国内外钻井技术发展

1. 膨胀管技术膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管两种类型。

割缝膨胀管是一种管体上带有纵向交错割缝的可膨胀管，其使用方法是，在割缝膨胀管下到预定位置后，通过下推、上提或旋转膨胀锥，使膨胀锥穿过管子而达到预定的尺寸。

割缝膨胀管的膨胀量取决于割缝的尺寸、割缝在管体上的位置、割缝的形状以及膨胀锥的尺寸，膨胀管的膨胀量可以高达膨胀管原始直径的200％。

它的膨胀原理是，只需要较小的力（约10吨）就可弯曲两个交错割缝间的金属拉筋。

弯曲割缝间的金属拉筋可以把割缝扩为菱形，从而使割缝管的直径增大而管材的厚度不变，但长度减少20％。

割缝膨胀管有下列三种主要用途。

（1）用其代替割缝衬管在不损失井眼尺寸的情况下临时隔离复杂层段。

可以在设计井段就决定应用割缝膨胀管，也可以在钻遇复杂层段时作为一种应急措施而使用这种技术。

（2）膨胀完井衬管的结构与普通割缝衬管的结构相似，可以作为常规衬管的替代品。

（3）壳牌研究公司在割缝膨胀管的基础上研制出一种膨胀防砂网，在需要防砂完井的油井中可用膨胀防砂网代替普通防砂网，把特制的膨胀防砂网下到井内并通过扩管使膨胀防砂网贴到其所对应的井壁上，可以对井壁提供更好的支撑，降低环空间隙，其防砂效果要比砾石充填完井好。

膨胀防砂网已成为一种新的防砂完井方法。

实体膨胀管是由标准的管材钢轧制的无缝钢管。

钢材经过特殊处理后增强了延展性，降低了损伤敏感性并增加了抗破裂韧性。

实体膨胀管的膨胀原理是材料的三维塑性形变。

扩实体膨胀管所需要的力约为割缝膨胀管的10－30倍，需要使用特制的高强度陶瓷膨胀锥来扩管。

在扩管过程中实体膨胀管的长度和厚度都要减少。

因而影响了膨胀管的强度和抗挤压能力。

到目前为止，丝扣连接仍然为首选连接方式。

目前，对设计者的挑战是开发丝扣，这种丝扣预膨胀和膨胀后的特性适应油井设计而且与膨胀工艺相一致实体膨胀管的用途1. 修复实体膨胀管可用来封堵套管上的射孔眼和修补套管、油管或防砂网。

