套管鉆井特點(diǎn)

1、減少起下鉆的時(shí)間。用鋼絲繩起下更換鉆頭要比傳統(tǒng)的用鉆桿起下鉆大約快5-10倍；

2、節(jié)省與鉆桿和鉆鋌有關(guān)的采購、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、維護(hù)和更換的費(fèi)用；

3、因?yàn)榫矁?nèi)始終有套管，也不再有起下鉆桿時(shí)對井筒內(nèi)的抽汲作用，使井控狀況得到改善；

4、消除了因起下鉆桿帶來的抽汲作用和壓力脈動；

5、用鋼絲繩起下鉆頭時(shí)能保持泥漿連續(xù)循環(huán)，可防止鉆屑聚集，也減少了井涌的發(fā)生；

6、改善了環(huán)空上返速度和清洗井筒的狀況。向套管內(nèi)泵入泥漿時(shí)因其內(nèi)徑比鉆桿大，減少了水力損失，從而可以減少鉆機(jī)泥漿泵的配備功率。泥漿從套管和井壁之間的環(huán)形空間返回時(shí)，由于環(huán)空面積減小，提高了上返速度，改善了鉆屑的攜出狀況；

7、 可以減小鉆機(jī)尺寸、簡化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)、降低鉆機(jī)費(fèi)用。原因如下：

(1) 水力參數(shù)的改善降低了對鉆機(jī)泥漿泵功率的需求。

(2) 可以取消二層平臺和排放鉆桿的鉆桿盒，

(3) 不再使用鉆桿，

(4) 套管鉆井是基于單根套管進(jìn)行的，不再需要采用類似雙根或三根鉆桿構(gòu)成的立根鉆井方式，因此井架高度可以減小，底座的重量可以減輕；對于深井鉆機(jī)而言，建造一臺基于單根鉆井的鉆機(jī)，其井架和底座要的結(jié)構(gòu)和重量比基于立根鉆井的鉆機(jī)簡單的多；

8、鉆機(jī)更加輕便，易于搬遷和操作。人工勞動量及費(fèi)用都將減少；

9、根據(jù)Tesco公司的測算，打一口10000英尺的井，可節(jié)省鉆井時(shí)間約30%。

套管鉆井工藝、工具、裝備套管鉆井工藝的基本點(diǎn)是取消常規(guī)鉆桿、以套管代替鉆桿。其泥漿循環(huán)方式、送鉆方式、取芯方式、防噴器組以及各種鉆井參數(shù)與常規(guī)鉆井沒有大的區(qū)別。在套管鉆井過程中，套管是由頂部驅(qū)動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，由套管傳遞扭矩，帶動安裝在套管端部工具組上的鉆頭旋轉(zhuǎn)并鉆進(jìn)。由于套管鉆井沒有起下立柱的問題，因此，鉆機(jī)高度可以降低到20 米左右，并且結(jié)構(gòu)也可以簡化（見圖1 所示）。由于鉆頭內(nèi)徑小于套管內(nèi)徑，不能鉆出直徑大于套管外徑的井眼，故在鉆頭上方工具上另外裝有可以張或縮進(jìn)的的擴(kuò)眼器。鉆進(jìn)工況下擴(kuò)眼器打開，即可將井眼擴(kuò)大。泥漿自套管當(dāng)中進(jìn)入，由套管與井眼之間的環(huán)行空間返回。鉆頭固定在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的工具組前端，工具組鎖定在套管柱端部（如圖2 所示），并通過鋼絲繩與一部專用起下鉆頭的絞車相連接。當(dāng)需要更換鉆頭時(shí)，將鎖定裝置送開，利用絞車通過套管將工具組起出。換上新鉆頭后，再用絞車通過套管將工具組送入，鎖定在套管端部；鉆頭的鉆進(jìn)過程也就是下套管的過程。套管一根根地打下去，不再提起。完鉆后即可開始固井。

