论文部分内容阅读
[摘 要]随着国家西气东输战略对油气资源需求的增加，如何低成本高效率地完成一口油气井的钻探显得尤为重要，而下套管作业是油气井钻探中的重要一环。特别是川渝地区油气井不断向更深的地层发展及低投资页岩气井的增多，下套管作业困难度随之增加，这也为如何快速安全的完成下套管作业提出了新的要求。鉴于此，本文从钻井下套管的施工工艺着手分析钻井下套管施工新工艺的使用可行性。
[关键词]钻井；下套管；施工工艺；
中图分类号：TS966 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0098-01
在一口油气井的钻探过程中，往往要钻穿多个压力系统的不同地层，为了封闭不同压力系统及复杂段地层，钻井工艺要求通过下入不同尺寸的套管固井进行逐层封闭，以满足下步继续钻进的需要。而随着川渝地区油气井布井深度的增加和特殊非标准井身结构的采用，以及低投资页岩气井的占比提升，常规下套管工艺由于存在①前期通井耗时长，成本不经济；②在套管下入过程中不能转动套管，遇到井下异常不能立即建立循环，导致卡套管事故；③复杂井眼套管容易下不到位，被迫全程起出套管；④固井时顶替效率低固井质量差等一系列问题，严重制约着深井复杂井及页岩气井提速增效的目标。而旋转下套管技术在国外和国内对外合作項目中的应用已经证明其能有效解决以上问题。
一、旋转下套管工艺的优点
旋转下套管工艺即顶驱下套管工艺技术，指使用顶驱配合旋转下套管工具来完成下套管作业，该工艺充分利用顶驱系统扭矩转速可控的特性以及旋转下套管工具可以和套管循环通道建立软连接的特性，保证在下套管时随时可以建立循环并且转动套管柱，从而使下套管作业像下钻杆一样轻松可控，它的优点主要有以下几点。
第一，在井下正常的情况下，如果在钻进阶段下部钻具组合（BHA）内带有不小于套管外径尺寸的扶正器，完钻后可以不额外进行通井，直接进入下套管程序，节约大量工程时间。
第二，在下套管过程中如果遇到阻卡，可以通过循环并旋转套管串来解除阻卡，使套管顺利下入。
第三，在下套管过程中随时可以向套管内灌入钻井液，确保套管内外压平衡，不用专门停下来灌钻井液。
第四，结合顶驱系统有效控制套管旋转扭矩和上扣扭矩，确保套管连接可靠性。
第五，配合可旋转的水泥头，固井施工过程中可以旋转套管确保套管居中，提升水泥浆顶替效率，极大地提高固井质量。
二、旋转下套管工艺的程序
（一）设备要求
旋转下套管工艺的实施，除了常规钻机和其他必备设备外，下套管操作主要依靠顶驱和旋转下套管工具。此外，在设备机械化、自动控制和智能操作方面为了提高下套管作业的安全和效率，以及降低劳动强度，钻井现场应配备套管动力卡瓦、套管动力钳、扭矩采集系统、套管吊卡、对扣器和其他的设备工具。为了司钻观察方便，建议配备图像采集系统。
（二）旋转下套管工具
目前油田现场常用的旋转下套管工具以①NOV公司研发的下套管工具（Casing Running Tool）和②Tesco公司研发的套管驱动系统（Casing Driving System，以下简称CDS）为主，本文主要介绍Tesco公司的CDS系统。
CDS下套管系统连接在顶驱下面，可以抓取套管单根，承受整个套管柱的重量，传递顶驱扭矩。卡瓦组件既可以从套管内部抓取外径为95/8英寸和更大尺寸套管，也可以从套管外部抓取小尺寸套管，其承重能力最大能达到750吨；内部导向头组件上有封隔皮碗，可对套管进行流体密封，以保证钻井液循环，而不需将套管与顶驱进行直接的螺纹连接，加快了下套管作业（图1，图2）。
（三）旋转下套管操作程序
使用CDS下套管系统下套管操作程序如下：先把套管从地面吊送至猫道，使用吊环和套管吊卡将一根套管从猫道上吊起。提升顶驱吊起套管，用对扣器将套管对扣。启动下套管工具的卡瓦抓住套管，旋转顶驱的主轴，将套管上扣到指定的扭矩。如果有必要，开泥浆泵通过顶驱灌钻井液，灌浆后停泥浆泵（在灌浆的同时可以循环和旋转套管串，需要下部的卡瓦）。释放顶驱下套管工具的卡瓦松开套管，提升顶驱，将套管吊卡定位在节箍下面（通过图像采集系统）。释放井口的动力卡瓦，下放套管串。关闭动力卡瓦将整个套管串的重量坐在上面。重复以上步骤直到套管下的目标深度。
结语
旋转下套管工艺在四川壳牌反承包项目金秋梓潼区块页岩气井的使用证明，该工艺能有效解决常规下套管工艺施工耗时长，套管常不能下到指定位置，井口操作人员工作量大安全系数低等问题，是降本增效的有效手段，也为进一步实现井口作业自动化提供了新思路。
参考文献
[1] 冯来，王辉，王力等.可更换钻头套管钻井工具及工艺研究[J].石油钻探技术，2007，35（5）：18-21.
