国外钻进新技术

国外钻进新技术(jìshù)赵忠举精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心一、膨胀(péngzhàng)管技术1、膨胀管的类型2、工具和辅助设备3、膨胀管的使用方法和范围4、膨胀管的应用(yìngyòng)实例精品资料中国石油集团经济技术研究中心一．膨胀(péngzhàng)管的类型（一）割缝膨胀管1．割缝膨胀管的原理(yuánlǐ)和用途割缝膨胀管是一种管体上带有纵向交错割缝的可膨胀管，其使用方法是，在割缝膨胀管下到预定位置后，通过下推或上提膨胀锥，使膨胀锥穿过管子而达到预定的尺寸。割缝膨胀管的膨胀量取决于割缝的尺寸、割缝在管体上的位置、割缝的形状以及膨胀锥的尺寸。膨胀管的膨胀量可以高达膨胀管原始直径的200％。精品资料中国石油集团经济技术研究中心膨胀原理是，只需要较小的力（约10吨）就可弯曲两个交错割缝间的金属拉筋。弯曲割缝间的金属拉筋可以把割缝扩为菱形，从而使割缝管的直径增大而管材(ɡuǎncái)的厚度不变，但长度减少20％。割缝膨胀管有下列三种主要用途。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心（1）用其代替割缝衬管在不损失井眼尺寸的情况下临时隔离复杂(fùzá)层段。可以在设计井段就决定应用割缝膨胀管，也可以在钻遇复杂(fùzá)层段时作为一种应急措施而使用这种技术。（2）膨胀完井衬管的结构与普通割缝衬管的结构相似，可以作为常规衬管的替代品。（3）壳牌研究公司在割缝膨胀管的基础上出一种膨胀防砂网，在需要防砂完井的油井中可用膨胀防砂网代替普通防砂网，把特制的膨胀防砂网下到井内并通过扩管使膨胀防砂网贴到其所对应的井壁上，可以对井壁提供更好的支撑，降低环空间隙，其防砂效果要比砾石充填完井好。膨胀防砂网已成为一种新的防砂完井方法。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心

2．割缝数量(shùliàng)和割缝形状对扩管的影响

扩割缝膨胀管所需要的力与管体上割缝的数量(shùliàng)有关系。管体上的割缝越少，扩管是需要的力就越大。另外，管体上的割缝越少在扩管期间管体就越容易破裂和损坏。然而在管体上增加纵向割缝的数量(shùliàng)会降低管体的强度，使割缝膨胀管在悬挂和下井期间容易损坏。精品资料中国石油集团经济技术研究中心不增加割缝宽度的情况下，增加缝隙端部的宽度，也可降低扩管所需要的力而且不会(bùhuì)影响管体的整体强度。据信，扩管所需要的力与相邻缝隙间连接肋的宽度呈函数关系。由于增大了缝隙端部的缝宽，会降低连接肋的有效宽度。此时有三种可行的选择，一是各缝隙的两端都比较宽；二是缝隙的一端比较宽；三是较宽缝隙的端部要与纵向缝隙的轴心对称。通常，加宽缝隙端部的方法是在缝隙的端部加横向割缝，也可以采用在缝隙端部钻圆孔等方式。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心油管油井系统公司发明了“狗骨”状割缝并申请了专利。狗骨状割缝工艺包括切割、机加工等方法使膨胀管的强度下降以便进行径向扩张。图2是用狗骨状割缝工艺生产的膨胀管。狗骨状割缝的膨胀管的管体上有一系列的纵向缝隙而在每个缝隙的端部有一横向缝隙。在一般情况下。纵向缝隙的长度为115mm，而横向缝隙的长度为8mm。试验表明，扩管所需要的力与连接肋的宽度有关系。如果没有横向缝隙，肋的宽度为11mm，因为有了横向缝隙，肋的宽度只有4mm，其结果是大幅度降低了扩管所需要的力。而令人(lìnɡrén)惊奇的是，这种横向缝隙没有使膨胀管的强度大幅度下降。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心（二）实体膨胀管1．实体膨胀管的结构和膨胀原理实体膨胀管是由标准的管材钢轧制的无缝钢管。钢材经过特殊处理后增强了延展性，降低了损伤敏感性并增加了抗破裂韧性。实体膨胀管的膨胀原理是材料的三维塑性形变。扩实体膨胀管所需要的力约为割缝膨胀管的10～30倍，需要使用特制(tèzhì)的高强度陶瓷膨胀锥来扩管。在扩管过程中实体膨胀管的长度和厚度都要减少。因而影响了膨胀管的强度和抗挤压能力。精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心膨胀管的制造质量要高于API规范，特别是允许缺陷、厚度、屈服强度、延展性。均匀度和管材的圆度。在扩管过程中，由于是冷加工，所以材料的强度会增加。然而，扩管后材料的破裂强度要低于预膨胀材料的强度。但到目前为止，丝扣连接仍然为首选连接方式。目前，对设计者的挑战是开发丝扣，这种丝扣预膨胀和膨胀后的特性适应油井设计而且(érqiě)与膨胀工艺相一致精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心2．实体膨胀管的用途1。修复(xiūfù)实体膨胀管可用来封堵套管上的射孔眼和修补套管、油管或防砂网。修复(xiūfù)时，实体膨胀管在套管或油管内以扩张的方式来封堵诸如接头漏失、套管和油管因腐蚀或冲蚀所造成的漏失。既可使用厚壁管作为实体膨胀管，也可使用薄壁管作为实体膨胀管。就薄壁管而言，可将其扩张为3－4mm的壁厚。25％－35％的扩张率使薄的内衬能穿过油管的接头、安全阀和内径。而当需要时，可在同一根管柱内加多层内衬。厚壁和薄壁膨胀管都可用来封堵套管的射孔孔眼，封堵裸眼井中水层和气层以及修补损坏了的防砂网。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心2。建井实体膨胀(péngzhàng)管在裸眼井中可作为临时衬管或永久性衬管回接在以前下的套管柱上。在需要下应急衬管情况下，实体膨胀(péngzhàng)管可作为临时衬管使用。例如，在深水和高压井中，当地层压力与破裂压力之间的差很小时，可作为临时衬管到设计深度而不损失井眼尺寸。实体膨胀(péngzhàng)管可作为永久性衬管使用，包括回接到以前下入的套管或衬管上。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心3．发展单一直径的油井套管完井，井眼的直径约损失20％。利用膨胀管完井，井眼直径的损失约为10％。采用单一直径的油井，不但省去了复杂的套管系列，而且可用减少岩石的切削量，提高钻速和加快建井速度。实体膨胀管可用实现单一直径的油井设计。其作法是按照实际需要设计一合理的单一尺寸的井眼。在钻完一段井眼后，下实体膨胀管，扩管并固井。然后用双中心钻头打下(dǎxià)一段井眼，完钻后再下膨胀管并固井。由于双中心钻头钻出的井眼比钻头直径大，所以下膨胀管和扩管后仍能保持与上一井段同样的井眼直径。然后重复这种作法，直至达到设计深度。这就是单一直径的井眼。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心

