井下套管损坏机理及围压分析英文翻译

1、套管钻井和阶段性工具结合：一种独特缓和井底条件方法Combination of Drilling With Casing and Stage Tool Cementing: A UniqueApproach to Mitigating Downhole Conditions作者：R. Robinson, SandRidge Energy, and S. Rosenberg, SPE, B. Lirette, SPE, and A. C. Odell, SPE, Weatherford Inti. Ltd.起止页码：1-12出版日期（期刊号）：2007年2月20日出版单位：SPE/IADC Dr

2、illing Conference摘要目前科罗拉多州重大挑战是在派深斯盆地西北部天然气田钻井和套管方 案设计。这一地区地质情况较为复杂，其及浸渍形成岩床，导致“克鲁克德钻 洞”产生。因此造成问题，包括钻井时失去流通，并未能使水泥下到水泥工作 台9 5/8寸套管，可能造成套管达不到总钻探深度。通过对问题勘察，管理人员在该地区得出结论认为，一种不同方法得到授 权是和选定套管钻井（DWC）作为以前勘察替代。钻井及套管，加上固井表面 外壳，预计将产生显著有效表面和套管钻孔作业，从而减少了非生产性时间 （NPT）和相关成本。本文回顾了在派深斯盆地中遇到问题即传统表面钻井和套管作业。同时也 审查了钻井监督

3、关于套管和钻井实施方案。背景自2003年以来投资方已在派深斯盆地开采天然气。图1显示普通区域地 图。在遇到比较困难钻井和套管表面制造空穴，钻井监督人员有丰富经验来 判断以及解除困难。这通常是针对约3100英尺钻采深度。钻井所造成问题浸 渍形成岩床，失去了循环间隔，而且岩石强度不够。常规钻井泥浆马达使用 做法和低重位（钻压）钻探了十二寸又四分之一深。表面空穴因为高钻压及 常规钻井测试结果往往有严重增加倾向，有时超过7。表1列出了一个典型常 规钻具组合，图1派申斯盆地区域地图图2典型泥浆法测地表井段在这一领域以前用于钻表面孔。表2显示了钻孔所采用常规钻具组合以 及钻井套管在地表井得到最大孔倾斜测量

4、值。表面地质孔主要包括砂岩，粉砂岩和灰岩及互特约页岩。图2显示了一个 典型不同成分分布形成表面间隔图。H然断裂往往导致失去循环问题产生。如 果长期没有足够量钻井液在循环其结果就导致了塌页岩。经过钻探，钻孔必须要有9 5/8寸才能和相应套管配合。这样话表层套管 计划尺寸显然是有问题，甚至在套管被冲洗时候也是如此。许多时候，我们看 到常规钻孔，施工者未能做到9 5/8寸套管计划尺寸。在两个常规钻井下，套 管是在300英尺和427英尺之间而且是小于总深度(TD).非作业性时间甚至 会达到15天。无计划钻洞往往导致非生产性时间增加，而且在最坏情况下，联接作业已 被要求，因为开放孔暴露时间增加将导致管柱

5、被卡住。还有在最坏情况下，钻 孔这种情况也往往导致低质量水泥工作而且必须满足当地土地管理局(BLM)环 保要求。未能分发水泥表面造成水泥胶结测井来评价水泥工作完整性，在反过 来，往往导致要采取补救固井和有线行动需要，以达成一项可接受质量胶结。 这个补救工作往往造成3至4天非作业性性时间。表3显示由于钻井问题、套 管运行问题、固井之前问题和执行期间钻井套管问题造成非作业性时间。 钻井及套管评价 随着钻井作业技术成熟，经营者开始探讨其他解决方案以满足以下目标： 1 确保表面套管可达计划深度。2 提供一个有效方法，减轻表面钻孔，流通和孔稳定损失问题。3 避免最小偏差所造成洞导致浸床。4 提供一个有效

6、固井系统，可以使水泥保持在地表，避免了不必要补救工作, 并满足国土管理局规定。5 尽量减少或消除非作业性事件产生。彻底审查钻井数据已经开始执行，包括钻井资料，水泥记录，地质和位置 记录，分析了非作业性时间。记载非作业性时间大约是32天，在12 1/4寸处进 行观察。从表面间隔五个井在实施前审查同阶段套管钻井工具固井技术。其中 当遇到钻探和9 5/8寸套管时大部分非作业性时间和孔稳定性有关系。管理者 决定利用套管钻井，加上在现有固井系统基础上，提供了最好条件实现这些目 标，以下是对此评价：1 获取套管底部。使用套管钻井技术启用套管钻井达到计划深度(TD),从 而尽量减少开放孔曝光时间。2 钻井时