修复时，实体膨胀管在套管或油管内以扩张的方式来封堵诸如接头漏失、套管和油管因腐蚀或冲蚀所造成的漏失。

既可使用厚壁管作为实体膨胀管，也可使用薄壁管作为实体膨胀管。

就薄壁管而言，可将其扩张为3－4mm的壁厚。

25％－35％的扩张率使薄的内衬能穿过油管的接头、安全阀和内径。

而当需要时，可在同一根管柱内加多层内衬。

厚壁和薄壁膨胀管都可用来封堵套管的射孔孔眼，封堵裸眼井中水层和气层以及修补损坏了的防砂网。

2.建井实体膨胀管在裸眼井中可作为临时衬管或永久性衬管回接在以前下的套管柱上。

在需要下应急衬管情况下，实体膨胀管可作为临时衬管使用。

例如，在深水和高压井中，当地层压力与破裂压力之间的差很小时，可作为临时衬管到设计深度而不损失井眼尺寸。

实体膨胀管可作为永久性衬管使用，包括回接到以前下入的套管或衬管上。

3．发展单一直径的油井套管完井，井眼的直径约损失20％。

利用膨胀管完井，井眼直径的损失约为10％。

采用单一直径的油井，不但省去了复杂的套管系列，而且可用减少岩石的切削量，提高钻速和加快建井速度。

实体膨胀管可用于实现单一直径的油井设计。

其作法是按照实际需要设计一合理的单一尺寸的井眼。

在钻完一段井眼后，下实体膨胀管，扩管并固井。

然后用双中心钻头打下一段井眼，完钻后再下膨胀管并固井。

由于双中心钻头钻出的井眼比钻头直径大，所以下膨胀管和扩管后仍能保持与上一井段同样的井眼直径。

然后重复这种作法，直至达到设计深度。

这就是单一直径的井眼。

2. 套管钻井技术套管钻井共分为三种，即普通套管钻井技术、全程套管钻井技术和阶段套管钻井技术，也叫尾管钻井技术。

1. 套管钻井总成套管钻井工艺用套管代替钻杆，由套管作为向钻头传递水马力和机械能的通道。

一种可回收式钢丝绳井下钻具组合连接在套管的底端，钻一段足尺寸的井眼以允许套管向下前进。

井下钻具组合使用一种联顶总成,所以可以使用钢丝绳装置回收和重新下人井下钻具组合而不需要起下套管。

井下钻具组合由尺寸能穿过钻井套管的领眼钻头和下部扩孔器组成。

因此可以钻出一段与钻井套管有一定间隙的并可以进行注水泥的井眼。

在定向井中，井下钻具组合还包括弯外壳井下马达和随钻测量仪，诸如随钻测井仪或取心设备等其他工具也可以同时下井，进行常规钻井的任何作业。

2.下钻和回收工具为了安装和拆卸井下钻具组合，使用了一种专门设计的钢丝绳下入和回收设备。

水龙头可防止辫状钢丝绳旋转打结，所以在钢丝绳作业期间可以转动套管。

当钢丝绳的拉力达到9T时，应急剪切接头提供垂直拉力释放在缩经条件下产生的锁定力保证断开连接。

3. 钻头和管下扩眼器用套管和可回收式钢丝绳钻具钻井时要求切削结构要小到能穿过套管同时又能钻出比套管外经大的井眼。

这要通过小直径的领眼钻头和后面的管下扩眼器来完成。

用牙轮钻头和PDC钻头进行过试验，也用两臂和三臂PDC管下扩眼器进行过下井试验。

用安装在套管上的PDC钻鞋下过几次井，采用PDC钻鞋就不需要井下扩眼器了。

试验中没有遇到不能使用PDC钻鞋的硬地层，但认为可回收式牙轮钻头更适合这种钻井工艺。

威德福公司的套管钻井技术威德福公司开发了一种套管钻井系统（DwC），其钻井原理与Tesco公司的套管原理相似。

该系统的独特之处是使用了可钻式钻鞋。

威德福公司的套管钻井技术在海上进行过试验和使用，但主要是用来打表层套管井段，到目前为止，已在2000个井段的钻井中使用了这种钻鞋。

据威德福公司称，由于DwC系统不含复杂精密的井下设备，所以其钻井时间和作业成本降低的幅度超过了15%。

特别是在深水钻井作业中，DwC系统是一种经济有效的钻井新技术威德福公司根据现有的打捞矛设计思想，开发出效率更高的从套管内部和外部同时锁紧套管的连接方法。

连接器设有内密封，直接连接到顶驱装置上，并强行下入到套管顶部，旋转一个半交叉传动机构，右旋锁紧套管，夹持套管柱并传递扭矩，左旋则放松工具。

新工具的顶部设有止推环，以确保在套管内部正确位置啮合。

应用这种方法大大降低了套管的连接时间，大幅度节省了钻井作业时间。

据统计，2000年1月以来，威德福公司已经应用DwC系统进行了100多项作业，应用这项技术的公司包括加州联合油公司、雪弗龙公司和菲力普斯公司。

这种旋转套管钻井系统已经在印度尼西亚、澳大利亚和挪威等地取得了100%的成功。

值得注意的是，威德福公司应用套管钻井技术取得的这些成功仅限于海上表层套管的钻进，在生产层和硬地层的钻进还需要进一步在技术和工具上进行改进和创新。

套管钻井在大港油田滩海地区的应用2003年，大港油田滩海工程公司与美国阿帕奇公司合作在渤海湾进行了25井次的表层套管井段的套管钻井作业。

其中庄海5井的套管钻进深度达到了263.92m，创造了渤海湾套管钻井的深度纪录。

大港油田滩海工程公司的套管钻井实践证明，套管钻井有下列优点:（1）简化了一开钻进、下套管、固井的工序，节约了时间；（2）减少了起钻、下套管过程中的风险；（3）以钻鞋代替了钻头和引鞋，节省了钻进该井段的钻具；（4）在探井中一旦发现浅层气，可及时地注速凝水泥浆封固。

