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摘 要：套管钻井技术是近年美国和加拿大开发的一种新型钻井技术， 因其具有降低钻井成本等许多优点， 已大量应用于钻井施工。文中对套管钻井技术及其配套设备进行了介绍， 对套管钻井系统的工作原理、钻具结构及相关技术进行了阐述。
关键词：套管;钻井技术;钻具组合;钻井系统;
文章编号：1674-3520（2015）-11-00-01
一、套管钻井工艺
套管钻井工艺是用套管代替钻柱， 通过套管向钻头传递水力和机械能的。它采用一种可回收式再进入钢丝绳井下钻具组合钻进， 并且起下钻具组合不需要起下套管。这种井下钻具组合是由能穿过套管的领眼钻头和扩孔器组成的。钻进时由领眼钻头先钻出领眼， 再打开其后面的张合式扩孔器进行扩孔， 把领眼扩成与套管留有一定间隙的井眼。在钻定向井时， 井下钻具组合还包括螺杆钻具和随鉆测量仪等必备的定向钻井设备， 并可同时下入随钻测井仪或取心工具。
套管钻井与常规的转盘钻井的主要区别在于： 套管钻井需要的是一种特制钻机， 也可对常规钻机进行改造， 使其适用于套管钻井。套管钻机必须使用顶驱来旋转套管， 它还要有一个大型钢丝绳装置来起下钻具组合。用套管钻井系统钻进时， 要求钻头能穿过套管， 同时又能钻出尺寸比套管直径大的井眼。套管钻井所钻出的井眼无法用常规的测井仪进行测井， 而是用套管内测井仪进行随钻测井。用这种钻井工艺其造斜率要比常规钻井的造斜率高， 但注意易产生较高的狗腿度。
二、国外套管钻井技术
国外套管钻井技术的主要代表是以绳索回收技术为基础的回收式套管钻井技术（以加拿大TESCO公司为代表）和可钻式单行程套管钻井技术（以美国Weatherford 公司为代表）。
（一）TESCO 公司的套管钻井系统
该公司生产的套管钻井系统是用常规油田套管为钻柱、边钻进边下套管，套管井底钻具组合传递水力和机械能量以及给钻头施加钻压。钻具组合通过钢丝绳起下，并悬挂在井底套管上的座底短节上，组合顶部装有锁紧总成（DLA），其作用是提供其与套管之间轴向和径向的机械连接、水力密封及连接和脱离套管柱的机械装置，组合的最下部是领眼钻头，也可以加装其他常规钻井工具（如井下扩眼器、动力马达、取心或定向装置）。
井下锁定装置是套管钻井技术中最具特色的技术，其功能是：钻进时将井下工具串锁定在套管上，使之不能转动和轴向窜动;起钻时锁定器解锁，从套管内可以将井下工具组合打捞至地面。国外井下锁定装置主要由锁定活塞、承载键、承载壳体等3 个部件组成（ 图1），锁定活塞下行时，承载键被嵌入承载壳体内，此时承载键可承受较大的钻井扭矩和钻压;当通过打捞矛上提锁定活塞时，承载键被挤出承载壳体，锁定装置解锁，整个井下工具组合可提离井底。
TESCO 公司的一种井下回收工具使用顶部驱动旋转套管，接套管单根时先从套管架上吊起单根放入鼠洞，顶驱延伸至鼠洞处接好单根上端螺纹，然后提至井口与套管柱连接，最后以常规方式钻完该单根。钻井过程中主要采用旋转钻进方式，只是在使用马达定向时以滑动方式钻进。
多数情况下，井下扩眼器与领眼钻头配合使用，将井眼尺寸从领眼钻头直径扩大到设计尺寸。领眼钻头的尺寸足以通过套管，而扩眼器扩开的井眼尺寸则是下套管的常规井眼尺寸。
（二）Weatherford 公司的套管钻井系统
与TESCO公司相比，Weatherford 公司生产的套管钻井系统的原理及设备基本相同，对套管钻井技术的认识更为简单、有效，在降低钻井费用及处理钻井问题等方面具有非常明显的技术优势。使用Weatherford 公司的系统进行套管钻井时，通常不需要起出钻具组合即可完成固井等作业，中途无需间断施工。
为了有效地提高利用套管钻井工具“迅速固井”的能力，Weatherford 公司一直致力于芯部可钻式钻鞋的研究开发，目前已经拥有了第三代产品。虽然Weatherford 公司的套管钻井技术发展迅速，在一次性浅井作业具有明显的优势，但同一井眼内钻头不能更换，一只钻头须打完全部进尺，不用在套管内起下工具组合，因而限制了该项技术的使用范围。
