1、簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)及專用配套工具研究簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)及專用配套工具研究馮來(lái)王輝王力（中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院機(jī)械所）（吉林石油集團(tuán)有限責(zé)任公司鉆井工藝研究院）摘要：本文綜合分析了國(guó)外套管鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了適合國(guó)內(nèi)鉆井設(shè)備情況的簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)，詳細(xì)介紹了簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)的特點(diǎn)、工藝過(guò)程、對(duì)設(shè)備的要求情況等。另外，本文對(duì)簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)配套工具的研制進(jìn)行了詳細(xì)介紹。一、前言套管鉆井就是利用套管代替鉆桿串來(lái)完成鉆井作業(yè)，即用套管代替

2、鉆桿和鉆鋌來(lái)對(duì)鉆頭施加扭矩和鉆壓，實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)與鉆進(jìn)，整個(gè)鉆井過(guò)程不再使用鉆桿，鉆鋌等。鉆進(jìn)過(guò)程中直接采用套管（取代傳統(tǒng)的鉆桿）向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量，邊鉆進(jìn)邊下套管，完鉆后作鉆柱用的套管留在井內(nèi)作完井用。由于套管鉆井技術(shù)是將鉆進(jìn)和下套管合并成一個(gè)作業(yè)過(guò)程，因此套管鉆井與常規(guī)鉆桿鉆井相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省起下鉆時(shí)間，提高功效；減少井下事故；改善井控井況；保持起下鉆頭時(shí)鉆井液的連續(xù)循環(huán)；改善水力參數(shù)，環(huán)空上返速度如清洗井筒狀況；

3、節(jié)省與鉆具有關(guān)的采購(gòu)、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、維護(hù)、更換等過(guò)程中有關(guān)大量的人力、物力和費(fèi)用。在鉆穿產(chǎn)層井段使用，由于可直接進(jìn)行固井作業(yè)，大大減少了鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的浸泡時(shí)間，可降低鉆井作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的傷害，有效地保護(hù)油氣層。二、國(guó)外套管鉆井技術(shù)研究現(xiàn)狀國(guó)外目前研究套管鉆井的主要有Tesco和Weatherfd兩大公司。Tesco公司采用套管鉆井專用鉆機(jī)并配以可更換鉆頭來(lái)實(shí)現(xiàn)套管鉆井。Weatherfd公司主要采用可鉆鉆頭。1、Tesco公司套管鉆井專用鉆機(jī)

4、1）為了從套管內(nèi)起下底部鉆具組合并進(jìn)行井下控制、操作等作業(yè)，必須給鉆機(jī)配備電動(dòng)或液、氣動(dòng)的專用小型絞車系統(tǒng)；2）天車和游車都應(yīng)該是分體式配置，以確保鋼絲繩處在套管的中心位置；3）在頂部驅(qū)動(dòng)裝置的上部要配備鋼絲繩防噴器和密封裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩的密封。2、Tesco公司套管鉆井的井下系統(tǒng)套管鉆井的井下系統(tǒng)主要由三部分組成：一是下井、回收工具；二是底部鉆具組合；三是連接在套管柱末端的坐底套管。用鋼絲繩起下的底部鉆具組合一般由鎖定和密封總成、

5、分隔箍、鉆井浮箍、擴(kuò)眼器和領(lǐng)眼鉆頭等組成，根據(jù)需要還可以增加井下鉆井液電動(dòng)機(jī)（直電動(dòng)機(jī)或彎殼電動(dòng)機(jī)）、隨鉆測(cè)量和隨鉆測(cè)井（MWD和LWD）工具，也可以接取心工具和取心鉆頭進(jìn)行取心作業(yè)。起下鉆時(shí)，井底鉆具組合穿過(guò)套管，可以避免對(duì)井壁的損害，保證了起下鉆的安全。為了避免套管柱彎曲可在底部鉆具組合下端串接1～2根鉆鋌以增加鉆壓。套管鉆井的定向鉆進(jìn)過(guò)程在很多方面與常規(guī)鉆井類似，主要的差別在于導(dǎo)向馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具要能夠穿過(guò)套管下入到井中，并能夠

