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

 

  Tesco公司的可更換鉆頭套管鉆井系統(tǒng)加拿大Tesco公司的套管鉆井技術(shù)目前在世界上處于領(lǐng)先地位,已基本形成了一套頗具特色的套管鉆井配套設(shè)備和工藝技術(shù),并進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段,取得了良好的應(yīng)用效果。

 

  地面裝備為了適應(yīng)鋼絲繩起下鉆作業(yè),套管鉆井專用鉆機(jī)配置了中開分體式天車、游動(dòng)滑車,以及鋼絲繩防噴器和密封裝置。在鉆進(jìn)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(qū)輸出軸與套管柱上端之間設(shè)置了套管驅(qū)動(dòng)頭。套管直接與驅(qū)動(dòng)頭連接,由內(nèi)卡瓦夾緊,鉆機(jī)的扭矩由頂驅(qū)主軸傳到套管驅(qū)動(dòng)頭上,再由驅(qū)動(dòng)頭傳到套管上,套管絲扣不參與扭矩的傳遞。套管驅(qū)動(dòng)頭起下鉆、傳遞扭矩和密封循環(huán)鉆井液的作用。

 

  井下鉆具系統(tǒng)適用于套管鉆井的井下鉆具系統(tǒng)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(fā)出<33917,<22415,<19317,<17718,<13917和<11413 mm等6種尺寸的井下鉆具系統(tǒng)。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(zhuǎn)短節(jié)、緊急釋放短節(jié)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(kuò)眼器和領(lǐng)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(jié)(套管鎖定短節(jié))、扭矩鎖定短節(jié)(套管扭矩短節(jié))以及定位臺肩、定位止動(dòng)器、定位槽等組成。鉆進(jìn)時(shí),底部鉆具組合鎖定在坐底套管的鎖定短節(jié)上。

 

  威德福公司的套管鉆井系統(tǒng)[26-27]

 

  美國威德福公司開發(fā)出一種與Tesco公司完全不同的套管鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一種專門設(shè)計(jì)的鉆頭,直接連接在套管柱的底部,由連接在頂驅(qū)上的轉(zhuǎn)換接頭傳遞扭矩,通過旋轉(zhuǎn)套管以常規(guī)方式進(jìn)行鉆井作業(yè)。專用鉆頭可以被常規(guī)鉆頭完全鉆掉,且由于有一個(gè)浮箍作為套管柱的一部分一同下井,鉆至設(shè)計(jì)井深后可以立即進(jìn)行注水泥作業(yè),可以實(shí)現(xiàn)一趟鉆完成鉆井、固井等作業(yè),對節(jié)省鉆井時(shí)間和降低作業(yè)成本有重要作用。

 

  在全球范圍內(nèi)200多次的現(xiàn)場應(yīng)用中,該套管鉆井系統(tǒng)的成功率達(dá)99%,鉆進(jìn)井段施工順利,套管尺寸從最大的50810 mm到最小的11413 mm。

 

  國內(nèi)套管鉆井技術(shù)中國石油勘探開發(fā)研究院從1998年開始進(jìn)行套管鉆井技術(shù)的前期研究工作,完成了先期技術(shù)調(diào)研,開發(fā)了適合套管鉆井方式的套管驅(qū)動(dòng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究,為國內(nèi)開展套管鉆井提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

 

  吉林油田開展了不更換鉆頭套管鉆井技術(shù)的研究,建立了適應(yīng)轉(zhuǎn)盤鉆井驅(qū)動(dòng)方式的淺開發(fā)井套管鉆井工具配套系統(tǒng),解決了國內(nèi)陸上油田在現(xiàn)有鉆井裝備條件下實(shí)施套管鉆井的難題[19,21]。截至2007年累計(jì)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(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn)研究0,在消化吸收國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研制了滿足套管鉆井現(xiàn)場應(yīng)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(jié)該試驗(yàn)井的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),對相關(guān)工具和施工工藝作了進(jìn)一步改進(jìn)。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(jìn)進(jìn)尺和機(jī)械鉆速等技術(shù)指標(biāo)均有較大幅度提高,達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。通過這兩口井的試驗(yàn),驗(yàn)證了所制定的套管鉆井工藝的可行性以及相關(guān)工具的實(shí)用性,奠定了套管鉆井技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),初步形成了<33917 mm表層套管一次性套管鉆井技術(shù)。