二．工具和辅助(fǔzhù)设备

（一）膨胀管接头以前，膨胀管的连接多采用焊接，不但给扩管造成(zàochénɡ)困难，而且难以保证膨胀管的连续性和强度。最近壳牌研究公司研制成功膨胀管接头并申请了专利。接头由一可扩张的塑性钢套筒组成。接头与相邻膨胀管的每个接头以同心的的方式连接在一起。其特点是，每个膨胀管接头的外表面都用机加工的方式切削成一凹环，而凹环正是套筒连接的部位。另一种替代方法是，把相邻膨胀管接头的内表面用机加工的方法切削出一凹环。套筒的厚度最好与凹环的厚度一样，致使连接处形成平接。精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心（二）膨胀管井下坐放工具油管电缆服务公司研制出一种膨胀管井下坐放工具并申请了专利。该工具可把割缝膨胀管下入井内、摘脱（释放）膨胀管和扩张膨胀管。该工具由膨胀管安装部分和扩管部分组成。安装部分的作用是支撑膨胀管、防止膨胀管从工具上脱落下来；扩管部分的作用是在扩管期间保证(bǎozhèng)扩管器穿过膨胀管。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心四．膨胀管的使用方法(fāngfǎ)和范围

1。裸眼井衬管根据岩性和已往的钻井经验，作业者可以使用双中心钻头或带有近钻头扩孔器的普通(pǔtōng)钻头钻出所需要的大尺寸井眼。例如在95/8in套管井中，下75/8in膨胀管，扩张后膨胀管的外经为81/8in或更大一些，如果作业者在95/8in套管下面用81/2in钻头钻下膨胀管的井眼，那么所钻的井眼就太小了。。精品资料中国石油集团经济技术研究中心2．操作程序

在安装膨胀管期间，首先要下膨胀锥启动系统，接着下其余的膨胀管以及与套管产生密封(mìfēng)的搭接部分。首先提起钻杆，下放钻杆使之穿过膨胀管，把钻杆旋进膨胀锥的母扣中。在膨胀管底部连接好钻杆与膨胀锥后，上体钻杆，打开卡瓦，用常规方法将膨胀管下到设计深度。当用钻杆下膨胀管时，钻杆在后面以提拉方式缓慢下入，而不是用钻杆把膨胀管推入井内。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心在裸眼井下实体管的情况下，在扩管过程中膨胀锥是上行的，由于材料消耗在增加直径上，所以会造成管长缩短和管壁变薄。膨胀管会缩短4～5％，而壁厚会下降3～4％。如果要求安装1000ft膨胀管、那么(nàme)管长要超过搭接部分50ft。同样，在考虑壁厚时，必须通过计算膨胀管的抗暴和抗挤能力。必须考虑3～4％的壁厚下降和预扩张尺寸。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心4．膨胀管的搭接(dājiē)当膨胀管的顶部膨胀时，与套管底部的内表面产生密封的部分叫搭接(dājiē)。膨胀管外部压缩产生的弹性密封是一种可靠密封。可供选择的弹性材料可以是丁腈橡胶，氟化橡胶或Aflas橡胶，要视预期的井底温度和可能暴露的化学环境而定。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心在阿曼的南部，油井防砂是石油生产所面临的挑战(tiǎozhàn)。约25％的生产井需要某种形式的防砂措施。为了解决油井出砂问题，使用了包括绕丝防砂网、砾石充填、预钻孔衬管和膨胀防砂网在内的方法。对阿曼石油开发公司来说，膨胀管技术已成为他们的一种发展战略，因为它具有潜在的优势和较低的成本。膨胀管的下列用途已被阿曼石油开发公司认可：（1）作为裸眼井衬管封隔水层和不稳定地层以及封堵漏失层；（2）作为套管井的套管内衬修补腐蚀损坏的套管或封堵套管的射孔孔眼。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心在裸眼井中安装(ānzhuāng)膨胀防砂网的优点是，防砂网与地层完全接触。，这就克服了砂粒被冲入环空造成对防砂网的冲蚀或堵塞。膨胀防砂网的内径较大，所以能提高油井产能精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心1．多分支水平井的完井在多分支水平井中使用常规的多分支井完井系统，常常会导致损失井眼和套管尺寸，从而使穿过油层的井眼尺寸减小，降低油井的产能。而使用膨胀管和膨胀防砂网可以克服井眼尺寸的损失，达到增加产能的目的。2．侧钻井在侧钻井的造斜段，可以用膨胀管作为临时衬管封隔某些复杂层，以及使油层套管最大化。3．高温高压井在深水增加作业中，以有很多利用膨胀管来平衡破裂压力和地层孔隙压力的实例。利用膨胀管可以避免在未达到设计(shèjì)深度时早期下套管或尾管。另外，在未达到套管设计(shèjì)深度之前，可以用膨胀管封隔漏失层和高压渗透层。

