膨胀套管技术在钻井完井工程中的应用

鲁亿

摘要：套管钻井是利用常规的套管或尾管代替钻杆作为钻柱进行的钻进过程，对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头的旋转与钻进。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，可回收式的钻具悬挂并连接在套管底部，钻具是利用钢丝绳或电缆投捞，在套管内实现钻具升降，即实现不提钻更换钻头、钻具。减少了起下钻和井喷、卡钻等意外事故的发生，提高了钻井安全性，降低了钻井成本。套管在钻进过程中的旋转也是靠顶驱来驱动。

关键词：钻井;膨胀套管;技术

引言

过去的油气田钻井作业中，对于地层封堵问题主要是通过下套管方式来解决的，这一方式能顺利钻达目的层且有一定的安全性。井身结构套管序列中，套管的尺寸会因井内套管层次的增加而不断减小，井眼锥度与井眼尺寸因受其影响而出现增大与缩小，对于复杂井、超深井、深井来说，要想钻达目的层非常困难，且后期的生产作业也会因井眼尺寸太小而难度增大。

1.技术概述

现阶段，膨胀套管技术的使用已经相对成熟，侧钻井完井、套管补贴等均是钻井问题的后续解决，在钻井方案与井身结构设计、热采井、深井、水平井、大斜度井中应用日益广泛。膨胀率小是膨胀套管的特点，虽对井身结构具有优化作用，但对于井眼椎角问题并不能彻底消除，并且会对下一开次的钻井造成影响，适应性不强，常规尺寸的钻具不可使用。

在裸眼井段，使用等井径膨胀套管技术能够对不稳定储层段进行封隔，是一种应急预案，能够克服减缩式井身结构中完井尺寸小等不足，钻进无内径损失，是井身结构、膨胀套管技术发展的方向。这一技术在封堵复杂层段时不需要以井眼直径尺寸作为牺牲，与上级套管的回接无内径损失，钻进可使用尺寸相同的钻头。

膨胀套管钻井技术的发展与延续最终得出了等井径膨胀套管技术，应用于应急方案具体是在钻井中使用等井径膨胀套管，不会对井眼内径造成损失，对复杂地层的封堵是通过临时井壁的形成来实现的，不但能够完成钻井目的，对于井身结构也有完善与优化的作用。该技术的应用能够使用相同的钻具规格来进行下步钻进，除了完成钻进操作外，对于钻井成本控制、钻井周期的提高也有积极作用。

2.套管钻井技术应用的范围

在我国石油新研发的套管钻井技术中还存有一些没有研究的课题所以在应用上有局部的限制，不能应用到任何的钻井过程中，所以要了解套管钻井技术的应用范围十分重要。

2.1套管钻井技术使用于油藏储量比较稳定的储油结构和地理位置

这是由于由于套管钻井的工艺设计比较简单，没有测井工艺步骤，不通过测井了解油藏储油层的深度和储层的发育情况，是钻井完毕后直接进行固井完井工序，然后射孔采油。因此在套管钻井之前必须保证油层的发育情况和油层储油的绝对稳定，才能进行套管钻井。

2.2套管钻井适用于油藏底层的倾角较小的地域

由于在各种钻井过程中不可避免的存有井斜的现象，井斜直接的影响结果是导致钻井的深度和垂直性存在不符要求的差异，井斜越大，这种差异就会越大。油藏底层倾角的大小直接决定着井斜的程度。因此在套管钻井中，在设计计划钻井的区域范围是要特别注意，区域底层的倾角要小，还要裂缝的性质为不发育裂缝，才有利于在套管钻井中对井斜的控制保证钻井质量。

