顶驱旋转下套管技术及在长宁H8平台的应用

徐新乐 涂增文 吴乐平 李金涛 安伟(中国石油渤海钻探第五钻井分公司，河北 河间 062450)

0 引言

常规的下套管在下套管期间不能快速循环、旋转和上下活动套管。在复杂的地层可能会发生垮塌、缩径和岩屑沉积等，从而导致下套管失败。据统计，由于缩径和卡钻造成的非生产时间占整个下套管过程的49%。然而最有效的避免缩径和卡钻办法是钻井液保持循环。顶驱下套管技术[1]的引进打破了传统下套管施工中的各种难题，把顶驱钻进的优点应用到下套管施工中。下套管过程中，可以随时循环或者一直保持循环，在不稳定地层下套管可以保持循环，利于井眼的稳定。顶驱下套管技术提高了自动化程度，降低了劳动强度，提高了下套管施工的安全性和效率。

1 国内外技术现状

国外顶驱下套管装置[2,4]研发较早，主要生产厂家Tesco、Canrig、Volant、Weatherford、Franks、Offshore Energy及Premiere等。其中Tesco公司的顶驱下套管装置较经典。目前，Tesco公司主要有内卡式和外卡式两类顶驱下套管装置。内卡式顶驱下套管装置夹持套管内表面，外卡式顶驱下套管装置夹持套管外表面。Tesco公司的顶驱下套管装置产品共有350t外卡、500t内卡及750t内卡3种。截止2015年底Tesco公司已经利用顶驱下套管技术完成了1152井次的套管钻井作业施工[3]，其中定向井110口，水平井25口，海洋钻井66口。国内最近几年才开始对顶驱下套管装置进行研发，主要生产厂家有中国石油集团钻井工程技术研究院北京石油机械厂。北京石油机械厂的顶驱下套管装置的工作原理与 Tesco 公司的产品相似，都采用液压驱动的方式，其主要产品有XTG178 和XTG244 两种型号。国内顶驱动下套管技术在中石油，中石化、中海油都已经有过应用案例。总井数也已超过百口。

2 顶驱旋转下套管技术工艺流程及注意事项

顶驱旋转下套管作业其工艺流程简单，整个下套管过程和常规接钻杆作业一样，至要动作包括抓取单根套管—提升单根套管—下放套管以对扣、上扣—松卡瓦—套管柱下放—坐卡瓦—灌注泥浆(必要时)—上提大钩以抓取下一根套管。下套管过程中，作业基本装备和智能辅助设备交互配合使用，直至完成整个作业。

与常规下套管作业(利用液压套管钳)相比，利用顶驱下套管装置进行上扣时，下套管装置的夹持机构(内卡或外卡)与套管的接触面积更大，相应单位面积的压应力就更小，进而对套管的损伤降低，这对于提高套管寿命和油井寿命有重要意义。

注意事项：

(1)连接套管驱动系统作业程序及注意事项

①工具及地面设备到达井场，协调安排工作间等地面设备的安装。

②严格遵守作业现场各项作业安全管理制度，进行地面设备安装前的安全作业分析，保证所有的作业安个有序进行。

③从顶驱上卸掉吊卡、引导管。井架工盒上背钳装上防转支架，如有必要卸掉安全接头和接头片瓦。

④用吊车或绞车将套管驱动系统提至钻台。

⑤连接套管驱动系统和顶驱，上扣。

⑥安装防转工作臂。

⑦测试工具各项功能，确保每个部件都正常工作，没有泄漏、检查压力。

(2)下套管作业程序及注意事项

①设置顶驱的扭矩和转速。

②下放单根吊卡，套在单根套管上，插好安个销，上提套管。

③入扣，备钳打在套管本体处。

④将套管驱动系统卡瓦插入套管，启动套竹驱动系统卡瓦卡住套管，顶驱旋转上扣。

⑤提起套管串，提开卡瓦。下放套管串入井。

3 顶驱旋转下套管技术的优点

顶驱下套管技术作为一项新技术，具有以下优点：

(1)随时循环钻井液，及时灌入泥浆。顶部驱动装置密封连接套管和顶驱。确保了随时循环钻井液，携带带岩屑。钻井液循环保证了井眼的清洁和尺寸，确保了下套管作业的安全顺利进行。钻井液随时循环对于深井、复杂井和大位移井的井眼稳定至关重要。

