第9讲 套管钻井技术

的，浅层气、盐丘上下的碎石层、薄弱的衰竭产层 产生的许多问题可以应用套管钻进技术予以解决。
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④ 套管钻井方式：一、转盘驱动系统，底部带有
一个特殊的钻头；二、马达驱动系统，可带 扩眼器；三、套管下面使用一次性马达,钻井 作业完成后，把它留在井内。 ⑤ 套管钻井是降低钻井成本解决钻井问题的有 效方法。目前多数套管钻井都集中于钻直井， 但定向套管钻井系统也获得发展并已投入商 业运营。
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钻头与扩眼器
牙轮钻头 配扩眼器
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套管钻井工艺过程
钻进
起钻
下钻
固井
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该套技术现场应用情况 1）套管钻井系统与常规钻井系统的钻井时间大致相同； 套管钻井系统与常规钻井系统的钻井时间大致相同； 2）在20多口井的作业中，工具串起下的成功率为70%； 20多口井的作业中，工具串起下的成功率为70% 多口井的作业中 70 在早期的试验中，套管出现磨损； 3）在早期的试验中，套管出现磨损；采用了前文所述的套 管扶正器后，克服了这一问题； 管扶正器后，克服了这一问题； 4）套管钻井与常规钻井系统相比，钻柱工作的更加稳定。 套管钻井与常规钻井系统相比，钻柱工作的更加稳定。
尺 寸 （ in ） 9 5/8 7 5/8 5 1/2 6 5/8 5 3 1/2 连 接 扣型 W T — IP C W T — IP C W T — IP C N C50 NC 最 优 上扣 扭矩 （ N .m ） 13400 6000 3500 45000 26000 10480 最 大 屈服 扭矩 (N .m ) 160000 50000 15000 11 0 0 00 49000 16300
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套管钻井技术的优势
1、缩短了完井周期， 缩短了完井周期， 2、减少井下事故， 减少井下事故， 3、改善井控状况， 改善井控状况， 4、保持起下钻时钻井液的连续循环， 保持起下钻时钻井液的连续循环， 5、改善水力参数、环空上返速度和井筒清洗状况。 改善水力参数、环空上返速度和井筒清洗状况。 6、可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用。 可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用。 节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输检验、 7. 节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输检验、维护和更 换等过程有关的大量人力、物力与费用。 换等过程有关的大量人力、物力与费用。 若在钻穿产层井段使用，由于可直接进行固井作业， 8、若在钻穿产层井段使用，由于可直接进行固井作业， 大大减少了钻井液对储层的浸泡时间， 大大减少了钻井液对储层的浸泡时间 ， 可降低钻井作业对 储层的伤害，有效地保护油气层。 储层的伤害，有效地保护油气层。
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针对表套、 技术套管钻井， 1 、 针对表套 、 技术套管钻井 ， 研究采用一只钻 头打完进尺的可钻式PDC 钻头 头打完进尺的可钻式 PDC钻头 ， 该项技术可在海 PDC 钻头， 上钻井、沙漠钻井中进行广泛的推广应用。 上钻井、沙漠钻井中进行广泛的推广应用。在上 述地区采用套管钻井技术，可节约钻井时间， 述地区采用套管钻井技术，可节约钻井时间，且 避免了海上平台（沙漠） 避免了海上平台（沙漠）钻表层套管起钻后下套 管因无法找到原井眼而失败的事故。 管因无法找到原井眼而失败的事故。
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套管与套管扶正器
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井下锁定装置
井下锁定装置是套管钻井技术中 最具特色的技术，它具有的功能是： 最具特色的技术，它具有的功能是： 当钻进时，井下工具串要锁定在套管 当钻进时， 上，不得有转动和轴向窜动。当起钻 不得有转动和轴向窜动。 头时，锁定器都要解锁， 头时，锁定器都要解锁，井下工具串 从套管内打捞到地面。 从套管内打捞到地面。
第九讲 套管钻井技术 Casing Drilling
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一、 引 言
① 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。
② 套管钻井技术的最初目的在于处理复杂地层，如易
坍塌段、压力异常段、盐膏岩地层等，套管只要钻 过该段，封隔住复杂段，即达到目的。
③ 与其他技术一样，套管钻井技术也是因需要而产生
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2、井下工具串
套管钻井钻具的主要构成有套管、扶正器、轴向承载壳体、 承扭壳体、套管鞋、密封器、轴向锁定器、止位环、扭矩锁定 器、扩眼器、钻头等，这些工具与常规钻杆钻井工具不同或者 技术参数要求不同，它们构成了套管钻井独特的技术特征。
套管 扶正器 套管锁定短节 套管扭矩短节 套管鞋
下井和回 收工具 密封器
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二 、套管钻井设备
1、套管钻机
由于套管钻井没有 起下立柱的问题，因此， 起下立柱的问题，因此， 钻机高度可以降低到20 钻机高度可以降低到20 米左右，并且结构也可 米左右， 以简化。 以简化。
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1 套管钻机
