石油钻井中跟套管钻进技术的应用

程林

中海油田服务股份有限公司深圳分公司 广东 深圳 518000

在地质勘探中，很多情况下要到达地质比较复杂的第四系地层，而且还时常会遇到风化和熔断较为严重的软层、断裂带等。在这种复杂的地质中钻井很容易出现异物流落和坍塌的问题，因此需要采用跟套管技术来解决。跟套管技术在复杂的地层钻探中有着广泛的应用，如高压旋喷施工、矿产勘探、工程地质勘察等，实际的应用中也取得了较好的效果。但是目前跟套管技术在石油领域的应用还较少，因此可创新的将其用于石油钻井中，以此来针对性解决易漏、易垮地形的钻井问题。

1 跟套管技术简介

跟套管技术已经发了一段时间，目前其技术已经较为成熟，应用的范围也较广。结合当前的实际情况，跟套管技术的常见应用主要有以下几种：

斑加钻跟套管钻进。该技术通常只用于钻浅孔，在套管的顶部设置平台，在平台上人工操作钻杆，从套管内向下钻进。

偏心扩底式跟套管钻进。该项技术常用的是潜孔锤，从套管内下到孔底，在底部安装有偏心式的扩底钻头，这样钻孔就会略大于套管，当潜孔锤在冲击时就会带动套管同时跟进。

同心式跟套管钻进。该技术是在套管的底部安装换装钻头和管鞋，用钢丝绳将其固定承插，在管套内放入潜孔锤和导向钻头，当潜孔锤对导向钻头冲击时会带动套管一起钻进。

顶驱式跟套管钻进。顶驱式跟套管钻进是在钻杆的顶部安装冲击机构，这样就能实现在管套内超前钻孔。当钻机运动时，其回转机构会驱动套管同时的回转跟进。

顶居式跟套管钻进。顶居式跟套管钻进技术是首先用搓管机将套管钻入一定的深度，在套管顶部用液压驱动钻头，这样就可在套管内反循环向下钻进排渣，套管在液压机的驱动下跟进。

水域微型顶居式跟套管钻进。水域微型顶居式跟套管钻进是将套管穿过甲板后插入水底，通过轻型的钻机取样，如图1所示。一般而言，水域微型顶居式跟套管钻进主要是用于水域的钻探，可随着钻孔的深入跟进套管。

图1 水域微型顶居式钻机

（7）水平孔屏蔽跟套管技术。如图2所示，为水平孔屏蔽跟套管钻进示意图，这种工艺适用于垂直孔的钻进，钻杆与套管可以同时回转，也能分别回转。

图2 水平孔屏蔽跟套管钻进示意图1—回转器；2—导向器；3—套管卡盘，4—钻杆卡盘，5—操作台，6—注油器，7—套管，8—钻杆，9—潜孔锤，10—套管钻头，11—气龙头，12—送气管，13—制动器，14为机架。

除上述的几种跟套管技术外，还有旋转钻跟套管技术、双回旋驱动跟套管技术等。随着相关技术的不断完善，跟套管技术的种类越来越多，而且其应用的领域也不断扩大。根据当前的实际情况，跟套管钻进技术在河滩、人工填土地钻探等领域的应用十分广泛。而且很多著名的工程都采用了跟套管钻进技术，如四川盐源金河大桥锚固工程、新疆乌奎高速公路风层采空区注浆孔施工等，这些实例都说明了跟套管钻进技术应用的广泛性与潜在市场。

2 石油钻井设备工具及工艺

在石油钻井的过程中，经常会出现井壁坍塌的问题，而且还有钻头被埋的现象，这就导致施工受到极大影响。因此可将跟套管钻进技术应用在石油钻井中，针对性的改进相关设备与工艺。

2.1 设备的改进

首先对于转盘部分而言，它主要作用是传递动力，应用在石油钻井时可将方补心装置替换成液压夹紧装置，以此将动力传递给钻杆和钻头，也能方便套管的顺利放下。当然，这需要对设备的控制系统进行调整，增加液压装置的控制开关。其次，钻铤也要针对性的改进，这是为了在钻进时将套管顺利的放下。相应的改进可在钻井下安装连接装置，同时增加锁紧的设备。这样就能将连接装置每个部位都固定，而且也能避免连接装置和套管连接件的碰撞。再者是对套管的改进，这是因为石油钻井的套管与普通套管有一定的差异，需要在套管内部留一个平段。以此方便钻铤连接装置和套管的连接。最后是对钻头的改进，相应的改进是为了钻头能够从套管中顺利的取出，在这方面可采用收缩钻头，其他的配套设施不用做出改变。

2.2 设备工作原理

跟套管钻进技术应用在石油钻井中需要对设备进行调整，当钻柱做钻进运动时，其下方连接的装置会向下动作，这时装置的滚珠就能把连接装置的旋转运动变化为垂直运动，而且还能预防钻头与套管之间的撞击磨损，实现套管与钻进的同步进行。当然，还需要在连接装置上开孔，这是为了方便钻井液的循环、随着钻井深度的不断增加，套管也会下降跟进，当整个工程完工时将钻头从套管中取出即可。