[2] 张国田，张宏英，李兴杰，等.一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法[P].中国：200910078565.2009，（07）
[3] 张宏英，李东阳，黄衍福，等.顶驱下套管作业装备配套及工艺初探[J].石油矿场机械，2011，40（3）：20-23
[4] 张国田，邹连阳，黄衍福，等.顶驱下套管装置的研制[J].石油机械，2008，36（9）：82-84
作者简介
姬智（1983-）男，河南省焦作人，大学本科，中国石油集团川庆钻探工程工程师，主要研究方向：钻井专业。
[关键词]钻井；下套管；施工工艺；
中图分类号：TS966 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0098-01
在一口油气井的钻探过程中，往往要钻穿多个压力系统的不同地层，为了封闭不同压力系统及复杂段地层，钻井工艺要求通过下入不同尺寸的套管固井进行逐层封闭，以满足下步继续钻进的需要。而随着川渝地区油气井布井深度的增加和特殊非标准井身结构的采用，以及低投资页岩气井的占比提升，常规下套管工艺由于存在①前期通井耗时长，成本不经济；②在套管下入过程中不能转动套管，遇到井下异常不能立即建立循环，导致卡套管事故；③复杂井眼套管容易下不到位，被迫全程起出套管；④固井时顶替效率低固井质量差等一系列问题，严重制约着深井复杂井及页岩气井提速增效的目标。而旋转下套管技术在国外和国内对外合作項目中的应用已经证明其能有效解决以上问题。
一、旋转下套管工艺的优点
旋转下套管工艺即顶驱下套管工艺技术，指使用顶驱配合旋转下套管工具来完成下套管作业，该工艺充分利用顶驱系统扭矩转速可控的特性以及旋转下套管工具可以和套管循环通道建立软连接的特性，保证在下套管时随时可以建立循环并且转动套管柱，从而使下套管作业像下钻杆一样轻松可控，它的优点主要有以下几点。
第一，在井下正常的情况下，如果在钻进阶段下部钻具组合（BHA）内带有不小于套管外径尺寸的扶正器，完钻后可以不额外进行通井，直接进入下套管程序，节约大量工程时间。
第二，在下套管过程中如果遇到阻卡，可以通过循环并旋转套管串来解除阻卡，使套管顺利下入。
第三，在下套管过程中随时可以向套管内灌入钻井液，确保套管内外压平衡，不用专门停下来灌钻井液。
第四，结合顶驱系统有效控制套管旋转扭矩和上扣扭矩，确保套管连接可靠性。
第五，配合可旋转的水泥头，固井施工过程中可以旋转套管确保套管居中，提升水泥浆顶替效率，极大地提高固井质量。
二、旋转下套管工艺的程序
（一）设备要求
旋转下套管工艺的实施，除了常规钻机和其他必备设备外，下套管操作主要依靠顶驱和旋转下套管工具。此外，在设备机械化、自动控制和智能操作方面为了提高下套管作业的安全和效率，以及降低劳动强度，钻井现场应配备套管动力卡瓦、套管动力钳、扭矩采集系统、套管吊卡、对扣器和其他的设备工具。为了司钻观察方便，建议配备图像采集系统。
（二）旋转下套管工具
目前油田现场常用的旋转下套管工具以①NOV公司研发的下套管工具（Casing Running Tool）和②Tesco公司研发的套管驱动系统（Casing Driving System，以下简称CDS）为主，本文主要介绍Tesco公司的CDS系统。
CDS下套管系统连接在顶驱下面，可以抓取套管单根，承受整个套管柱的重量，传递顶驱扭矩。卡瓦组件既可以从套管内部抓取外径为95/8英寸和更大尺寸套管，也可以从套管外部抓取小尺寸套管，其承重能力最大能达到750吨；内部导向头组件上有封隔皮碗，可对套管进行流体密封，以保证钻井液循环，而不需将套管与顶驱进行直接的螺纹连接，加快了下套管作业（图1，图2）。
（三）旋转下套管操作程序
使用CDS下套管系统下套管操作程序如下：先把套管从地面吊送至猫道，使用吊环和套管吊卡将一根套管从猫道上吊起。提升顶驱吊起套管，用对扣器将套管对扣。启动下套管工具的卡瓦抓住套管，旋转顶驱的主轴，将套管上扣到指定的扭矩。如果有必要，开泥浆泵通过顶驱灌钻井液，灌浆后停泥浆泵（在灌浆的同时可以循环和旋转套管串，需要下部的卡瓦）。释放顶驱下套管工具的卡瓦松开套管，提升顶驱，将套管吊卡定位在节箍下面（通过图像采集系统）。释放井口的动力卡瓦，下放套管串。关闭动力卡瓦将整个套管串的重量坐在上面。重复以上步骤直到套管下的目标深度。
结语
旋转下套管工艺在四川壳牌反承包项目金秋梓潼区块页岩气井的使用证明，该工艺能有效解决常规下套管工艺施工耗时长，套管常不能下到指定位置，井口操作人员工作量大安全系数低等问题，是降本增效的有效手段，也为进一步实现井口作业自动化提供了新思路。
参考文献
[1] 冯来，王辉，王力等.可更换钻头套管钻井工具及工艺研究[J].石油钻探技术，2007，35（5）：18-21.
[2] 张国田，张宏英，李兴杰，等.一种用顶部驱动钻井装置下套管作业的方法[P].中国：200910078565.2009，（07）
[3] 张宏英，李东阳，黄衍福，等.顶驱下套管作业装备配套及工艺初探[J].石油矿场机械，2011，40（3）：20-23
[4] 张国田，邹连阳，黄衍福，等.顶驱下套管装置的研制[J].石油机械，2008，36（9）：82-84
作者简介
姬智（1983-）男，河南省焦作人，大学本科，中国石油集团川庆钻探工程工程师，主要研究方向：钻井专业。