同时他们也认为，由于套管钻井技术还处于发展初期，钻鞋和工具的价格相对较高，对设备的要求也较高，要想在国内大面积推广还有待于套管钻井技术的近一步成熟和各种工具的国产化。

3.连续管钻井技术的新进展连续管钻井的概念连续管钻井(Coiled Tubing Drilling，简称CTD)是一种采用连续管完成钻井的技术。

它的发展和应用始于二十世纪90年代初，是一项新技术。

连续管钻井按钻井的类型可分为定向重钻和直井钻井两类，按工艺方式分为欠平衡钻井、近平衡钻井和过平衡钻井三种。

1．连续管钻井的优点1）井场占地小，适合于地面条件受限制的地区或海上平台作业；2）特别适用于小井眼钻井；3）在老井重钻(加深钻或侧钻)作业中，因连续管管径小，可进行过油管作业，而且无需取出老井中的现有生产设备，可实现边钻边采的目的；4）可安全地进行欠平衡钻井作业，其最大的优势是可以确保井下始终处于欠平衡状态，减少泥浆漏失，防止地层伤害的发生；5）小井眼钻井可以减了硬件和人力需求，降低作业成本。

根据国外的经验，与常规钻井或修井设备相比，连续管钻井可以节约费用25％（挪威北海Ula油田）至40％（ARCO阿拉斯加公司在普鲁德霍湾）。

在钻机动迁费高的地区，连续管无钻机过油管重钻甚至比常规重钻节约50％以上的成本；6) 连续管不需接单根可以实现连续循环泥浆，减少起下钻时间和作业周期，提高起下钻速度和作业安全性，避免因接单根可能引起的井喷和卡钻事故；7) 连续管内置电缆后可改善信号的随钻传输，实现随钻测井，有利于实现闭环钻井；8) 最小限度地冲蚀地层，可以得到良好的录井质量(连续进行，无接管)；2．连续管钻井的缺点1）必须借助常规钻机或修井机才能下入长段套管；2）连续管作业装置钻井前，需要借助常规钻机或修井机做下井前的准备工作；3）连续管不能旋转，因而增加了卡钻的可能性；4）需要频繁起下钻以更换井下钻具组合或调整马达的弯曲角度。

结果是连续管过早疲劳，降低使用寿命；5）因直径小而限制了井眼尺寸和泥浆排量；6）钻压、转矩、水力参数和井下钻具组合受到限制，可能出现螺杆钻具故障、压差卡钻、钻压传递和钻头泥包等问题；7）庞大的滚筒不易运输和提升。

（二）连续管的制造和应用1. 连续管的制造连续管是一种高强度和高韧性的管材，卷在滚筒上。

目前，美国有三家制造连续管的公司，即精密管技术公司、优质管公司和西南管子公司。

连续管制造技术的进展主要表现在以下几个方面：1) 连续管直径不断加大，由1/2 in管发展到65/8 in管。

2) 制造材料由碳钢发展到优质合金钢、钛合金等合金材料和复合材料。

3) 由低强度发展到高强度。

连续管的强度由60年代早期的345MPa，发展到90年代中期的屈服强度超过960MPa，抗拉强度超过1030MPa。

2、连续管的应用连续管作业技术应用最初开始于二十世纪60年代，90年代开始向更多的领域推广应用。

随着常规作业项目稳步发展，新开发的作业项目迅速增加（图1）。

从图中可以看出，作为主要常规作业项目的连续管注氮、洗井和注酸共占连续管作业量的75%，其中仅洗井一项就占了58%。

（1）连续管钻井的应用范围①软地层小井眼直井；②水平井欠平衡重钻井；③在不用永久性安装钻井设备的海上平台或浮动生产设施上钻井；④在31/2 in (88.9mm)或更大直径油管中过油管钻井；⑤加深井钻井；⑥探井；⑦浅层气救援井(降压井)；⑧浅层气无基座钻井；⑨郊区或环境敏感区(降低噪音、场地限制、防止漫溅、光学干扰)钻井；⑩老井重入、边远地区勘探、边际油田开发。

（2）连续管钻井的应用条件进行连续管钻井必须至少具备以下几个条件：①配套设备必须齐全，连续管车、制氮车、井下工具组合、随钻测量工具、连续管、注入头等必不可缺；②富有经验的操作队伍；③加强同服务公司的合作是油气田成功进行连续管钻井的基础。