3.套管钻井中的准备条件

就位钻机基座必须水平，为设备平稳运转及钻井过程中的防斜打直创造良好的条件。

套管钻井中所选择套管必须是梯形扣套管，因其丝扣最小抗拉强度是同规格型号圆形扣套管的2倍左右，能有效增大套管钻井过程中的安全系数;其次梯形扣套管，便于操作过程中上卸扣钻头优选条件必须满足施工中扭矩尽可能小，水马力适中的原则。根据扭矩的情况，可以考虑选择牙轮钻头和PDC钻头。因牙轮钻头数滚动钻进，能有效减少转盘及套管扭矩，但其要求钻压较大，不利于套管柱的防斜。PDC钻头需钻压小，一般（20-60KN），钻进速度较快，套管柱所受弯曲应力小，扭矩小，符合选择要求。在选择钻头的同时，还要求选好水眼。水眼过小，总泵压高，对套管内壁冲蚀严重，长时间高压容易损坏套管;水眼过大，钻头处冲击力低，将影响钻井速度。

4.套管钻井施工中需注意几方面问题

4.1井斜控制问题

套管钻井过程中，井斜控制是首要问题，井斜直接影响到所钻井眼的垂直深度。也就是说油层的埋藏深度与所钻实际深度能否相稳合，关键取决于井斜。控制钻压10-30KN合理范围内钻进。由于套管钻井时，套管柱中没有钻铤和扶正器等，在加压过程中，套管柱受压极易弯曲导致井斜。因此钻井过成中要严格控制钻压，从这个角度讲，选择PDC钻头更适合于套管钻井。转盘转速控制为低转速，一般控制在60-120r/min内，低转速钻进过程，有利于套管柱的稳定，有利于井斜的控制。井架基座安装平直，保证开钻井口垂直，加强中途测斜监控，一方面便于了解控制下部井斜控制情况，另一方面便于计算垂深。

4.2套管保护问题

套管钻井完井后，套管柱直接留在井内，因此对套管保护很重要。要使用套管丝扣胶。套管依靠丝扣密封，在套管钻井过程中，要使用套管专用胶，保证丝扣部位密封可靠，联接牢固。套管防腐问题。套管钻进时，由于旋转，外壁受到磨损，其外防腐层容易脱落。内壁受到钻井液的冲刷，内防腐层也受到冲蚀。一是要求用于钻井的套管，做好内外涂层防腐;二是钻井中采用低转速小钻压钻进，有利于减少套管外壁的磨损，三是采用增大钻头水眼尺寸，降低管内泵压，减少钻井液对套管内壁的冲蚀。

4.3钻井参数控制

钻压控制在10-30KN。一是有利于防止套管弯曲引起井斜;二是有利于减少套管扭矩，防止钻进过程中出现套管事故。转速控制压60-120r/min。其优点是：①减少套管柱扭矩;②低转速钻进，有利于减轻套管柱外壁与井壁之间的磨损。总泵压控制在6-7MPa以内。一是减少钻井液對套管柱内壁冲蚀;二是减少对回压凡尔的冲蚀磨损。

4.4完井工艺过程控制

钻头上部、套管柱底部安装回压凡尔，有利于固井施工后能实施敞压侯凝。完钻后要处理好钻井液的粘切性能，并充分循环洗井，为提高固井质量做好准备。固井施工采用压塞碰压固井，碰压后试压，并尽可能敞压侯凝。如果敞不住压，可实施蹩压侯凝，所蹩压力为最大替压三分之一左右，并分别在3小时后放掉50%，8小时后放尽。

伴随我国石油资源的不断开采，常规油层以及进入开采末期，深油层以及超深油层等储备石油资源的开采价值逐渐升高。对超深井、复杂地质环境井的钻井施工项目较为密集。与常规井钻井相比，上述类型的钻井施工难度较高，其中较为显著的问题是无法良好解决钻井过程中的压力体系平衡问题，导致一系列施工问题出现。膨胀套管技术对于此类弊端有良好的环节作用，首先该技术可以实现长井段的井眼封堵作用，针对坍塌、井漏、高压层等复杂钻井问题有很好环节作用，其次可以优化井身结构，提高井深结构的锥度实现更深层的钻井施工。

结语：

膨胀套管钻完井技术能有效解决复杂地层封 堵、井身结构优化和完井内径过小等复杂钻完井难题， 膨胀悬挂器作为膨胀套管技术的衍生产品，有效拓宽了悬挂器应用领域，为复杂井况条件下尾管完井提供技术手段。

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