摘要:伴隨科學技術的不斷進步，以及經(jīng)濟建設發(fā)展的不斷需要，鉆進技術在近些年也得到了突飛猛進的發(fā)展與壯大，其中以套管鉆井技術最為突出。套管鉆井技術因其用時短、事故風險低等優(yōu)點被廣泛應用于各個領域。本文通過對套管鉆井技術工藝介紹、工具以及在定向井中應用所應注意的問題進行了詳細的闡釋和說明，以期更好的實現(xiàn)套管鉆井技術在定向井中的有效且科學應用。

　　前言：套管鉆井技術與傳統(tǒng)的鉆井模式相比具有相當明顯的技術優(yōu)勢，其鉆機設備簡單、用液量少、人工成本低且對于環(huán)境的影響也較小，這在一定程度上便提高的鉆井的效率、安全性以及穩(wěn)定性，尤其在油田開發(fā)方面發(fā)揮了相當大的作用，成為目前應用最為廣泛且科學的鉆井工藝。但在定向井應用方面，使用定向套管鉆井，由于鉆桿鉆井的常規(guī)定向裝置被進行了替換，使得對于鉆頭、穩(wěn)定器以及泵等工具受到了一定限制，因此在定向井應用方面還要進一步考慮相關裝置受限問題，并給與合理完善與解決，以更好的適用于定向井作業(yè)。

　　一、工藝簡介

　　套管鉆井使用常規(guī)套管作為鉆井管柱,實現(xiàn)了鉆井和下套管的同步。一套可回收式電纜鉆井裝置懸掛在靠近套管底部的短節(jié)上,鉆井液從套管內(nèi)部進入,從套管和井壁間的環(huán)空上返。除了定向作業(yè)是由馬達彎接頭組合進行的滑動鉆井,其他作業(yè)均是由頂驅(qū)從井口驅(qū)動套管進行旋轉(zhuǎn)鉆井。套管鉆井的領眼鉆頭可從套管內(nèi)通過,鉆頭上部帶擴眼器,能將井眼擴大至下套管作業(yè)所需的井眼尺寸。如用

　　f244. 5mm、53. 64 kg /m、壁厚8. 64mm套管鉆井時可用f215. 9 mm鉆頭和f311. 2 mm擴眼器。

　　二、配套工具

　　除了鉆頭、擴眼器和其他一些特殊工具外,常規(guī)鉆井的許多工具都能使用。如直井上使用的扶正器,定向井上使用的定向馬達、MWD和無磁鉆鋌等。隨著套管鉆井的發(fā)展,不斷有新的配套工具被研發(fā)出來,目前大量使用的有下列幾種。

　　1、鎖緊總成(DLA)

　　通過一個特殊工具與套管底部相連的鉆井裝置叫鎖緊總成(DLA),其結(jié)構(gòu)包括:旋轉(zhuǎn)臺肩接頭、扭轉(zhuǎn)鎖、軸向定位、軸向鎖等,其作用是通過旋轉(zhuǎn)臺肩接頭將傳統(tǒng)鉆井工具與套管相連,便于工具出入套管。

　　2、可移動套管下入系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)可以連接在普通鉆機頂驅(qū)上,不用上扣就使套管柱與頂驅(qū)相連。該系統(tǒng)包括一個卡瓦和一個液壓密封裝置保證鉆井液的密封循環(huán)。因為減少了一次上/卸扣程序,提高套管連接的速度,并防止套管絲扣損傷。使用快速連接套管裝置和動力卡瓦減少了接單根工作量,使套管連接和鉆桿連接一樣快,并增加了鉆臺的安全程度。

　　3、可回收式井下工具

　　早期的可回收式井下工具只能在直井中使用。功能包括:井底鉆具組合與套管之間軸向和扭轉(zhuǎn)方向的鎖定和解鎖功能;密封套管,將鉆井液引導至鉆頭;不需要精確的電纜測量將鎖緊總成置于套管與井底鉆具組合間的連接短節(jié)內(nèi)。

　　在傾角大于90b時,在下電纜前將井底鉆具組合泵送釋放入井。因為井底鉆具組合要承受力和振動,其結(jié)構(gòu)不宜復雜,因此很多復雜的功能都集中在起下鉆工具上。

　　可回收式電纜系統(tǒng)可與f339. 7 mm或尺寸更小的工具配合使用,同時所有工具都可以用鉆桿起下。鎖緊總成有一個內(nèi)徑相當大的中空腔(f177. 8mm套管的鎖緊總成內(nèi)徑為69. 9 mm)可減少壓耗，也便于對掛在鎖緊總成下端的井底鉆具組合進行電纜作業(yè)。

　　定向套管鉆井系統(tǒng)的井底鉆具組合常常由領眼鉆頭、擴眼器、導向泥漿馬達、MWD和無磁鉆鋌組成。除了泥漿馬達比同井徑傳統(tǒng)定向井的小之外,其他部分均與之相似。導向用的磁性MWD與套管鞋之間需要接一根無磁鉆鋌,這樣鉆頭和擴眼器到套管鞋的距離大約是24-37m。

　　三、需要考慮的問題

　　1、定向控制問題

　　套管鉆定向井時選擇井底鉆具組合要考慮井斜控制問題。首先是在套管柱下部上加扶正器。將套管穩(wěn)定在井眼中心,利用套管的剛性保證鉆頭沿直線鉆進,這種方法經(jīng)實踐證明是不可行的。