如果套管钻井向深层次发展，必须要更换钻头，所以加拿大TESCO 公司的套管钻井技术值得借鉴。
三、展望及前景
现场试验表明， 在无事故井中进行套管钻井可节省钻井成本10%～ 15%。在钻速较快的陆地井中估计可节约钻井成本30%。对于钻易坍塌地层， 如果套管钻井被证明是一种更加经济有效的方法， 则有可能节省更多的钻井费用。对已有的钻井技术如定向钻井、注水泥、测井、取心和试井等作业采用套管钻井、固井来替代常规的钻杆钻井， 其速度比常规钻杆钻井快5～ 10 倍。
因此， 套管钻井作为一项前沿技术已推动钻井工业进入新世纪。这一降低钻井成本的重大举措， 对石油工业的发展具有重大影响。
目前国内一些机构正在开展套管钻井技术的研究工作。大庆油田开展了表层套管钻井技术的试验研究，该技术为可钻钻头式套管钻井技术，实现了非顶驱钻机的表层套管钻井所需的设备改造，完成了所需仪器和工具的研制，并成功进行了4 口井的试验，证明套管钻井的平均机械钻速高于常规钻井，可以缩短钻井周期。
中国石油集团钻井工程技术研究院与吉林油田共同承担了国家863 计划项目的“先进钻井技术与装备”之“套管钻井技术”专题，先后研究开发了简易套管钻井技术及专用配套工具、可更换钻头套管钻井工具及工艺。这些技术对钻机并没有特殊要求，采用转盘驱动，在吉林油田成功进行了现场试验。
可以看到，国外的套管钻井技术是依托顶驱来实现的，而目前国内的套管钻井都是基于转盘驱动的简易套管钻井，在装备和技术上还有一定差距。套管钻井是一个庞大的系统工程。国内的公司和科研机构也可以尝试进行联合开发攻关，取长补短，在套管钻井的核心装备技术上实现突破。
四、结束语
套管钻井技术作为一种全新的钻井工艺技术，发展升级迅速，应用范围不断扩大。我国目前的套管钻井技术还停留在转盘驱动阶段，而且也没有得到广泛的推广应用，从装备、技术水平和应用等方面都与国外有较大的差距。下一阶段应该考虑开发基于顶驱的套管钻井技术，并且扩大其应用范围，使得这项技术能够为我国钻井技术的水平提升做出贡献。
关键词：套管;钻井技术;钻具组合;钻井系统;
文章编号：1674-3520（2015）-11-00-01
一、套管钻井工艺
套管钻井工艺是用套管代替钻柱， 通过套管向钻头传递水力和机械能的。它采用一种可回收式再进入钢丝绳井下钻具组合钻进， 并且起下钻具组合不需要起下套管。这种井下钻具组合是由能穿过套管的领眼钻头和扩孔器组成的。钻进时由领眼钻头先钻出领眼， 再打开其后面的张合式扩孔器进行扩孔， 把领眼扩成与套管留有一定间隙的井眼。在钻定向井时， 井下钻具组合还包括螺杆钻具和随鉆测量仪等必备的定向钻井设备， 并可同时下入随钻测井仪或取心工具。
套管钻井与常规的转盘钻井的主要区别在于： 套管钻井需要的是一种特制钻机， 也可对常规钻机进行改造， 使其适用于套管钻井。套管钻机必须使用顶驱来旋转套管， 它还要有一个大型钢丝绳装置来起下钻具组合。用套管钻井系统钻进时， 要求钻头能穿过套管， 同时又能钻出尺寸比套管直径大的井眼。套管钻井所钻出的井眼无法用常规的测井仪进行测井， 而是用套管内测井仪进行随钻测井。用这种钻井工艺其造斜率要比常规钻井的造斜率高， 但注意易产生较高的狗腿度。
二、国外套管钻井技术
国外套管钻井技术的主要代表是以绳索回收技术为基础的回收式套管钻井技术（以加拿大TESCO公司为代表）和可钻式单行程套管钻井技术（以美国Weatherford 公司为代表）。
（一）TESCO 公司的套管钻井系统
该公司生产的套管钻井系统是用常规油田套管为钻柱、边钻进边下套管，套管井底钻具组合传递水力和机械能量以及给钻头施加钻压。钻具组合通过钢丝绳起下，并悬挂在井底套管上的座底短节上，组合顶部装有锁紧总成（DLA），其作用是提供其与套管之间轴向和径向的机械连接、水力密封及连接和脱离套管柱的机械装置，组合的最下部是领眼钻头，也可以加装其他常规钻井工具（如井下扩眼器、动力马达、取心或定向装置）。