精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心二、套管钻井(zuànjǐnɡ)技术套管钻井共分为三种：1.普通套管钻井技术；2.全程(quánchéng)套管钻井技术；3.阶段套管钻井技术也叫尾管钻井技术。精品资料中国石油集团经济技术研究中心

(一)套管(tàoɡuǎn)钻机

1.井架和模块式建筑Tesco公司研制的套管钻井钻机是一种(yīzhǒnɡ)混合钻机。钻机的钻深能力为3000米。钻机由带有顶驱和特制绞车的双伸缩式井架、800马力的三缸泥浆泵、井架管汇清洁器、180英尺高的吊运式底座和一座模块式建筑组成。钻机的设备由液压驱动并由一数字可编程序逻辑控制器来控制。钻机所有的功能可通过设在控制室的司钻控制中心用数字可编程序逻辑控制器来控制。精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心2.模块式结构钻机的辅助设备分别设置(shèzhì)在20×8×21/2英尺的模块式房间里，模块式房间的平均重量为18500磅（8.325t）。包括底座和井架在内的钻机被分装在20吨的拖车上。与标准的橇装模块相比，模块结构降低了单元载荷的重量。一层建筑联接在一起使之可以对工作区或机械室集中供暖。水动力和发动机放置在井架后面的第二层。控制室和辅助工具室则设在邻近钻台的第三层。包括转盘在内的钻机底座为可整体吊运结构。底座的高度限制为下降高度为51/2英尺，上升高度为18英尺。在作业期间，底座的净高度为16英尺，这一高度刚好适合钻台工作人员与司钻对话和欠平衡钻井防喷器的设置(shèzhì)。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心3.数字可编程序逻辑控制器（以下称PLC）的控制系统钻井作业的控制和监测是由设在司钻控制中心的一种特制的人机司钻面板和钻井数据(shùjù)采集系统进行遥控的，而司钻控制中心则设在钻台附近（见图1-2）。在通常情况下，PLC接收司钻控制中心的输入数据(shùjù)并提供了几乎不受限制的连接和计算以增加钻井的安全和效率，以及简单的诊断、遥测和事故停机。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心PLC系统具有下列遥控和自动控制功能：1、遥控和选择发动机的转速（两台发动机）；2、多功能泵的分配（11个泵的分配）；3、储能器和BOP的遥控；4、控制顶驱和辅助设备；5、绞车和刹车的控制；6、自动送钻；7、钻台保护器和天车保护器8、低温环境控制；9、制冷系统自动开启；10、综合数据采集(cǎijí)和显示；11、电脑屏幕上多种报警显示；12、辅助绞车和提升气缸的无线电控制。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心4.绞车绞车使用了结构紧凑、大扭矩和多种排量的涡轮液压马达并且直接并在缆绳滚筒的轴上，因此(yīncǐ)不再需要齿轮箱、链条、皮带、离合器/链轮和链条护罩。这就意味着，绞车滚筒决不会脱挡，而是在最优速度控制下向两个反向平稳转动。这种轻便的结构使绞车可以与井架合并为一体。精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心2001年，Tesco公司研制成新型套管夹持(jiāchí)器，并将其安装在Tesco1号钻机上。套管夹持(jiāchí)器能减少套管钻井的复杂性并提高提高钻井的效率。在此之前，是使用顶驱将转换套管的丝扣拧进接头的方法来转换套管。完井前，每根套管的接头都要经过上扣和卸扣，因而增加了套管损坏的风险。

精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心1.套管钻井总成套管钻井工艺用套管代替钻杆，由套管作为向钻头传递水马力和机械能的通道。一种可回收式钢丝绳井下钻具组合连接在套管的底端，钻一段足尺寸的井眼以允许套管向下前进。井下钻具组合使用一种联顶总成（landingassembly）,所以可以使用钢丝绳装置回收和重新(chóngxīn)下人井下钻具组合而不需要起下套管。套管钻井总成的结构见图1-6。井下钻具组合由尺寸能穿过钻井套管的领眼钻头和下部扩孔器组成。因此可以钻出一段与钻井套管有一定间隙的并可以进行注水泥的井眼。在定向井中，井下钻具组合还包括弯外壳井下马达和随钻测量仪，诸如随钻测井仪或取心设备等其他工具也可以同时下井，进行常规钻井的任何作业。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心（1）泥浆泵的驱动泥浆泵由直接安装在曲轴上的径向活塞马达驱动。由于是直接驱动总成，所以去掉了活塞轴而用大齿轮代替了飞轮，从而降低了泥浆泵的复杂性和重量。泥浆泵可以在安全运转(yùnzhuǎn)的情况下降低到零转/分，以便进行漏失测试等试验。泥浆泵有一独立的、电驱动的润滑系统，保证了了在各种速度下的润滑。驱动泥浆泵的液压马达在闭环系统损坏的情况下，可由开环系统提供动力。从而使得即便是在井场的主发电机停止供电的情况下，仍能保证钻井液的循环。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心2.下钻和回收工具为了安装和拆卸井下钻具组合，使用了一种专门设计的钢丝绳下入和回收设备。水龙头可防止辫状钢丝绳旋转(xuánzhuǎn)打结，所以在钢丝绳作业期间可以转动套管。当钢丝绳的拉力达到20000磅（9t）时，应急剪切接头提供垂直拉力释放在缩经条件下产生的锁定力保证断开连接。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心3.钻头和管下扩眼器用套管和可回收式钢丝绳钻具钻井时要求切削结构要小到能穿过套管同时又能钻出比套管外经大的井眼。这要通过小直径的领眼钻头和后面的管下扩眼器来完成。用牙轮钻头和PDC钻头进行过试验，也用两臂和三臂PDC管下扩眼器进行过下井试验。用安装在套管上的PDC钻鞋下过几次井，采用PDC钻鞋就不需要(xūyào)井下扩眼器了。试验中没有遇到不能使用PDC钻鞋的硬地层，但认为可回收式牙轮钻头更适合这种钻井工艺。精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心影响套管(tàoɡuǎn)钻井的因素