　　套管將機械動力和水動力傳遞給井底鉆具組合,但井底鉆具組合卻不受套管剛性及橫向運動的影響,因此需要穩(wěn)定領眼中鉆頭與擴眼器之間的鉆具組合,以此進行井斜控制。在套管下端仍使用防縮徑扶正器保證固井作業(yè)中套管柱居中,同時也防止套管意外進入嚴重縮徑的井段。

　　定向控制的總原則是在領眼鉆具上安裝扶正器,鉆出平滑、規(guī)則的井眼,然后再擴眼,使套管與井壁間留有足量的間隙,套管可沿此井眼順暢地下入。使用傳統(tǒng)定向馬達進行的滑動鉆井作業(yè)卻略有不同。為滿足滑動鉆進時不旋轉(zhuǎn)鉆柱的需要,擴眼器必須裝在馬達下方,緊鄰鉆頭。領眼扶正器位于擴眼器切削齒之下與之合二為一,這樣也可以鉆出平滑的井眼。

　　在套管鉆井系統(tǒng)中馬達、鉆頭、擴眼器必須能從管中通過,馬達外徑要小于套管內(nèi)徑。同時,與傳統(tǒng)鉆井方式相比,鉆相同曲率井眼時套管鉆井使用的彎接頭角度更小,這就增加了滑動鉆井相對于旋轉(zhuǎn)鉆井的比例,但也限制了最大井眼曲率。提供定向控制最理想的組合方式是在領眼中擴眼器下方下入旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)。這樣可以得到更穩(wěn)定的造斜率并減少滑動鉆井中遇到的問題。

　　2、套管的扭矩和拉力問題

　　套管的扭矩和拉力對于鉆桿鉆井也有一定的影響，只有扭矩和拉力符合定向井鉆井標準，才能從根本上保障套管技術適用于進行定向鉆井，另外，在扭矩的確定方面，還要充分考慮接觸壓力、摩阻系數(shù)以及有效旋轉(zhuǎn)直徑等數(shù)據(jù)參數(shù)，以確保與定向井相吻合。

　　因為套管更重,受力比鉆桿鉆井時要大,加之直徑更大,因此旋轉(zhuǎn)扭矩更大。如果井眼彎曲,套管剛性也會成為影響扭矩的重要因素。定向套管鉆井中的扭矩并非總是偏高,但設計時應該充分計算和評估采用特定井眼軌跡、鉆井液類型、套管接頭和頂驅(qū)時的套管扭矩值。應用常規(guī)的扭矩)拉力模型和常用的摩擦系數(shù)、井眼撓度值計算出的扭矩值可能會低于實際值。

　　3、套管的疲勞破壞問題

　　多數(shù)情況下,套管外徑比鉆相同井眼時鉆桿及鉆鋌的外徑要大,因此剛性較大在任一特定曲率下旋轉(zhuǎn)時受到的反向應力也大。這些力可以引起任何尺寸、鋼級套管的疲勞破壞,同時也限制了造斜率的范圍。套管和套管接頭的這方面資料很少。

　　彎曲應力稍微大于極限值時不會立刻導致套管的破壞,因此作為鉆柱的套管在短距離上曲率可以超過平均最大允許值。而在這種較高應力下,旋轉(zhuǎn)到一定次數(shù)時, 就特別容易發(fā)生疲勞破壞。井眼曲率最好遠遠低于套管的彎曲應力極限值,以保證套管能耐受導向馬達鉆進時不可避免的較大狗腿度。接頭的設計也會大大影響套管的耐受極限。

　　橫向震動引起的應力也是套管疲勞破壞的一個常見原因。多數(shù)套管疲勞破壞都發(fā)生在套管鉆直井時,一般都是由橫向震動引起的應力造成的。定向鉆井中由于所使用的導向馬達轉(zhuǎn)速低,加上井斜對橫向震動的抑制作用,疲勞破壞影響程度相對較小。

　　4、馬達動力問題

　　某些尺寸的套管要求的馬達尺寸較小從而限制了馬達的動力,這對尺寸在f177. 8 mm以上套管幾乎沒有影響。小的馬達比常規(guī)尺寸馬達更靈活不好控制,加上馬達上部不能接通徑剛性葉片扶正器,增加了定向控制的難度。

　　5、經(jīng)濟性因素

　　套管鉆定向井更容易控制導向馬達的方向,減少更換井底鉆具組合部件時的起下時間。使用較小尺寸套管鉆井對鉆速有些影響,而使用大尺寸套管鉆井身剖面難度較小的井,就能在不降低定向效率和鉆速的前提下充分發(fā)揮這些優(yōu)勢。

　　結(jié)語：綜上所述，套管鉆井作為目前最為科學且實用的鉆井技術，其在定向井上的應用還存在一定的問題，這主要來源于定向控制、套管的疲勞破壞問題、套管的扭矩與拉力問題、馬達動力問題以及經(jīng)濟性因素等，只有通過科學且有效的方法進一步強化套管鉆進技術在定向井應用中的工藝改進以及完善，才能更好的適用于定向井鉆井，并充分發(fā)揮套管鉆井的技術優(yōu)勢，進一步推進我國鉆井工藝的完善與發(fā)展。

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