井下锁定装置是套管钻井技术中最具特色的技术，其功能是：钻进时将井下工具串锁定在套管上，使之不能转动和轴向窜动;起钻时锁定器解锁，从套管内可以将井下工具组合打捞至地面。国外井下锁定装置主要由锁定活塞、承载键、承载壳体等3 个部件组成（ 图1），锁定活塞下行时，承载键被嵌入承载壳体内，此时承载键可承受较大的钻井扭矩和钻压;当通过打捞矛上提锁定活塞时，承载键被挤出承载壳体，锁定装置解锁，整个井下工具组合可提离井底。
TESCO 公司的一种井下回收工具使用顶部驱动旋转套管，接套管单根时先从套管架上吊起单根放入鼠洞，顶驱延伸至鼠洞处接好单根上端螺纹，然后提至井口与套管柱连接，最后以常规方式钻完该单根。钻井过程中主要采用旋转钻进方式，只是在使用马达定向时以滑动方式钻进。
多数情况下，井下扩眼器与领眼钻头配合使用，将井眼尺寸从领眼钻头直径扩大到设计尺寸。领眼钻头的尺寸足以通过套管，而扩眼器扩开的井眼尺寸则是下套管的常规井眼尺寸。
（二）Weatherford 公司的套管钻井系统
与TESCO公司相比，Weatherford 公司生产的套管钻井系统的原理及设备基本相同，对套管钻井技术的认识更为简单、有效，在降低钻井费用及处理钻井问题等方面具有非常明显的技术优势。使用Weatherford 公司的系统进行套管钻井时，通常不需要起出钻具组合即可完成固井等作业，中途无需间断施工。
为了有效地提高利用套管钻井工具“迅速固井”的能力，Weatherford 公司一直致力于芯部可钻式钻鞋的研究开发，目前已经拥有了第三代产品。虽然Weatherford 公司的套管钻井技术发展迅速，在一次性浅井作业具有明显的优势，但同一井眼内钻头不能更换，一只钻头须打完全部进尺，不用在套管内起下工具组合，因而限制了该项技术的使用范围。
如果套管钻井向深层次发展，必须要更换钻头，所以加拿大TESCO 公司的套管钻井技术值得借鉴。
三、展望及前景
现场试验表明， 在无事故井中进行套管钻井可节省钻井成本10%～ 15%。在钻速较快的陆地井中估计可节约钻井成本30%。对于钻易坍塌地层， 如果套管钻井被证明是一种更加经济有效的方法， 则有可能节省更多的钻井费用。对已有的钻井技术如定向钻井、注水泥、测井、取心和试井等作业采用套管钻井、固井来替代常规的钻杆钻井， 其速度比常规钻杆钻井快5～ 10 倍。
因此， 套管钻井作为一项前沿技术已推动钻井工业进入新世纪。这一降低钻井成本的重大举措， 对石油工业的发展具有重大影响。
目前国内一些机构正在开展套管钻井技术的研究工作。大庆油田开展了表层套管钻井技术的试验研究，该技术为可钻钻头式套管钻井技术，实现了非顶驱钻机的表层套管钻井所需的设备改造，完成了所需仪器和工具的研制，并成功进行了4 口井的试验，证明套管钻井的平均机械钻速高于常规钻井，可以缩短钻井周期。
中国石油集团钻井工程技术研究院与吉林油田共同承担了国家863 计划项目的“先进钻井技术与装备”之“套管钻井技术”专题，先后研究开发了简易套管钻井技术及专用配套工具、可更换钻头套管钻井工具及工艺。这些技术对钻机并没有特殊要求，采用转盘驱动，在吉林油田成功进行了现场试验。
可以看到，国外的套管钻井技术是依托顶驱来实现的，而目前国内的套管钻井都是基于转盘驱动的简易套管钻井，在装备和技术上还有一定差距。套管钻井是一个庞大的系统工程。国内的公司和科研机构也可以尝试进行联合开发攻关，取长补短，在套管钻井的核心装备技术上实现突破。
四、结束语
套管钻井技术作为一种全新的钻井工艺技术，发展升级迅速，应用范围不断扩大。我国目前的套管钻井技术还停留在转盘驱动阶段，而且也没有得到广泛的推广应用，从装备、技术水平和应用等方面都与国外有较大的差距。下一阶段应该考虑开发基于顶驱的套管钻井技术，并且扩大其应用范围，使得这项技术能够为我国钻井技术的水平提升做出贡献。