影响套管钻井的大多数因素可用常规钻井技术来对付，但有三种情况（屈曲、疲劳(píláo)和水马力）需要专门介绍：精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心套管(tàoɡuǎn)钻井与常规钻井的最大曲别是套管(tàoɡuǎn)钻井不用钻铤来提供钻压。多年来，对司钻的教育就是钻井时要下钻铤以保证钻柱不被屈曲损坏。那么摆在我们面前的一个问题就是在不使用钻铤的情况下怎样有效地进行套管(tàoɡuǎn)钻井作业。在套管(tàoɡuǎn)产生屈曲前，套管(tàoɡuǎn)的下部只支撑有限的压缩载荷。当压缩载荷和套管(tàoɡuǎn)/井眼产生足够大的弯曲扭矩时套管(tàoɡuǎn)产生屈曲。在产生屈曲后，套管(tàoɡuǎn)在没有横向支撑的情况下能够支撑压缩载荷，但这不意味着套管(tàoɡuǎn)在结构上会有损坏。套管(tàoɡuǎn)周围的井壁可为套管(tàoɡuǎn)提供横向支撑以限制套管(tàoɡuǎn)在任何给定参数下产生横向偏移。

精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心事实上，套管屈曲没有对套管造成结构上的损坏，但屈曲造成的两种作用可能造成套管损坏。第一，套管与环空之间的横向接触力可以造成套管磨损，并增加套管旋转的扭矩。第二，套管的屈曲会在井眼内形成弯曲几何形状，这就增加了套管的应力而且可能增加了产生(chǎnshēng)横向振动的趋势。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心当套管(tàoɡuǎn)柱刚开始产生屈曲时，套管(tàoɡuǎn)逐渐偏斜成二维的正弦波形（正弦波形屈曲），而当轴向载荷增加时，套管(tàoɡuǎn)将在井眼内形成螺旋形屈曲。图出示了基本屈曲公式所计算出9.5磅/英寸的41/2英寸套管(tàoɡuǎn)在61/4英寸井眼中以及23磅/英寸的7英寸套管(tàoɡuǎn)在81/2英寸井眼中产生螺旋形屈曲所需要的载荷。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心屈曲曲线指出了套管产生了屈曲载荷，但不能告诉我们钻进时在何种条件下套管将损坏以及引起其他问题。从钻井工程的观点出发，控制整个井下钻井过程(guòchéng)用以维持套管的完整性和钻井效率是重要的。这一过程(guòchéng)的第一步是筛选出在特殊的井眼条件下屈曲是否严重。如果管材产生屈曲要准确地评价屈曲对接触力和应力的影响。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心2.疲劳(píláo)疲劳损坏是在应力量级低于弹性(tánxìng)强度情况下的周期性载荷引起的。在周期性载荷下，在高应力点上出现小的裂隙，在横截面能支撑静态载荷之前，裂隙在管体内扩大。引起疲劳损坏循环应力的数量取决于应力因子的数量，但从几个到无限大的周期应力范围是可以确定的。疲劳损坏对局部条件是十分敏感的。精品资料中国石油集团经济技术研究中心钻柱的疲劳损坏一般是由振动弯曲载荷造成的而不是扭转载荷造成的。疲劳损坏主要发生(fāshēng)在钻柱的底部而不是扭转载荷造成的。疲劳损坏主要发生(fāshēng)在钻柱的底部而不是发生(fāshēng)在静张应力较高的顶部。在多数情况下，裂隙在钻柱断裂前将产生漏失，因此发现大多数冲蚀是由疲劳裂隙引起的。损坏常常发生(fāshēng)在接头的丝扣部位或者在钻柱的卡瓦卡紧面上。已有大量关于应付管体和钻柱组件在工程中疲劳的相关文献，但是关于套管和套管接头疲劳情况的资料较少，其原因是过去没有研究和报道套管产生疲劳的条件。目前已开始对套管疲劳进行研究，最新的研究成果是海上生产立管的疲劳研究成果，但对套管钻井来说，套管的疲劳研究可能是最重要的。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心3.水马力(mǎlì)