2.3 跟套管钻进流程设计

跟套管钻进技术在钻井中应用与传统的技术基本相同，首先需对连接装置进行确认，在钻铤的什么位置安装连接要根据钻头的长度确定，校核好位置后才能固定连接装置。其次，当钻进到一定深度后，需增加一跟套管时，需控制将井台的转盘液压夹紧装置放开，放入一跟套管后再夹紧，然后按照此操作循环。之后在钻井工程完工后把钻头缩小，提钻杆时钻头会随着钻杆一同上升，最后用水泥固定。

从上述的分析可以看出，将跟套管钻进技术应用在使用钻井中所需的设备改动并不大，相应的工作原理也较为简单，只需对关键的设备进行改装就可实现应用。而且从实际来看，目前也有部分石油企业在钻井时应用了跟套管钻进技术整体取得了良好的效果。因此在后续的发展中，可进一步强化跟套管钻进技术在石油钻井中的应用，为石油钻井工程的开展提供强有力的支持。

3 石油钻井中跟套管钻进技术的应用

在传统的石油钻井中，由于地质原因很容易发生井壁坍塌的问题，钻头被埋的事故也时常发生。但是将跟套管钻进技术引入石油钻井中可很好的解决这一问题，通过合理的改装能增强石油钻井的稳定性。当然，相应的套管设备等都要作出调整和改进，这样才能更好的应用跟套管钻进技术。

应用跟套管钻进技术在进行向下运动时，钻具没有另一方面的阻碍，其工作效率相对较高。而且钻探过程中，泥浆从钻杆和管套缝隙中流出，这样避免了喷涌液体对井壁的冲刷，由此减少了井壁坍塌的几率，可增强石油钻井的安全性。除此之外，应用跟套管技术保护井壁可有效预防疾病坍塌的危险，特别是在不稳定地层的钻井中，能够起到极强的保护作用。这样就能为石油钻井作业的开展提供强有力的支持，让石油行业创造更多的社会效益与经济价值。

在石油钻井的过程中，一旦发生井壁坍塌的问题，首先会造成钻井作业的延误，而且还会增加钻井液流动的阻力，导致作业成本增加。其次，发生井壁坍塌后会增加钻井液当量环控密度和对地层的压力，这时钻头的转速也会降低，很容易形成卡钻的事故。特别是对于复杂的井下情况而言，当发生紧壁坍塌后会形成恶性循环，很有可能导致井眼的报废。因此在石油钻井中十分关注井壁的防护。而跟套管钻进技术是在钻杆和井壁之间增加防护，这样就能有效的起到防护作用，一方面避免钻井液、钻杆等对井壁的损伤，另一方面还能起到支撑防护的作用。因此在石油钻井中引入跟套管钻进技术有着极强的可行性和实用性，后续还可加大相关技术的研发，以此为石油钻井作业的开展提供强有力支持。

4 石油钻井中跟套管钻进技术应用的优势

跟套管钻进技术能够解决常规钻孔过程中出现的孔壁坍塌、堵孔以及难以成孔的问题，特别是在特殊地质的钻井中，跟套管技术能预防钻杆与井壁间的摩擦，这样向下钻进的阻力能够有效的减少，这就延长了设备使用的寿命，而且也能减少事故的发生。

由于跟套管钻进的外套采用浮动结构，所以它不会跟钻具运动，也不会出现摩擦阻力。从实际的应用来看，跟套管钻进技术在复杂地质条件下有着极好的效果，不仅钻进的速度可提升一倍左右，而且也能减少钻井喷涌液对井壁的伤害，降低钻井工程的成本。我国原本的跟套管技术与发达国家相比还存在一定的落后性，但是近几年随着技术的不断更新迭代，跟套管技术有了显著的提升，在地质勘探、石油钻井等领域有着较为广泛的应用，而且也获得了社会的广泛好评。特别是对于石油钻探工程而言，在第四系地层的钻探中，跟套管技术能够解决多项难题，对于提升钻井稳定性有着重要的意义。

从上述的分析可以看出，跟套管钻井技术在石油钻井工程中的应用有着极强的优势，不仅能节省成本，而且也能减少施工对环境的破坏。因此两者的结合有着较好的工程应用前景，能够解决石油钻井中面临的技术难题。但是从当前的实际情况来看，在石油钻井中引入跟套管钻进技术的实例还较少，两者的结合并不紧密。因此在后续的发展中需进一步强化技术的引入，相关的研发机构做好技术支撑，设备与工艺也要作出相应的调整，以此为跟套管钻井技术应用在石油钻井中奠定良好的基础。

5 结束语

在传统的石油钻井中，由于地质情况较为复杂，常常会出现井壁坍塌的问题，不仅影响施工的进度，而且还会带来经济损失。跟套管钻进技术在解决井壁坍塌方面有着极大的优势，而且它在相关领域也有一定的应用，因此可通过设备与工艺的改进将跟套管钻进技术应用在石油钻井中，不仅能够提升石油钻井的安全性，而且还能达到节省成本的目的。