※安装了一个钢丝绳起升系统， 能够下入和起升井下工具串。 ※安装了一个分离的游动滑车、 天车、以及顶驱，以有助于 通过套管下入钢丝绳。 ※在顶驱上面安装了一个钢丝 绳防喷器和钢丝绳密封装置。 ※增加了套管夹紧驱动头。
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（二）、威得福套管钻井系统： ）、威得福套管钻井系统： 威得福套管钻井系统
威得福套管钻井系统与Tesco套管钻井系统原理及设 威得福套管钻井系统与Tesco套管钻井系统原理及设 Tesco 备基本相同，只是威得福套管钻井系统更侧重表层（ 备基本相同 ， 只是威得福套管钻井系统更侧重表层 （ 或 技套） 的施工， 立足于一只钻头打完全部进尺。 技套 ） 的施工 ， 立足于一只钻头打完全部进尺 。 其所用 PDC钻头为特制，胎体由易钻材料制成， PDC钻头为特制，胎体由易钻材料制成，通过一个特殊装 钻头为特制 丢手）与套管相接。 置 （ 丢手 ） 与套管相接 。 套管内可预先放置易钻固井浮 简易承托环） 钻至预定井深后， 箍 （ 简易承托环 ） ， 钻至预定井深后 ， 利用特殊装置将 下部钻头胀裂落入井底，然后进行固井作业。 下次开钻 下部钻头胀裂落入井底， 然后进行固井作业 。 时可将钻头体方便的钻碎，由钻井液携带到地面排除。 时可将钻头体方便的钻碎，由钻井液携带到地面排除。 而进行生产层钻井时钻头可直接与套管下部接箍连 钻至设计井深后和生产套管一起进行固井， 接 ， 钻至设计井深后和生产套管一起进行固井 ， 不必与 套管分离。 套管分离。
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套管鞋
在套管柱最下端应安装套管 鞋。该套管鞋主要用来处理井下 工具串卡钻事故。当井下工具串 卡在井下时，通过钢丝绳打捞矛 使套管与井下工具串脱开，旋转 套管柱进行套铣作业。直至使井 下工具串卡点被套铣掉，整个工 具串才能提出井口。
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密封器
密封器用来实现井下 工具串与套管柱之间的密 封。图为密封胶套，它随 井下工具串一起下入到井 底，并与套管柱贴紧，从 而实现对泥浆的密封。
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2、技术套管钻井系统 Tesco套管钻井系统以常用的油田生产 Tesco 套管钻井系统以常用的油田生产 套管作为钻杆同时进行钻井和下套管作业。 套管作为钻杆同时进行钻井和下套管作业。 套管把水力能和机械能传递给悬挂在套管底 部接箍上的下部钻具。 部接箍上的下部钻具。 组合钻具上部的钻井锁（DLA） 组合钻具上部的钻井锁（DLA）把钻具与 套管进行机械连接（轴向和扭矩） 套管进行机械连接（轴向和扭矩）和液压密 封。同时在套管柱处安装了一个嵌入和取出 的机械装置。钻具组合的最下部是导向钻头， 的机械装置。钻具组合的最下部是导向钻头， 有时也可能包括其它常规钻柱组件， 有时也可能包括其它常规钻柱组件，如管下 扩眼器、泥浆马达、取心工具或导向系统等。 扩眼器、泥浆马达、取心工具或导向系统等。
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四、套管钻井技术国产化的装备配套研究
鉴于国外套管钻井技术为使用有顶部 驱动装置的钻机， 驱动装置的钻机，对钻井设备要求比较严 格，且其设备、技术多只提供服务的情况， 且其设备、技术多只提供服务的情况， 国内进行套管钻井应立足于国内钻井设备 实际情况，以采用常规钻机， 实际情况，以采用常规钻机，通过转盘传 递扭矩为前提，主要需研制以下设备（ 递扭矩为前提，主要需研制以下设备（工 具） 。
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三、套管钻井技术在国内推广试验的几个方向
国外的可回收式套管钻井系统应用领域广泛， 具有极大的发展潜力，但其对工艺技术水平要求严格， 且成本较高（国外一套设备价格大约在2000—3000万 元之间，且多数公司只提供设备及技术服务），目前 尚属于试验阶段，且成功率也不是令人满意。如 Tesco公司在20多口井的作业中，工具串起下的成功 率也只有70%。因此，国内可在现阶段针对不回收式 套管钻井进行研究，主要侧重于以下两方面：
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套管
在套管钻井中，希望套管有足够的抗扭能力， 在套管钻井中，希望套管有足够的抗扭能力，因为整个钻井的旋 转机械能量都是由它来传递。一方面要使套管丝扣有较大的承扭能力， 转机械能量都是由它来传递。一方面要使套管丝扣有较大的承扭能力， 另一方面要保证不能因为丝扣的改进，使套管的成本有较大的提高。 另一方面要保证不能因为丝扣的改进，使套管的成本有较大的提高。
轴向锁 定器
止销 扭矩锁定器
泥浆马达 扩眼器
钻头
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三、套管钻井技术
1、表层套管钻井技术
① 套管钻鞋介绍
钻鞋冠部中心部分由铝合金制成，为各种钻头可钻式。刀翼前缘 由热稳定金刚石切削元件和高密度碳化钨组合构成。刀翼外缘镶 有PDC切削齿 该工具类似PDC钻头，能在低 钻压的条件下快速钻进，具 有低钻压高扭矩的特性
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套管钻井技术并不是一个新的概念，早在50 套管钻井技术并不是一个新的概念，早在50 年代许多陆上钻井公司用油管钻生产井， 年代许多陆上钻井公司用油管钻生产井，钻达油 气层后对油管进行固井作业，钻头留在井下的方 气层后对油管进行固井作业， 可以说是套管钻井技术的开始。 式，可以说是套管钻井技术的开始。而真正利用 套管进行钻井作业始于1990年 套管进行钻井作业始于1990年，并在其后得到快 1990 速发展。 速发展。 套管钻井技术可以应用于各种直井、 套管钻井技术可以应用于各种直井 、 定向 井、水平井和开窗侧钻井中，所用套管尺寸 φ114.3mm～339.7mm，井深已超过2000m。 114. mm～339. mm，井深已超过2000m 2000