液流通道的几何形状使套管钻井(zuànjǐnɡ)与常规钻井(zuànjǐnɡ)之间产生了另一个巨大的差异。液流通过的套管的内径较大而且是不受限制的，所以在套管内产生很小的压力降。套管钻井(zuànjǐnɡ)的环形空间是一个限制条件较高的液流通道；所以液流通过后压力损失较高。当液流受到较大的限制时，液流也变得更加均匀，所以从套管鞋到井口的环空速度是接近稳定的。精品资料中国石油集团经济技术研究中心这就为在低排量下清洁井眼提供了方便条件，但是钻井液性能必须合适，而且必须有合适的水力能量以清洁钻头和下部扩眼器。既使在较高的环空速度下，活动套管对保持井眼清洁仍然是重要的。由于地层强度(qiángdù)和压力环境而被迫使用较高的当量钻井液密度极限时必须考虑这些因素。在多数套管钻井条件下，尽管使用较低的排量，套管钻井的当量钻井液密度要高于常规钻井的当量钻井液密度。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心第二节威德福公司的套管钻井技术威德福公司开发了一种套管钻井系统（DwC），其钻井原理与Tesco公司的套管原理相似。该系统的独特之处是使用了可钻式钻鞋。威德福公司的套管钻井技术在海上进行过试验和使用，但主要是用来打表层套管井段，到目前为止，已在2000个井段的钻井中使用了这种钻鞋。据威德福公司称，由于DwC系统不含复杂精密的井下设备，所以其钻井时间和作业成本降低的幅度(fúdù)超过了15%。特别是在深水钻井作业中，DwC系统是一种经济有效的钻井新技术精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心威德福公司根据现有的捞矛设计思想，开发出效率更高的从套管内部和外部同时锁紧套管的连接方法。连接器设有内密封，直接连接到顶驱装置上，并强行下入到套管顶部，旋转一个半交叉(jiāochā)传动机构，右旋锁紧套管，夹持套管柱并传递扭矩，左旋则放松工具。新工具的顶部设有止推环，以确保在套管内部正确位置啮合。应用这种方法大大降低了套管的连接时间，大幅度节省了钻井作业时间。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心据统计，2000年1月以来，威德福公司已经应用DwC系统进行了100多项作业，应用这项技术的公司包括加州联合油公司、雪弗龙公司和菲力普斯公司。这种旋转套管钻井系统已经在印度尼西亚、澳大利亚和挪威等地取得了100%的成功。值得注意的是，威德福公司应用套管钻井技术取得的这些成功仅限于海上表层套管的钻进，在生产层和硬地层的钻进还需要进一步在技术和工具上进行改进和创新。大港油田滩海工程公司与美国(měiɡuó)阿帕奇公司合作在渤海湾进行了25井次的表层套管井段的套管钻井作业。其中庄海5井的套管钻进深度达到了263.92m，创造了渤海湾套管钻井的深度纪录。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心尾管钻井(zuànjǐnɡ)技术

早在1996年，贝克休斯公司就发表过尾管钻井(套管钻井)的论文。尾管钻井系统是用尾管或套管作为钻杆的一种钻井工具。尾管钻井系统可在因地层坍塌和严重压差造成卡钻时使用。研制这种钻井系统的目的是解决在印尼易发生井眼失稳的Arun油田的钻井问题。该油田的枯竭高渗储层上履着高压页岩层和含盐水砂岩储集层。因为一旦钻头穿过高压盖层而进入枯竭层后就会发生漏失，最终导致静水压力下降，往往(wǎngwǎng)造成页岩垮塌和卡钻。降低静水压头还能诱发浅层的含盐水砂层侵入井眼。精品资料中国石油集团经济技术研究中心尾管钻井系统(xìtǒng)的组件

尾管钻井系统由尾管钻具、尾管柱和尾管悬挂器组成。1.尾管钻具尾管钻具安装在钻井尾管的底部。钻具的旋转与尾管的旋转无关。尾管钻具由外部取心钻头、连接在尾管上的旋转总成(zǒnɡchénɡ)和钻头等组成。在完成钻进后，内总成(zǒnɡchénɡ)收回而外总总成(zǒnɡchénɡ)（即尾管）留在井下。精品资料中国石油集团经济技术研究中心内管柱总成(zǒnɡchénɡ)

内管柱总成由PDC领眼钻头、花键公短节、井下马达、助推器或缓冲短节、钻杆和尾管悬挂器组成。领眼钻头安状在外总成的取心钻头内。领眼钻头和取心钻头以同一转速旋转。滑键公扣短节罩住了可回收驱动滑键，而可回收驱动滑键的作用是把马达的扭矩传递到外总成。井下马达提供了切削扭矩并驱动转钻头旋转。因此，顶驱带动钻柱旋转要限制在约50转/分以使其正好克服尾管和钻杆的滑动阻力。就外管柱而言，助推器或减振短节对内钻杆具起一个(yīɡè)动态的长段悬挂作用，借此补偿内总成和外总成之间的热膨胀差。精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心外总成(zǒnɡchénɡ)外总成的部件包括PDC取心钻头、滑键阴接头、吊轴承短节、连顶短节、尾管悬挂器的外总成。取心钻头除具有切削岩石作用外还对内总成的领眼钻头起导向作用。滑键阴螺纹由供总成伸缩的键槽和可伸缩式公滑键组成。吊轴承短节提供纵向(zònɡxiànɡ)拉伸悬浮和径向导向精品资料中国石油集团经济技术研究中心尾管尾管钻井系统使用的套管为7英寸标准套管、35磅/英尺和41磅/英尺的三种(sānzhǒnɡ)套管，套管的接头是用丝扣连接。连接扭矩范围是10000～12500英尺－磅。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心尾管悬挂(xuánguà)器尾管悬挂器与内管柱相连接。钻井时旋转外管柱总成和钻杆。完成钻井后，下入尾管悬挂器。然后启动工具使之与尾管拆开。使用了几种类型(lèixíng)的水力坐封悬挂器都取得成功。根据含盐水砂岩层的位置可用整体的尾管顶部封隔器下入悬挂器。精品资料中国石油集团经济技术研究中心日期客户所在地油田井号尾管长度，米套管尺寸，英寸总深米钻进距离(米)钻进时间井斜角狗腿严重度/100英尺备

注1995.6Mobil印尼ArunC-1-1649373264249小时56070首次应用，1995.9Mobil印尼ArunC-11-8B912732362516小时53080