7、关于流体损失最小问题。套管钻井技术使环型空间几乎全部保持 在钻井作业期间，尽量减少有关塌页岩问题。3 最小井斜消除泥浆马达低钻压，并取代了泥电机及套管钻井，钻具组合 角度将尽量减少建设角度倾斜。4 提高旧井工作质量。使用多阶段固井工具和套管钻井钻具组合，启用水泥 发给表面，关键是固井必须满足土地管理局要求。设备选型设备选择对这项工作成功至关重要。该项目设备选择如下：（-）套管接头。经营者原先选定95/8寸，36英尺/磅J-55支撑套管作为表层 套管在钻探计划中。他关切是疲劳电阻标准，这依据于成千上万电阻在套管钻 井作业中。此外，因为这个扭矩依赖于它最终位置，人们知道支持连接扭矩值 不变。为了提

8、高他一致性和抗疲劳能力，应改良支撑设计，及内部扭矩肩上中 心耦合。印第安纳州这方面，针对扭矩值，提供了一个积极制止措施和加强 扭矩阻力。此外，同样修改支撑设计提供了三重锥度耦合，以减少局部径向 轴承强调交配线程要素，从而增强抗疲劳能力。第二个好处改良支撑设计大 大减少破坏并增加了它在该领域抗疲劳能力。对于套管钻井，操作员和平常工作人员使用套管来实施。用套管接头积分 肩三锥方块。沉重跨科中心加强了耦合机构，产生了更清晰环向应力分布，较 高螺纹接口接触压力，并加强泄漏电阻。（二）钻擦鞋。该DS31被选为切削结构中最适合应用预测DWC信息技术工具。 它基本上拥有五年PDC钻头刀刃寿命，使它能转换为钻

9、孔钻擦鞋。该DS3拥有 16毫米PDC刀具和硬质合金衡量保护插入。该指数节旨在让回扩孔能力。该DS3可以允许转换为随后钻及常规钻头。在达到TD之前.，以DS3作为PDC 钻头，在这时候一个球下降到钻孔，允许下降到球漏斗内DS3 ,并封锁了钻井 喷嘴流动。该套管柱压力然后上升大约2000psi,以及DS3引脚剪切，来迫使工 具内活塞下降。这项行动取代钢叶片和PDC切削结构纳入套管，裸眼环。及此 同时，固井口暴露。流体循环重新确立通过这些固井港口工具内在套管，并下 降了闭锁装置以进行充分通风。该工具被设计为完全取代整个切割结构纳入 环，最终是凝成地点。该中心是完全暴露在活塞及钻孔常规磨齿和PDC钻

10、头（一 种特殊位或轧机运行不要求）之间。图3显示了 DS3正在上升时钻井平台。图3 9-5/8寸钻头3连接部分构成输油管举升手臂图4未封闭地层推荐用钻头DS3切削结构设计使无侧限抗压强度（UCS）值高达1.5万磅，有能力钻探 行动18000PSI无侧限抗压强度间隔时有限（图4）。基于运营商需要以及岩性和 位记录，这个DS3设计是合适，是派深斯盆地钻探所需要设计。（三）内部套管驱动工具。9 5/8英寸套管悬挂和轮换使用内部套管驱动工具 （TCDT） o图5显示了 TCDT重钻机顶部驱动。9 5/8英寸，36磅/英尺套管北 部套管驱动拉伸极限为138万英镑，一个扭矩极限是2. 000万英尺磅，压力

11、评价 2500PSIo该工具是一个从事高强度套管作业，四分之一右转和减小下降能量 和四分之一左转。内部套管驱动在6 5/8英寸。在常用连接块上，提出钻机顶 端驱动。内部套管驱动有三个功能：1 ）套管电梯，2 ）补充工具，3 ） 套管驱动器工具。在每个套管接头垂直提高一个位置再旋转，用钻机管装卸臂, 内部套管驱动工具从事套管联结，降低它平台和套管联结。大约四到五年TCDT 轮流从事套管作业，其余套管用套管钳来完成.（四）双挡板带回压阀套管接箍。带回压阀套管接箍设计选定DWC信息系统是 一个双挡板带回压阀套管接箍（图60DDS3刀具转换球。这种回压套管接箍也有三个功能：1 ）机械以及控制障碍（相同