套管鉆井適用于油層埋藏深度比較穩(wěn)定的油區(qū)：由于套管鉆井完井后直接固井完井，然后射孔采油，沒有測井工藝對儲層深度的測量、儲層發(fā)育情況的評價(jià)，故此要求油層發(fā)育情況及埋藏深度必須穩(wěn)定，這樣套管鉆井的深度設(shè)計(jì)才有了保證。

適用于發(fā)育穩(wěn)定，地層傾角小的區(qū)域：由于套管鉆井過程中不可避免地存在井斜，井斜影響結(jié)果就是導(dǎo)致完鉆井深和垂深存在差異，井斜越大，這種差異越大。而地層傾角的大小、裂縫、斷層等的發(fā)育情況，對井斜的影響起著重要作用。因此設(shè)計(jì)套管鉆井區(qū)域地層傾角要小，裂縫、斷層為不發(fā)育或欠發(fā)育，才有利于套管鉆井中井斜的控制。

就位鉆機(jī)基座必須水平，為設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)及鉆井過程中的防斜打直創(chuàng)造良好的條件。

套管鉆井中所選擇套管必須是梯形扣套管，因其絲扣最小抗拉強(qiáng)度是同規(guī)格型號圓形扣套管的2倍左右，能有效增大套管鉆井過程中的安全系數(shù)；其次梯形扣套管，便于操作過程中上卸扣鉆頭優(yōu)選條件必須滿足施工中扭矩盡可能小，水馬力適中的原則。根據(jù)扭矩的情況，可以考慮選擇牙輪鉆頭和PDC鉆頭。因牙輪鉆頭數(shù)滾動鉆進(jìn)，能有效減少轉(zhuǎn)盤及套管扭矩，但其要求鉆壓較大，不利于套管柱的防斜。PDC鉆頭需鉆壓小，一般（20-60KN），鉆進(jìn)速度較快，套管柱所受彎曲應(yīng)力小，扭矩小，符合選擇要求。在選擇鉆頭的同時(shí)，還要求選好水眼。水眼過小，總泵壓高，對套管內(nèi)壁沖蝕嚴(yán)重，長時(shí)間高壓容易損壞套管；水眼過大，鉆頭處沖擊力低，將影響鉆井速度。

井斜控制問題

套管鉆井過程中，井斜控制是首要問題，井斜直接影響到所鉆井眼的垂直深度。也就是說油層的埋藏深度與所鉆實(shí)際深度能否相穩(wěn)合，關(guān)鍵取決于井斜?？刂沏@壓10-30KN合理范圍內(nèi)鉆進(jìn)。由于套管鉆井時(shí)，套管柱中沒有鉆鋌和扶正器等，在加壓過程中，套管柱受壓極易彎曲導(dǎo)致井斜。因此鉆井過成中要嚴(yán)格控制鉆壓，從這個(gè)角度講，選擇PDC鉆頭更適合于套管鉆井。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速控制為低轉(zhuǎn)速，一般控制在60-120r/min內(nèi)，低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)過程，有利于套管柱的穩(wěn)定，有利于井斜的控制。井架基座安裝平直，保證開鉆井口垂直，加強(qiáng)中途測斜監(jiān)控，一方面便于了解控制下部井斜控制情況，另一方面便于計(jì)算垂深。

套管保護(hù)問題

套管鉆井完井后，套管柱直接留在井內(nèi)，因此對套管保護(hù)很重要。要使用套管絲扣膠。套管依靠絲扣密封，在套管鉆井過程中，要使用套管專用膠，保證絲扣部位密封可靠，聯(lián)接牢固。套管防腐問題。套管鉆進(jìn)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)，外壁受到磨損，其外防腐層容易脫落。內(nèi)壁受到鉆井液的沖刷，內(nèi)防腐層也受到?jīng)_蝕。一是要求用于鉆井的套管，做好內(nèi)外涂層防腐；二是鉆井中采用低轉(zhuǎn)速小鉆壓鉆進(jìn)，有利于減少套管外壁的磨損，三是采用增大鉆頭水眼尺寸，降低管內(nèi)泵壓，減少鉆井液對套管內(nèi)壁的沖蝕。