1995.12Mobil印尼ArunC-1－121024734626033小时51080

1997.10Mobil印尼ArunC-11－69157306212．89小时38020

1997.11Amoco挪威Valhall2/8-F17208095/83570191.5小时67020首次使用95/8英寸尾管钻井系统1997.12Mobil印尼ArunC-Iv-9808732650.82小时43020

1998.1Amoco挪威Valhall2/8-F11144595/82669173小时630――

1998.1Mobil印尼ArunC-11－3B806730275.816小时36030

1998.2Amoco挪威Valhall2/8-A-19A160075/843025.83小时6001.50

1998.3Mobil印尼ArunC-1-88377320210.4――390――

1998.5Amoco挪威Valhall2/8-F14135395/82575122小时302.50

1998.10Mobil印尼ArunC-11－216557355627.437.8小时6302.80

1998.11Mobil印尼ArunC-IV-4ST75873325296小时380――

1999.3BPA挪威Valhall2/8-F10149295/8284292小时52030

1999.3BPA挪威Valhall2/8-F-16245195/841961.51.5小时560560

精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心连续管钻井(zuànjǐnɡ)技术的新进展连续管钻井技术的应用始于90年代初。近几年连续管钻井技术发展较快，在钻机、钻具、钻井液设计和钻井理论等方面都有很很大的进展。这些新进展使连续管钻井技术向成熟化迈进了一大步，并进一步拓宽了连续管钻井的服务(fúwù)市场。下面我们介绍这些新进展。精品资料中国石油集团经济技术研究中心连续管钻井(zuànjǐnɡ)设备1.连续管连续管是一种高强度和高韧性的管材，卷在滚筒上。目前，美国有三家制造连续管的公司，即精密管技术公司（PrecisePipeInc）、优质管公司（QuantityPipeInc）和西南管子公司（SouthwestPipePlc）。连续管制造技术的进展主要表现在以下几个方面：1)连续管直径不断加大，由1/2in管发展(fāzhǎn)到65/8in管。2)制造材料由碳钢发展(fāzhǎn)到优质合金钢、钛合金等合金材料和复合材料。3)由低强度发展(fāzhǎn)到高强度。连续管的强度由60年代早期的345MPa，发展(fāzhǎn)到90年代中期的屈服强度超过960MPa，抗拉强度超过1030MPa。精品资料中国石油集团经济技术研究中心连续(liánxù)管钻机精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心数据和动力传输热塑复合(fùhé)连续管壳牌国际勘探和生产公司与航空(hángkōng)开发公司于1999年在热塑复合连续管的基础上开始研制数据和动力传输热塑复合连续管。数据和动力传输热塑复合连续管的主要原理是把光导纤维或铜导线埋在复合连续管的管体中。这种动力和数据传输连续管的几何形状如下图所示。它由热塑衬管和缠绕在外面的碳或玻璃热塑复合物层组成。中层含有三根铜质导线，导线被玻璃复合层隔开。碳复合物层的作用是提供强度、刚度和电屏蔽。而玻璃复合物的作用是保证强度和电隔离。外层是一保护层。

精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心这种动力和数据传输连续管可载何1.5KV的电压，输出功率为20KW，输出距离为7公里，耐温为150℃。动力和数据传输连续管由几根有限长度复合连续管组成。因此在每根连续管之间要有接头(jiētóu)。这种接头(jiētóu)要能连接每根独立的动力和数据传输连续管而且能够传输力的载荷和电力。该公司研制的接头(jiētóu)采取了钢-钢的连接。连接由内金属部件和管子的端部组成。图6-2是复合管的钢体连接结构。精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心动力和数据传输复合连续(liánxù)管的主要用途是电动钻井。石油工业界正在努力研制电动钻井马达，且在未来1～2年内就会有产品上市。这种马达的主要优点是寿命长，其寿命约为2000个小时。这种马达除其转速与泥浆排量无关外，而且其转速是可以调整的，以适应不同的地层而不影响水马力。通常使用这种马达都是用下在连续(liánxù)管内的电缆来完成的，但这可能限制排量或增加循环压力。而管体结构内埋有电缆的动力和数据传输连续(liánxù)管能克服这一问题。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心井下钻具(zuànjù)和钻具(zuànjù)组合的新进展XL技术公司研制成功一种用于连续管钻井的电动井下钻具组合。这种连续管电动井下钻具组合与常规连续钻井技术相比有很多优点。其主要优点是：（1）驱动动力不是钻井液。（2）对所采用的钻井液要求低，是欠平衡钻井和海上钻井的理想工具。（3）可在高温下作业。（4）用闭环钻井时能即时(jíshí)反馈测量数据，可对电动马达进行灵活控制，因而可使钻井效率达到最佳。（5）使用电缆可把实时测量数据传送到井口。（6）马达的寿命较长。（7）振动减轻。（8）马达的旋转方向是可逆的。精品资料中国石油集团经济技术研究中心用于连续管钻的一种(yīzhǒnɡ)新的导向钻井系统Sperry-sun钻井服务公司为连续管钻井设计了一种(yīzhǒnɡ)新的导向钻具组合。这种导向钻具组合由专门设计的下部阳螺纹泥浆马达和长保经的PDC钻头组成。由于把钻头和马达作为一个系统，因此克服了定向限制。长保径结构的钻头起一个近钻头稳定器的作用，因此能大幅度降底振动，提高了井眼质量和机械钻速。下部阳螺纹泥浆马达有一特制的轴承组和轴，与长保径钻头匹配时，能降低马达的弯曲角而不影响定向性能。精品资料中国石油集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心目前在大尺寸井眼（大于6英寸）中的现场试验证明这种新的井下钻具组合具有下列优点：（1）加快了钻速；（2）提高了井眼质量；（3）井眼清洁性能好；（4）降低井下振动(zhèndòng)；（5）提高了机械钻速；（6）延长了钻头寿命；（7）设备的可靠性较高。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心用CTD钻井(zuànjǐnɡ)技术在超高压层侧钻CTD在阿拉斯加北坡的过油管钻井中起重要作用。阿科阿拉斯加公司成功(chénggōng)地应用连续管侧钻在超高压层中打了三口井。钻井过程中使用了超小井眼定向井钻井系统，并结合非常规方法维持过平衡条件，使三口井都获得成功(chénggōng)。精品资料中国石油集团经济技术研究中心所侧钻的三口井都有相似的几何形状，其生产油管都为31/2英寸(yīngcùn)，所以需要使用23/8英寸(yīngcùn)的CTD钻柱钻23/4英寸(yīngcùn)的裸眼井眼。三口井的初始油层压力为9磅/加仑的当量泥浆比重。油田经强化注水，加上在注采井网中采取了关井措施而导致油田出现了过压期。据测试，这三口井的压力达3750~4100磅/英寸(yīngcùn)2。在目前该层段所需要的压井泥浆比重为11.9～13.4磅/加仑。三口井的最低储层压力为3750磅/英寸(yīngcùn)2或11.4磅/加仑的当量泥浆比重。而典型的过平衡CTD钻井液最少要比储层压力高0.5磅/加仑，或达到11.9磅/加仑。精品资料中国石油集团经济(jīngjì)技术研究中心所侧钻的三口井都有相似的几何形状，其生产油管都为31/2英寸，所以需要使用23/8英寸的CTD钻柱钻23/4英寸的裸眼井眼。三口井的初始油层压力为9磅/加仑的当量泥浆比重。油田经强化注水，加上在注采井网中采取了关井措施而导致(dǎozhì)油田出现了过压期。据测试，这三口井的压力达3750~4100磅/英寸2。在目前该层段所需要的压井泥浆比重为11.9～13.4磅/加仑。三口井的最低储层压力为3750磅/英寸2或11.4磅/加仑的当量泥浆比重。而典型的过平衡CTD钻井液最少要比储层压力高0.5磅/加仑，或达到11.9磅/加仑。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心增加连续(liánxù)管钻井位移的新工具

