眼。钻井过程中, 泥浆在地面经过泥浆泵加压后, 从套管的内部向下流向井底钻头, 再从套管和井壁之间的环空中上返, 同时将钻头产生的岩屑携带上来。井下钻头和套管柱下部的井下工具连接, 而井下工具通过锁紧装置和套管底端锁紧连接, 并通过钢丝绳和井口的动力装置相连接。如果要更换井下钻头, 首先井下工具和套管柱底端之间的锁紧装置松开, 地面的动力系统开始拖动钢丝绳上提, 钢丝绳带动井下工具和钻头同时上提, 上提至井口后完成钻头的更换。更换完毕后, 利用地面动力装置, 通过钢丝绳将井下工具和钻头下放至井底, 在套管柱的底部, 井下工具和套管再次被锁紧。

套管钻井技术和常规的钻井技术不同之处还包括套管钻井技术需要利用特制的钻机。套管钻井钻机可以单独设计制造, 也可以在常规钻机的基础上进行改造。套管钻井过程中, 需要利用顶驱装置驱动井下套管的旋转, 为了能够实现井下钻具和钻头的起升和下放, 需要加装特制的钢丝绳系统。在钻进过程中, 井下钻头既能够穿过套管, 同时还能够钻出和套管外径相当的井眼。常规的测井仪器在套管钻井中不能够使用, 套管钻井钻进时, 只能够进行随钻测井, 而且套管钻井技术的造斜率要比常规钻井的高很多。套管钻井实验的结果显示, 套管钻井技术比常规钻井技术, 要节约钻井支出百分之十左右, 如果地层容易钻进, 而且钻井过程中不发生事故, 利用套管钻井技术可以节约钻井成本的百分之三十左右。对于地层容易坍塌的井, 套管钻井技术更凸显了自身优势。由于不用起下钻杆, 套管始终和井壁接触, 大大的减小了井壁坍塌的概率, 发生卡钻的概率也得到有效的降低。在定向井、取心等钻井特殊作业时, 如果利用套管钻井技术替代常规钻井技术, 其钻进的效率可以提高到五倍左右。

二、套管钻井技术的优势分析

套管钻井技术是一项钻井的革命技术, 和常规钻井相比具有显著的优势。首先利用套管钻井技术可以有效的减少建井周期。在常规钻井中, 需要花费大量的时间来进行起下钻作业, 而套管钻井则不需要, 这样就可以节省大量的起下钻作业时间。对于易坍塌、盐膏层等复杂地层, 套管钻井有效的减少地层坍塌、膨胀等造成钻井事故的概率。套管钻井时, 套管一直处于钻井井筒内, 有效的避免了由于钻柱的运动, 而造成的钻井液抽吸作用, 提高了钻井井筒的井壁稳定性, 对于防止井喷具有较好的作用。套管钻井过程中可以保证钻井液是一直循环的, 减少了岩屑沉积等钻井问题的出现。在相同井眼尺寸下, 套管钻井的内径要比钻杆的内径大很多, 钻井液在套管内压力损耗要比在钻杆内小很多, 循环压耗的减小, 提高了井下钻头的喷嘴压降, 提高了钻井液的射流速度, 改善了井底流场。套管外部环空中, 套管钻井的环空要小, 钻井液在套管和井壁环空中流动速度会增大, 提高了钻井液的携岩能力。套管钻井的钻机可以是车载形式的, 灵活性高, 易于搬迁, 安装使用简单, 同时也会有效的降低钻井工人的劳动强度。套管钻井的钻机结构要比常规钻机简单很多, 钻台上可以不用设置钻杆的放置区域, 套管钻井钻完一根套管后, 可以再从地面取另一根套管, 钻井架的高度也不需要很高, 由于钻台上不需要放置钻杆, 因此钻台不会承受钻杆的重量, 所以钻台的重量载荷会小很多。套管钻机易于操作, 钻机的运行成本少。

结束语

套管钻井技术作为一项革命性的钻井新技术, 和常规钻井技术相比具有许多优势, 有着广阔的推广应用前景。套管钻井技术不需要钻杆和钻铤, 可以节省大量的石油管材。井下工具通过锁紧装置和套管底端锁紧连接, 利用钢丝绳和井口的动力装置相连。套管钻井技术和常规钻井技术相比, 可以节约钻井成本百分之十左右。在地层容易坍塌的井中, 套管钻井技术更凸显了自身优势。套管钻井技术可以有效的减少建井周期, 还能提高钻井井筒的井壁稳定性, 增强了钻井液的携岩能力。通过研究促进了套管钻井技术的推广和应用。

摘要：随着石油钻井技术的不断发展, 研究新型高效的钻井技术已经成为目前研究的热点和重要方向。套管钻井技术是一项新型的钻井技术, 对传统的钻井技术具有革命性的意义。套管钻井技术可以有效的降低钻井的成本, 提高石油钻井的机械钻速, 降低钻井事故发生的概率。文章通过调研, 分析了套管钻井技术的原理, 介绍了套管钻井技术优势。通过研究对于套管钻井技术发展具有积极的意义。

关键词：套管,钻井,原理,优势,经济,钻速