鉆壓控制在10-30KN。一是有利于防止套管彎曲引起井斜；二是有利于減少套管扭矩，防止鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)套管事故。

轉(zhuǎn)速控制壓60-120r/min。其優(yōu)點(diǎn)是：①減少套管柱扭矩；②低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，有利于減輕套管柱外壁與井壁之間的磨損。

總泵壓控制在6-7MPa以內(nèi)。一是減少鉆井液對套管柱內(nèi)壁沖蝕；二是減少對回壓凡爾的沖蝕磨損。

早在20世紀(jì)50年代就有人設(shè)想用套管代替鉆桿來完成鉆井作業(yè)，但受當(dāng)時(shí)的技術(shù)和裝備條件的限制，很難實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想。在20世紀(jì)90年代，由于新技術(shù)、新材料以及電子技術(shù)的大發(fā)展，促進(jìn)了石油開采技術(shù)不斷發(fā)展，一大批鉆井新工藝、新工具、新裝備涌現(xiàn)出來，套管鉆井技術(shù)再一次被人們提出來。加拿大Texco公司1996年鉆成了第一口套管鉆井的試驗(yàn)井，該井為試驗(yàn)場地井，用95/8″套管鉆進(jìn)了150米。到2000年底Texco公司采用套管鉆井技術(shù)一共完成了20多口開發(fā)井，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

套管鉆井與常規(guī)鉆桿鉆井有相同之處，亦有不同之處。下面介紹套管鉆井特有的技術(shù)要求。

鉆具的主要構(gòu)成（如圖2）有套管、扶正器、軸向承載殼體、承扭殼體、套管鞋、密封器、軸向鎖定器、止位環(huán)、扭矩鎖定器、擴(kuò)眼器、鉆頭等，這些工具與常規(guī)鉆桿鉆井工具不同或者技術(shù)參數(shù)要求不同，它們構(gòu)成了套管鉆井獨(dú)特的技術(shù)特征。

本書介紹了套管鉆井技術(shù)中的材料性能表征方法，利用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDX)及疲勞試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，研究了三種典型套管鉆井鋼級K55鋼、N80鋼、P110鋼的力學(xué)性能，包括硬度、拉伸性能、沖擊性能、斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展性能及硬化指數(shù)等性能及其斷裂機(jī)制，并分析了斷裂表面特征和顯微組織之間的關(guān)系及各種力學(xué)性能之間的聯(lián)系。主要目的是避免套管鉆井鋼在服役過程中發(fā)生失效．并為分析斷裂失效的原因提供理論依據(jù)，從而解決鉆井過程中的穩(wěn)定性及降低鉆井成本問題，使得套管鉆井技術(shù)獲得更為廣闊的應(yīng)用前景。本書可供油氣管道工程、材料科學(xué)與工程、工程力學(xué)、安全工程相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員參考，也可作為有關(guān)大專院校師生的參考書。

本書系統(tǒng)介紹了套管鉆井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)及完鉆后剩余強(qiáng)度、疲勞壽命預(yù)測評估。主要內(nèi)容包括： 套管鉆井管柱屈曲、彎曲行為； 摩阻和扭矩計(jì)算模型方面的研究成果及數(shù)值分析軟件開發(fā)； 鉆井套管螺紋接頭有限元分析及套管鉆井管柱振動與減振技術(shù)； 套管鉆井套管柱與巖石間磨損的試驗(yàn)研究及完鉆后套管及接頭的剩余強(qiáng)度、套管鉆井管柱和接頭的疲勞壽命及不同存活度下的可靠性分析； 套管鉆井作業(yè)參數(shù)優(yōu)化選擇方法以及套管鉆井專用螺紋脂。