应用大位移井可增加油层的泄油面积，增加产量，改善生产管理和提高(tígāo)油田的经济效益。在北海的挪威，丹麦和英国海域大位移井发展迅速。在使用CTD钻井时，由于连续管与井眼间的摩擦力，阻制了水平位移的增加。大位移技术公司和Bjφrnar公司研制成功降磨阻器。降磨阻工具是一种有机械阀的双作用液压缸。这种降磨阻器可使钻具进行微小的往复运动。使用时把降磨阻器连接在钻具总成的上方。在降磨阻器的作下使连续管产生纵向振动。精品资料中国石油集团经济技术研究中心可把降磨阻器视为一个带有回流阀的双作用液压缸。当把钻井液泵入降磨阻器时，在钻井液的压力作用下产生振动。典型的活塞长度为50～100mm，其具体长度为要视负荷条件而定，振动频率为2～8Hz。产生振动的钻井液排量与活塞的长度成反比，一般为100～150升/分，使用傍通阀后可使排量大幅度上升。降磨阻器向下方的井下钻具组合和上方的连续(liánxù)管传送振动，可有效地降低磨擦力，增加连续(liánxù)管的有效长度。降磨阻器的作业原理如图6-7所示。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心用连续管和欠平衡(pínghéng)钻井技术打水平井

加拿大Apache公司成功地把欠平衡和连续管钻井技术结合起来，在水平井段中进行无地层损害钻井，以提高气井产量。在钻井期间，维持欠平衡条件，使气体流入井眼，防止因地层损害对产气量造成影响。这将导致更高的油井产能，克服了对复杂钻井液体系和补救措施的需求。欠平衡钻井还增了机械钻速，延长(yáncháng)了钻头寿命而且可以防止漏失和压差长钻。精品资料中国石油集团经济技术研究中心在钻井期间(qījiān)，维持欠平衡条件，使气体流入井眼，防止因地层损害对产气量造成影响。这将导致更高的油井产能，克服了对复杂钻井液体系和补救措施的需求。欠平衡钻井还增了机械钻速，延长了钻头寿命而且可以防止漏失和压差长钻。在水平中应用欠平衡钻井技术时，不仅有上述优点而且还有进行时实评价的优势。在钻水平井段期间(qījiān)进行生产测试可以作为导向钻井的一种辅助手段，也可对油气层进行评价。为了完全发挥欠平衡钻井的效益，Apache公司发现连续管钻井将是一种最佳选择方法。连续管是一种新技术，特别是用于欠平衡钻井作业时有特殊的优势。在对付高压井时，安全是主要原则。精品资料中国石油集团经济技术研究(yánjiū)中心由于钻柱是连续的，不需要接单根。只有在换井下钻具组合时，钻柱才暴露在井队人员面前。不接单根的另一优点是可保持连续的循环压力，避免了接单根时产生的压力波动。下在连续管内的电缆可进行实时定量测试、环空压力测试和自然伽马测量。实时测量使我们可更好地控制钻具，以保证井眼轨迹保持在油层内并连续维持欠平衡。当然连续管钻井本身也有缺点，特别是钻柱曲屈和“锁闭”以及井眼直径和马达的能力对达到设计水平井段的长度形成限制。但是连续管钻井的优点超过(chāoguò)了这些限制。精品资料中国(zhōnɡɡuó)石油集团经济技术研究中心混合(hùnhé)钻机荷兰的NAM公司使用了一种混合钻机(zuànjī)，伽利略混合钻井装置。这种钻机(zuànjī)既可以使用连续管又可以使用钻杆。在使用钻杆钻井方式时，这种钻机(zuànjī)只能下入和起出一根钻杆（不能以立根方式起出和下入），而且要使用动力水龙头来驱动钻机(zuànjī)旋转。随着短半径连续管井下钻具组合的发展，将克服连续管钻井对常规钻机(zuànjī)的需求，其原因是混合钻机(zuànjī)将能代替那些能在盐层下面的储层顶部侧钻的各种尺寸和短半径井底具组合。