6、回收。3、Tesco公司套管鉆井的工藝過(guò)程進(jìn)行套管鉆進(jìn)時(shí)，底部鉆具組合鎖定在坐底套管的鎖定短節(jié)上，并通過(guò)鋼絲繩與一部專門用于起下鉆頭的絞車相連接。與常規(guī)鉆井一樣，套管鉆井也可以有旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式、滑動(dòng)鉆進(jìn)方式和滑動(dòng)－旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式。旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式的動(dòng)力源于地面，由頂部驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)套管柱旋轉(zhuǎn)并向底部鉆具組合傳遞扭矩，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，同時(shí)也可以在底部鉆具組合上安圖1改制接箍五、簡(jiǎn)易套管鉆井技術(shù)專用配套工具研究1、套管夾持頭套管夾持頭主要是為了解決方鉆

7、桿和套管柱之間的連接問(wèn)題。套管鉆井時(shí)，夾持頭連接在方鉆桿下方，通過(guò)夾緊裝置夾住套管驅(qū)動(dòng)套管。1）內(nèi)卡式套管夾持頭主要適用套管尺寸：7″以上套管工作原理：本體上端有螺紋與方鉆桿相連接，使用時(shí)，夾持頭下端的中心軸伸到套管里面，夾持頭本體上伸出卡塊撐住套管內(nèi)壁，卡塊上有卡牙夾緊套管，方鉆桿傳過(guò)來(lái)的動(dòng)力通過(guò)卡牙與套管內(nèi)壁之間的摩擦傳到套管上，再通過(guò)套管傳到鉆頭上。在本體的上端有驅(qū)動(dòng)螺母，該螺母驅(qū)動(dòng)本體上的長(zhǎng)鍵上下移動(dòng)，通過(guò)長(zhǎng)鍵和卡塊之間的特殊連

8、接裝置，長(zhǎng)鍵驅(qū)動(dòng)卡塊張開(kāi)或收縮?？▔K由于是鑲在本體上，所以只能做徑向運(yùn)動(dòng)?？▔K夾緊套管的力由驅(qū)動(dòng)螺母的上緊扭矩決定。密封裝置在伸入到套管內(nèi)的中心軸下端，主要由皮碗密封組成。為了防止卡塊夾不緊套管、井下出現(xiàn)卡鉆等異常情況下套管柱不會(huì)落入井內(nèi)，并滿足一定強(qiáng)制起鉆的要求，設(shè)計(jì)有外保護(hù)裝置。外保護(hù)裝置通過(guò)一個(gè)金屬殼體與夾持頭本體牢固連接，工作時(shí)，套管接箍伸到殼體內(nèi)，通過(guò)殼體上的兩個(gè)窗口人為地放入兩個(gè)金屬塊，金屬塊的內(nèi)徑略大于套管外徑，但小于套管

9、接箍外徑，金屬塊通過(guò)特殊裝置固定在殼體上。當(dāng)卡塊夾不緊套管，套管開(kāi)始下滑時(shí)，套管接箍的下端就會(huì)碰到殼體上的金屬塊，金屬塊由于固定在殼體上，無(wú)法移動(dòng)，金屬塊就會(huì)把套管柱重量傳到殼體上，殼體與夾持頭本體牢固連接，這樣就保證了套管柱不會(huì)掉到井下。圖2內(nèi)卡式套管夾持頭2）外卡式套管夾持頭適用套管尺寸：512″套管工作原理：夾持頭本體上端通過(guò)螺紋與方鉆桿連接，夾持頭本體下端是一個(gè)殼體。工作時(shí)，夾持頭中心軸伸到套管內(nèi)徑里，殼體包住套管接箍，套管位于

10、中心軸和殼體之間。在本體下端的殼體上開(kāi)有四個(gè)燕尾槽，卡塊通過(guò)燕尾槽與殼體連接，旋緊本體上端的驅(qū)動(dòng)螺母，螺母下端端面推動(dòng)卡塊沿著燕尾槽下行，卡塊上鑲有牙板，牙板上的卡牙咬住套管外壁。鉆進(jìn)時(shí)，方鉆桿驅(qū)動(dòng)夾持頭本體，夾持頭本體驅(qū)動(dòng)卡塊，依靠卡牙與套管外壁之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)套管。由于外卡式是從套管外面夾緊套管外壁，如果發(fā)生夾不緊的情況，套管接箍的下端面會(huì)碰到卡塊，這樣套管柱便不會(huì)掉到井下。當(dāng)需要松開(kāi)卡塊時(shí)，驅(qū)動(dòng)殼體下端的另一個(gè)螺母，該螺母的上端面