12、功能中使用钻柱浮动常规钻 井作业）2 ）浮领第一阶段顶端雨刷插头，和3 ）是一个单向检查阀，以防 止U型管返上第一阶段水泥泥浆。基本设计是本浮动领是一个传统自动填入浮 法领及自动填入管去掉，让挡板在关闭位置运行。这浮领中心还设立了一个 3. 875寸套管。编号插入挡板降落第一阶段顶端雨刷插件。浮法领是在装运前 钻井平台逆势和线程锁定在连接底部引脚联合9 5/8寸套管上.（五）机械双级固井工具。机械式双级固井工具被选定为DWC信息工作（图7 ）。 它设计成一种机械活动，加上压力动作才能打开。过早压力动作完全不能打开 阶段性工具。从三维角度看，现阶段工具编号必须大到足以使第一阶段顶端雨 刷插件（4

13、英寸外径），以及3英寸外径DS3转换球穿过。最低编号阶段工具7. 25 英寸阶段工具机械强度性能优于9 5/8寸。36磅/英尺J-55套管将会运行。这一 阶段工具，有90度扇形硬度又名过氧化固化丁精0型圈密封，额定-20至275°F 和6 1/8寸。外径固井端口。从操作角度来看，工具设计开启和关闭压力（700至1000 Psi以开放和” > 1200 Psi以关闭）是在机械强度极限为9 5/8寸套管下进行即36磅/英尺J-55 套管上运行。图5内部套管驱动装置图6双重旋启式止回阀浮箍在固井中应用图7机械式双级固井箍图8带有输油管装卸臂钻井装置（六）钻探平台。该钻机选定套管钻井信

14、息计划是一个单打式钻井平台（图8 ）, 配备了 250吨动滑轮和定滑轮，提请工程额定630马力。此外，该台有一个 管道处理臂能够解除和转让管在管架上立场垂直度，从而最大限度地减少人类 于其接触。管臂处理频繁及否被认为是一个重要安全功能指数。顶部驱动器具 有最好状况是150转/分钟扭矩容量2. 4万英尺/英镑。彻底审查钻井设施运营商和承包商人员设立钻井套管内部套管驱动工 具，再加上最高顶部驱动总长，只允许及一个40英尺长套管联合。这也时在 预装配钻具组合中长度最大。钻井和固井计划程序要求设置14英寸导管大约120英尺测量深度，然后钻进12 3/4 寸套管。插入内径大约1500英尺导管，利用泥浆马

15、达钻具组合。在这一点上, 常规钻具组合是需要拆卸和套管（12 1/4英寸）钻井作业开始。套管设置和硬 质合金分两个阶段进行。历史上用于这种情况是联邦399T-5油井，在2006年6月开钻。经过14 项工作完成。导管被定在约120英尺深，内径为12 3/4寸。钻1540英尺孔, 传统方式是采用泥浆马达钻具组合。插入牙轮位和淡水流体系统使用。据观 察1470英尺并发生3.75。倾斜钻孔（12 3/4寸）是12 3/4寸而不是传统12 1/4英寸，被用来最大限度地减少绊较孔中12 1/4寸套管倾斜度，套管钻井钻 具组合。图9非旋转钻井套管扶正器9 5/8英寸X 12 1/4英寸DS3线程锁定第一次联

16、合套管接走使用常规套 管边门梯。非旋转式套管钻井扶正器（图9）,跨越了两个止动环，被安放在中 间第二级联合套管双重挡板阀浮动领上。这个扶正器定位是在DS3钻头以上86 英尺处。总共有6个非旋转式套管扶正器运行。扶正器运行两边有阶段性工具。用 钻机管装卸臂和下12 1/4寸套管。套管钻井钻具组合运行是在12 3/4寸套管。 然而在1057英尺深钻洞套管是洗涤和扩通过间歇紧点上下工具。定位机械阶 段工具是在套管柱定为1404英尺深。套管钻井开始，用9 5/8英寸套管。套 管钻井在2068英尺深市没有任何事故。联系前面知识，每个关节都很重要，以及前面两个高粘度得钻井泵。在 2068英尺深，总流通丢失