精品资料中国石油集团经济技术研究中心该公司所选择的混合钻机为一台结构新颖的样机。该钻井装置的特点是用连续管和接单根两种方业方式时使用同一主驱动机械(jīxiè)，注入头具有2万磅的推力。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心加拿大对用连续管以欠平衡(pínghéng)方式打含硫化氢气井的一些推荐做法

在油气钻井中，使用连续管的比例在不断增加，包括了那些要求苛刻的含硫化氢环境。石油工业界和管理机关已认识认到，目前缺少一份用联续管以欠平衡钻含硫化氢气井的指南。在制定这种指南时不允许有一些悬而未决的问题。在钻湿硫化氢气井过程中安全和可靠的关键因素是连续管的完整性。已作了大量的室内试验和小规模的研究，并采集了标准的NACE样品。这些试验没有明确(míngquè)地指出，在不使用防腐剂的情况下，连续管的钢材可以在含硫化氢环境中使用。更多的试验指出，需要制定一部连续管钻含硫化氢气井的指南。精品资料中国石油集团经济技术研究中心在油气钻井中，使用连续管的比例在不断增加，包括了那些要求苛刻的含硫化氢环境。石油工业界和管理机关已认识认到，目前(mùqián)缺少一份用联续管以欠平衡钻含硫化氢气井的指南。在制定这种指南时不允许有一些悬而未决的问题。在钻湿硫化氢气井过程中安全和可靠的关键因素是连续管的完整性。已作了大量的室内试验和小规模的研究，并采集了标准的NACE样品。这些试验没有明确地指出，在不使用防腐剂的情况下，连续管的钢材可以在含硫化氢环境中使用。更多的试验指出，需要制定一部连续管钻含硫化氢气井的指南。精品资料中国石油集团(jítuán)经济技术研究中心加拿大的西部盆地产含硫油和气已有35年的历史。气井中硫化氢的含量经常超过25%。自1994年以来，钻井工业界在直井和水平井中使用欠平衡钻井技术以便使井眼进入压力枯竭油层和差油层。当在含硫化氢油气田进行欠平衡钻井的机会出现时，加拿大石油工业界大踏步地迎接了这一挑战。然而(ránér)两次大规模井喷引起了政府对这一公众安全问题的重视。阿伯塔省能源和公共事业局要求根据这种新的情况，制定出一种新的标准做法。精品资料中国石油集团经济技术(jìshù)研究中心在酸性(suānxìnɡ)环境中连续管的管理

在过去的9年中，连续管业界已开始对市场上的各种连续管产品的疲劳响应进行了研究，但这些研究都限于无硫条件。为了获得充分的数据进行静态分析，对已知钢级的材料最少要进行100次疲劳试验。近些年来由于手段增加，这种试验有增长的趋势。目前已有适用的数据库和大量的专门技能去预测当腐蚀不是主要原因(yuányīn)时出现疲劳损坏的可能性。当点状腐蚀和丛式腐蚀点影响了钢材的疲劳寿命时，其疲劳寿命要降低4倍。连续管是一项在作业过程中管体弯曲成塑性状态的技术。在井中连续管材料的残余应力与材料的屈服值一样高。然而在欠平衡条件下连续管系统的力学特性给我们了一些鼓励以便去研究冶金学。精品资料中国石油集团经济技术研究中心制造(zhìzào)和其他方面的进步积极开发用于酸性条件的连续管新产品有两大主要标志。然而，长期暴露在钻井环境中的连续管没有很大的进步。根据常规经验，70Ksi钢级的连续管防硫性能最好。研究指出，80Ksi的连续管具有良好应力容限。另外(lìnɡwài)还有一个结论即低周期应变对静态试验没有很大的影响。精品资料中国石油集团经济技术研究中心除通过可靠的室内试验方法从现有的高级产品中选择新的连续管外，钻井承包商必须有质量保证以便把连续管在酸性气井中可能出现的疲劳损坏降到最低程都。连续管材料的选择、承包商钻机的结构、钻井液体系和每口井的情况将影响连续管钻柱的寿命。需要良好腐蚀疲劳测试软件以检验连续管产品在酸性气井中的使用情况。最后(zuìhòu)，石油工业界必须正视对各种尺寸试样进行疲劳寿命试验的需求。精品资料中国石油(shíyóu)集团经济技术研究中心连续管钻井理论的发展(fāzhǎn)

（一）连续管钻井的振动分析

在普拉德霍湾，用CTD侧钻可以降低钻井成本。但使用(shǐyòng)这种钻井方法时MWD经常损坏。井下工具损坏如此频繁已成为日常考虑的问题。通常，人们认为过度振动是井下工具损坏的重要原因。唯一的解决方法是制造更耐用的工具。精品资料中国石油集团经济技术研究中心在实践过程中，Sperry-Sun钻井服务公司对因井眼尺寸造成的振动进行了确定。如有一口(yīkǒu)井的水平井段中，设计是在前1000英尺使用4,125英寸的双中心钻头，然后用常规PDC钻头完成最后1000英尺。钻柱动态传感器下在距钻头60英尺的井下钻具组合中。震击器连续在钻柱动态传感器下面的钻柱中以吸收某些振动力。据记载，用双中心钻头所钻的井段是低振动的。成功地钻到了应该换用PDC钻头的深度。在第二段井段中，利用3,75英寸PDC钻头以低振动成功地下到井底。开始钻进了1小时28分钟后，MW