本書適于鉆完井工程技術(shù)人員閱讀。

第一章　套管鉆井技術(shù)簡介

第一節(jié)　套管鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

第二節(jié)　國外套管鉆井技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展簡況

第三節(jié)　國內(nèi)套管鉆井技術(shù)現(xiàn)狀

第四節(jié)　國內(nèi)外幾種套管鉆井技術(shù)原理

第二章　套管鉆井管柱屈曲和彎曲行為

第一節(jié)　直井段套管柱屈曲的臨界載荷能量法預(yù)測模型

第二節(jié)　套管柱在軸向力和扭矩作用下的螺旋屈曲

第三節(jié)　斜直井段套管柱屈曲行為的靜力平衡法分析

第四節(jié)　彎曲井段套管柱應(yīng)力極限分析

第三章　套管鉆井管柱摩阻和扭矩計(jì)算模型

第一節(jié)　垂直井旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中套管柱的扭矩計(jì)算

第二節(jié)　二維井眼中管柱摩阻計(jì)算模型

第三節(jié)　三維井眼中管柱摩阻計(jì)算模型

第四節(jié)　二維和三維井眼中管柱的扭矩計(jì)算

第五節(jié)　套管鉆井管柱摩阻和扭矩?cái)?shù)值分析軟件

第四章　鉆井套管螺紋接頭有限元分析

第一節(jié)　彈塑性接觸有限元混合法基本理論

第二節(jié)　有限元半解析法基本理論

第三節(jié)　套管鉆井螺紋有限元分析軟件

第四節(jié)　13"para" label-module="para">

第五章　套管鉆井管柱振動與減振

第一節(jié)　套管柱振動分類

第二節(jié)　下部套管柱有限元動力學(xué)分析

第三節(jié)　保護(hù)及防止套管柱失效的措施

第六章　套管鉆井套管柱與巖石磨損試驗(yàn)

第一節(jié)　套管鉆井管柱與井壁之間接觸壓力的計(jì)算

第二節(jié)　磨損試驗(yàn)方案和試驗(yàn)程序

第三節(jié)　J55 鋼級套管磨損試驗(yàn)

第四節(jié)　N80 鋼級和P110 鋼級套管磨損試驗(yàn)

第七章　含磨損等缺陷套管的剩余強(qiáng)度分析

第一節(jié)　無缺陷套管體的強(qiáng)度計(jì)算

第二節(jié)　套管體的缺陷描述

第三節(jié)　含均勻磨損缺陷套管的剩余靜強(qiáng)度分析

第四節(jié)　含偏磨缺陷的套管剩余靜強(qiáng)度分析

第八章　套管鉆井套管的P－S－N 曲線及可靠性分析

第一節(jié)　套管鉆井套管的P－S－N 曲線

第二節(jié)　套管鉆井中套管柱的可靠性數(shù)值模擬計(jì)算

第九章　鉆井套管螺紋接頭疲勞壽命

第一節(jié)　偏梯形套管螺紋應(yīng)力應(yīng)變分布

第二節(jié)　套管螺紋應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算

第三節(jié)　套管螺紋材料基本力學(xué)性能計(jì)算與測量

第四節(jié)　套管螺紋拉—扭疲勞試驗(yàn)

第五節(jié)　疲勞壽命評估預(yù)測

第六節(jié)　單螺紋疲勞和套管螺紋疲勞壽命等效性分析

第十章　套管鉆井作業(yè)參數(shù)優(yōu)化選擇

第一節(jié)　套管鉆井水力參數(shù)優(yōu)選

第二節(jié)　套管鉆井臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算

第三節(jié)　套管鉆井鉆壓計(jì)算

第四節(jié)　套管鉆井可能的最大井深的計(jì)算模型

第十一章　套管鉆井專用螺紋脂

第一節(jié)　套管鉆井專用螺紋脂性能要求

第二節(jié)　套管鉆井專用螺紋脂的開發(fā)與試制

第三節(jié)　套管鉆井專用螺紋脂性能試驗(yàn)

第四節(jié)　套管鉆井專用螺紋脂性能評價(jià)試驗(yàn)方法

第五節(jié)　套管鉆井專用螺紋脂現(xiàn)場推廣應(yīng)用

參考文獻(xiàn)2100433B