41大庆油田表层套管钻井实践与认识（刘玉民） - 图文

大庆油田表层套管钻井实践与认识

刘玉民 金志富 张洪君 王洪亮

（大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院 163413）

摘要：大庆油田开展了表层套管钻井的研究和现场试验。试验表明：大庆油田成功地运用非顶驱钻机完成了表层套管钻井现场试验，可以见到一定效果。 关键词：套管钻井 钻井成本 钻井 固井 1 前言

套管钻井是指使用套管或尾管作为钻柱进行钻进，在一个钻井过程中同时完成钻井与固井作业。套管钻井技术是一项世界范围内钻井领域的降低钻井成本的革命性新技术。套管钻井技术作为一项新的钻井技术，因其具有降低钻井成本、简化钻井工艺和减少钻井事故等优势，从而越来越受到国内外钻井技术人员的重视，其应用范围和规模逐渐由海上表层钻井向陆上钻井（表层和油层）延伸。不但国外多家公司（加拿大Tesco 公司、墨西哥Pemex公司和美国Weatherford公司）开展了此项技术的研究与试验，国内多家油田（大港油田、吉林油田、冀东油田）也开展了此项研究和现场试验。为了降低钻井成本，实现大庆油田外围未动用储量的经济有效开采，开展了套管钻井技术研究,主要开展了套管钻井总体方案及工艺、套管串结构及其附件、井下钻具及固井专用工具的研究。通过研究，实现了非顶驱钻机条件下的表层套管钻井，完成了表层和油层套管钻井所需的设备改造，

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完成了表层和油层套管钻井所需的仪器配套，完成了13/8＂和10/4＂两种规格的表层套管钻井所需

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的工具和管串研制；成功地完成表层套管钻井试验4口井，其中13/8＂表层套管钻井试验１口井；3

10/4＂表层套管钻井试验3口井，见到了一定的效果。 2 技术研究

首先通过调研和分析，明确了技术难点。然后在此基础上主要开展了表层套管钻井总体方案及工艺、套管串结构及其附件、井下钻具及固井专用工具的研究。 2.1 技术难点

(1) 在交变载荷条件下，确保套管的抗扭、密封和连接性能。在非顶驱（转盘驱动）条件下，管串的连接和拆卸方式。

(2) 表层钻头同时具备对岩层的钻井性能和被二开钻头钻除性能。 防止钻头堵水眼、流沙卡钻、钻头泥包和单只钻头不能完钻等造成中途起钻。

(3) 套管钻井与常规钻井的设备、仪器、工具、管串和工艺的配伍性能。 2.2 工艺技术方案的研究

用套管代替钻杆和钻铤钻井，钻达设计井深。将套管上提2～3m，投球至钻鞋内密封球座，开泵憋压，将钻鞋刀翼涨开。进行常规胶塞固井（或插入式固井）。 2.3 特殊套管的研究

根据国内外资料的检索并结合现场情况,特制了高抗扭易认扣套管。表层套管采用偏梯扣加止扭台肩式新研制的高抗扭套管（见图1）。表层套管加止扭台肩止扭，用专用密封脂密封。在西安管材研究所检测结果表明：在上扣扭矩20kN·m、拉力为1200 kN及500 kN压力的复合载荷条件下，5次上卸扣不粘扣。 2.4 特殊工具的研究

（1）方套转换接头

表层钻进采用转换接头。上部钻杆扣，下部和套管连接的偏梯扣（见图2）。表层钻进之所以选择接头，主要从螺纹本身性能和实际应用情况来考虑的。

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图1 特殊套管

图2 方套转换接头

（2）钻鞋

表层钻进使用自行研制的表层套管钻井钻鞋（见图3）。我们的设计可以保证涨开式钻鞋完钻时将钻头涨开，避免中途涨开。通过采用特殊刀翼，保证刀翼的强度，避免自身延展式刀翼强度较弱的问题，扩大了适用范围。同时可以被牙轮钻头或PDC钻头钻除。

图3 钻鞋

2.5特殊设备和仪器的选配和改造

根据套管钻井的特点配套了特制转盘方瓦和方瓦补心、套管背钳、套管扶正机械手、鼠洞钳、

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应变片式转盘扭矩仪和特制自浮式测斜仪等设备和仪器。 3 现场试验

在大庆油田进行了表层套管钻井试验4口井。

3.1 13/8＂表层套管钻井试验

使用ZJ30D型钻机成功地完成了大庆油田第一口表层套管钻井现场试验。这口井含有200m以上的流砂层极易产生堵钻头水眼、中途起钻的事故。另外含有4个2～5m厚的硬夹层。