17、。该钻机水泵安放在套管环形空间，并且抽取120 桶水用来填补9 5/8寸X 12 1/4寸油套管环形空间。把空气压缩机放在网上, 空气泵水约600转/分钟，并获得了回溃。套管钻井业作业继续钻至2473英 尺，空气泵儿乎完全停止使用。表面观察到了钻压和扭矩达到到8至15千磅 和6至10千英尺/磅，旋转速度为60至80转/分钟.套管钻井如果没有发生任 何事故就持续钻进到计划总深度3075英尺。被安放在内部套管驱动工具中心，和3英寸酚醛转换球（3.45SG）被替代。 内部套管驱动工具中心重新参及到套管和钻井平台，水泵是用来分DS3球座渠 道。在施加压力至2700PSI后，替换DS3刀片。通过叶片位移

18、来观察钻机立场管 压力表升降情况。内部套管驱动工具中心被显示是下降，之后筹备固井，安装 顶部水泥。第一阶段水泥浆包括12.0 （310袋）和“G”级水泥混合，随后进行尾矿 浆由是一类“G”级（190袋）和15. 8进行混合。由水泥泥浆流失失去231桶 水。分接工具打开锥体手动下降套管。循环水是每分钟循环5. 5桶水利用钻井泵进行分界。经过4小时循环，第二阶段是水泥浆料泵。第二阶段泥浆包括12. 0 （215袋）-和“G”级混合，其次是尾水泥浆由15. 8 （80袋）和“G”级结合, 大约17吨水泥分发表面。截止插头下降，成功地实现了 6. 4桶/分钟。一位土 地管理局代表见证固井工作，任何补救

19、井都是需要.图10是一个示意图序列钻 探DS3钻头替代，以及双级固井工艺。图10钻头3工具转换和连接步骤套管钻井结合多个一级固井技术被证明是比较优越做法。平均时间节约 2.72以及减少21 %已经实现硬质合金钻套管钻井阶段使用工具及技术，表面洞钻井及常手段间隔是5. 75天和7. 38天。 这项技术使运营商，在计划套管深度下大大减少了工作时间。 套管钻井技术工具结合固井工具使每三口井进行表面钻洞工作非作业性时 间减少3天，使非作业性时间减少了 47 % ,在两个井，非作业性时间减少了 0和0. 35天。 套管钻井流体损失显著小于表面常规钻洞，据记载在失水中损失节省多达 4.0万美元 常规钻井有

20、两项工作是套管在300英尺和427英尺距离以及深度进行。每 口井使用套管钻井技术可以使表面套管到达到计划深度 所有阶段工作固井工具是在套管钻井水泥返回地面后完成 套管钻井技术使平均井斜减少44 % 所有使用DS3钻头PDC刀片环没有发生任何事故。全部DS3钻采用常规牙 轮钻头。结论 套管钻井使用一级固井确保主要水泥工作表面。 套管钻井相比以往常规钻井减少了非作业性时间。 套管钻井可以使所有套管放入油井预定深度 DS3钻头是一个成熟套管钻井工具，钻探完成孔科，钻头及常规钻头被置 换成PDC刀具。专业术语BHA二井底管柱结构BLM二土地管理局CBL二水泥胶结测井DS3 =钻头3DwC二钻井及套管I

21、CDT二内部套管驱动工具MD二测量深度NPT二非作业性时间ROP二渗透速度RPM二转/分钟SCF二标准立方英尺TD二总深度UCS二无侧限抗压强度WOB二钻头重量表L套管钻具使用之前钻具摆动情况井底管柱结构长度（ft）累计长度（英 尺）外径（英寸）内径（英寸）钻头（国际钻 并承包商协会 系列415X）1. 501.5012. 75钻井马达27. 0928.598.008寸钻铤29. 3957.987.883. 00稳定器5. 8863.868.002.81减震装置13. 7077.568. 192. 758寸钻铤29. 86107. 427.883.068寸钻铤r30. 27137. 697.3

22、12.87转换接头3. 18140. 878.02. 626 1/4寸钻铤31.04171.916.252.256 1/4寸钻铤31.00202. 916. 252.256 1/4寸钻铤31.09234. 006. 192.256 1/4寸钻铤31.03265. 036. 252. 316 1/4寸钻铤31.05296. 086. 252.256 1/4寸钻铤31.04327. 126. 252.25表2在地表井段最大化倾斜数据比较井名套管钻井测量深度（英尺）最大井斜角度 （度）联邦 298-18-1否7342联邦299-26-1否3.0113联邦 299-23-1否2. 1597. 25联邦299-27-1否2. 4506联邦 299-27-2否2. 9926联邦 299-23-2是3. 2524联邦 299-22-1是3.2992. 5联邦 299-23-3是3. 3502联邦 398-7-3是