(2)拓展了顶驱的应用顶驱借助顶部驱动装可以实现套管旋转固井和套管钻井顶驱下套管技术缩短了处理事故的时间，减少了非生产时间。顶驱下套管工具可提升没有节箍的套管，大大提高下套管的效率。顶驱下套管技术也具有扶正套管的功能，消除了扶台的使用，提高了套管的安全性。

(3)微痕抓卡技术，减小套管损伤。顶驱下套管装置上的卡瓦面积大，增大了卡瓦与套管的接触面积受力面积更大，力更均匀套管的损伤更小，甚至可以忽略。与传统的套管钳比较，顶驱下套管装置的使用减小了上扣过程中的损伤，提高了套管的化学抵抗力，延长了套管的寿命。

4 长宁H8平台概况

长宁地区龙马溪组页岩气属非常规页岩气藏。构造位置位于四川盆地与云贵高原结合部，川南古坳中隆低陡构造区与娄山褶皱带之间，北受川东褶皱冲断带西延影响，南受娄山褶皱带演化控制，其构造特征集二者于一体的构造复合体。目的层为龙马溪组，岩性为灰色、黑色页岩。

施工钻井队为渤海钻探第五钻井分公司50521钻井队，钻机型号为50LDB,顶驱型号为DQ50BC，一开二开使用水基钻井液，三开使用油基钻井液，完钻钻井液比重为2.13。

井身结构概况：长宁H8-1井完井井深5180m，水平段长1700m，最大井斜98.25°；长宁H8-2井完井井深5000m，水平段长1500m，最大井斜97.87°；长宁H8-3井完井井深4870m，水平段长1500m，最大井斜98.08°。

长宁H8平台井为三维井型，造斜段增井斜的同时需要扭方位，狗腿度较大，三开裸眼段地层为韩家店组，石牛栏组，龙马溪组。地质条件复杂，水平段轨迹均为上倾，井斜较大，并且龙马溪组页岩易垮。油层套管的下入作业存在极大的难度和井下安全风险。

5 顶驱旋转下套管技术现场应用情况

5.1 上扣要求

如图1、2所示，上扣过程中，都需要计算机实时监控上扣扭矩并记录，提供有上扣扭矩图，保证每个套管接扣都能上到位。瓦姆套管上扣扭矩22.12KN.m，BGT2气密封套管上扣扭矩25.5KN.m。

图1 长宁H8-1井瓦姆套管上扣扭矩图

5.2 施工过程

5.2.1 下套管前通井情况

以长宁H8-1井通井过程为例。2016年2月20日13:00组合三扶常规钻具通井，为下套管做准备。

图2 长宁H8-1井气密封套管上扣扭矩图

通井钻具组合为φ215.9mm HJ517G大齿牙轮钻头(江钻)+430/4A10双母接头+φ212mm扶正器+浮阀+φ165mm钻铤×1根+φ210mm扶正器+φ165mm 钻铤×2根+φ206mm扶正器+φ165mm钻铤×3根+4A11/410接头+φ127mm加重钻杆×5根+震击器+φ127mm加重钻杆×4根+411/NC520+φ127mm钻杆。

下钻至着陆点3480m后，反复刮拉造斜扭方位段(2812～3480m)技术划眼。2月22日15:00技术划眼到井底5180m。做两次短起下至4000m，循环好泥浆起钻。总体来讲下套管前井况较好。

5.2.2 旋转下套管使用情况

2月24日10:00-24:00使用常规下套管方法下至技套鞋处(2154m)。2月25日0:00-3:00安装旋转下套管设备，2月26日3:30在未旋转套管，未开泵的前提套管下至井深4370m，此时常规方法下入困难，开始旋转套管开泵下入。

旋转下套管参数：顶驱转速20～30r/min，排量单泵60冲排量13.5L/s(F1600型泥浆泵，缸套140mm)，立管压力14MPa套管下入过程顺利，悬重稳定，无遇阻现象，套管下入速度4～5根/小时。

2月26日21:00接联顶节联入8.05m完成坐封。21:00—24:00循环泥浆。2月26日0:00—5:00拆除Tesco顶驱旋转下套管装置。接固井循环头继续循环泥浆，做固井准备。

6 结语

顶驱旋转下套管技术在长宁H8平台作业过程中，套管旋扣过程平稳，上扣扭矩控制精确，作业过程安全高效，可以随时转动套管，循环钻井液，具有传统下套管方式无法比拟的优势。本平台油层套管均一次性下到位，有效减少了在下套管作业中的事故复杂，应用非常成功，得到了各方的一致认可。建议复杂井、水平井下套管作业推广应用该技术。