表1 133/8＂表层套管钻井时效分析对比

钻井方式 套管钻井 井号 杜28井 一开开钻日期 2004-5-20-15:00 表层固井日期 2004-5-22-7:00 全井进尺（m） 218.78 钻头尺寸（mm） 431.8 纯钻进时间（h） 12:03 平均机械钻速（m/h） 18.16 接单根时间（h） 16:11 划眼时间（h） 2:01 循环时间（h） 0:40 辅助时间（h） 3:06 钻进时间（h） 34:00 起下钻时间（h） 0 下套管时间（h） 0 洗井时间（h） 5:00 固井施工时间（h） 1:00 开钻至固井结束时间（h） 40:00 注：表中所列另外2口井是杜28井的临近井。 常规钻井 杜71井 2003-10-5-23:00 2003-10-7-12:00 238 311.2 6:05 39.14 2:05 0 1:20 0 10:30 1:00 4:20 25:30 1:00 37:00 杜84井 2003-11-20-22:00 2003-11-22-12:00 276 311.2 9:20 29.57 3:25 0 0:30 1:15 17:00 2:30 5:00 20:00 1:00 38:00 3

从表1中可以看出,套管钻井的平均机械钻速（18.16m/h）低于常规钻井中较高的机械钻速（39.14m/h），套管钻井的机械钻速还有待于提高；套管钻井的接单根时间多出常规钻井14h左右；纯钻进时间多出常规钻井6h左右；初期试验成功地实现了套管钻井，但套管钻井的优势并没有完全显示出来。

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3.2 10/4＂表层套管钻井现场试验

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使用ZJ-15型钻机成功地完成了三口10/4″表层套管钻井现场试验，井号分别为南5-21-P32、南5-丁3-725、南5-丁3-P30。这3口井均含有3～4个2～5m厚的夹层。

表2 103/4＂表层套管钻井时效分析对比

钻井方式 套管钻井 南5-21-P32 南5-丁3-725 南5-丁3-P30 井号 一开开钻日期 2004-11-30-9:50 2004-12-17-15:26 2004-12-24-20:28 表层固井日期 2004-11-30-17:35 2004-12-17-20:48 2004-12-25-11:02 表层进尺（m） 105 108 105 钻头尺寸（mm） 355.5 355.5 355.5 纯钻进时间（h） 2:57 1:37 1:59 机械钻速（m/h） 30.1 56.44 44.77 接单根时间（h） 1:37 1:31 1:34 划（冲）眼时间（h） 0:47 0:42 0:35 辅助时间（h） 0:19 0:10 0:35 钻进时间（h） 5:40 4:00 4:59 起下钻时间（h） 0 0 0 下套管时间（h） 0 0 0 洗井时间（h） 1:20 1:22 9:09 固井施工时间（h） 0:45 0:40 0:45 开钻至固完时间（h） 7:45 6:02 14:53 注：南5-丁3-P30洗井时间为9:09，是由于第二天固井。 平均值 106 355.5 2:11 43.77 1:34 0:41 0:21 4:47 0 0 9:33 常规钻井 105 330 3:00 33.37 0:50 0:41 0:21 4:52 0:30 2:30 15:09 3

从表中可以看出:

①套管钻井的平均机械钻速（43.77m/h）高于常规钻井平均机械钻速（33.37m/h）。

②套管钻井从开钻到完钻的平均时间(4:47)比常规钻井(4:52)节省5分钟；完钻后套管钻井可直接固井,但是常规钻井需要起钻(30min)和下套管(2h30min)共计耗时3小时；所以共节省3小时5分钟。节省的这些时间有助于实现当天开钻当天固井，从而节约井队等待时间，减少了表层钻井周期。

③因为减少了起钻和下套管工艺，从而减少了工人的劳动强度。

随着套管钻井工艺技术的完善和工人操作熟练程度的提高，其钻井速度还有可能进一步提高，同时在易坍塌层、流砂层等复杂地区表层套管钻井有助于避免复杂情况的发生。 4 结论及认识

（1）大庆油田成功地运用非顶驱钻机完成了表层套管钻井现场试验。在套管钻井过程中，自行研制的设备、仪器、工具及与之配套工艺技术，在使用上是成功的。

（2）套管钻井的平均机械钻速（43.77m/h）高于常规钻井（33.37m/h）。同时，套管钻井从开钻到完钻的平均时间(4h47min)比常规钻井(4h52min)节省5min，完钻后套管钻井可直接固井,节省下套管和起钻时间，有助于实现当天开钻当天固井，进而减少了钻井周期。

（3）避免坍塌流砂卡阻套管，减少了工人的劳动强度，继续提高套管钻井的技术水平才能真正实现其降低钻井成本的目的，继续降低套管钻井试验自身的成本消耗才更有助于该项技术的推广应用。表层油层套管钻井的的实践表明，应用套管钻井对钻井领域具有较重要的意义。

参考文献

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作者简介：

刘玉民，男，1965年9月出生，1990年7月毕业于大庆石油学院矿场机械专业，高级工程师，现任大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院钻井机械研究所副所长，主要从事钻井和固井工艺及工具研究。通讯地址：黑龙江省大庆市红岗区八百垧钻探集团钻井工程技术研究院钻井机械研究所。邮编：163413。电话：0459-4891351，13904890766。E-mail:liuyumin@zys.dq.cnpc.com.cn

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