摘 要

摘　要：鶯歌海盆地樂(lè)東22-l氣田表層為未固結(jié)的灰色黏土層，經(jīng)常出現(xiàn)表層井段鉆完后，又被未固結(jié)的黏土層垮塌下來(lái)埋掉的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)往往需要多次通井才能將套管下至設(shè)計(jì)位置，嚴(yán)重影響

摘　要：鶯歌海盆地樂(lè)東22-l氣田表層為未固結(jié)的灰色黏土層，經(jīng)常出現(xiàn)表層井段鉆完后，又被未固結(jié)的黏土層垮塌下來(lái)埋掉的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)往往需要多次通井才能將套管下至設(shè)計(jì)位置，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。為了解決這一難題，樂(lè)東22-1氣田開(kāi)發(fā)井采用威德福公司的套管鉆井技術(shù)，進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。為此，對(duì)套管鉆井工藝與常規(guī)鉆井工藝進(jìn)行了比較，總結(jié)了該氣田采用套管鉆井的工藝技術(shù)措施及鉆進(jìn)注意事項(xiàng)。同時(shí)還介紹了LD22-1-A2井Æ339.7mm表層套管鉆井使用的工具、主要設(shè)備、固井技術(shù)、工藝流程及使用套管鉆井的應(yīng)用效果，所形成的海洋表層套管鉆井技術(shù)解決了海底地層疏松而導(dǎo)致表層套管不易下到位的問(wèn)題，提高了井口的穩(wěn)定性。樂(lè)東22-1氣田表層采用套管鉆井技術(shù)提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全，縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本，對(duì)同類油氣田具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鶯歌海盆地  樂(lè)東22-1氣田  表層  套管鉆井  垮塌  井口穩(wěn)定性

Casing drilling technology applied to surface interval of a well in the Ledong 22-1 Gas Field，Yinggehai Basin

Abstract：The surface intervals of wells in the Ledong 22-1 Gas Field，Yinggehai Basin，were drilled through unconsolidated grayclay，which will easily collapse and bury the well．In order to successfully run casing into the design depth,several times of wiper tripping are often required on site，which has significantly slowed down the operation．To solve this problem．the Weatherford¢s casing drilling technology was applied to the development wells of the Ledong 22-1 Gas Field．First，compared to the conventional drilling，this casing drilling technology was discussed in this field practice as well as the utilized technical measures and precautions in the drilling process．Then，descriptions were given for the drilling tools，main equipments，cementing technologies，and process flow adopted in drilling the surface interval of Well LD22-1-A2 with Æ339.7mm casing，as well as their application performance．This developed surface casing and offshore drilling technology not only overcomes the difficulty of smoothly running surface casing into the design depth due to loose seabed strata，but improves the wellhead stability．With this casing drilling technology applied to the surface interval of wells in the Ledong 22-1 Gas Field，the safety of field operation is thus improved,the drilling cycle shortened．And the drilling cost reduced，which provides a good reference for similar oil and gas fields．

Keywords：Yinggehai Basin，Ledong 22-1 Gas Field，surface，casing drilling，collapse，wellhead stability

隨著南海西部油氣資源的不斷發(fā)現(xiàn)，鉆井作業(yè)量越來(lái)越多，但海洋環(huán)境的復(fù)雜性給鉆井作業(yè)者帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。表層疏松地層垮塌問(wèn)題就是作業(yè)者經(jīng)常面臨的挑戰(zhàn)之一，如何在表層易坍塌的情況下順利將套管下到位是作業(yè)者急需解決的問(wèn)題^[1-2]。

海洋鉆井費(fèi)用很高，國(guó)內(nèi)外目前使用較多的半潛式鉆井平臺(tái)綜合費(fèi)用達(dá)200×10⁴元／d，自升式鉆井平臺(tái)約l50×10⁴元／d^[3]。因此，工程技術(shù)人員一直在尋求各種方法來(lái)提高鉆井時(shí)效以降低鉆井成本，但海洋鉆井中，表層疏松地層垮塌問(wèn)題嚴(yán)重影響著作業(yè)時(shí)效，有時(shí)候需要進(jìn)行多次通井才能將套管下至設(shè)計(jì)位置，浪費(fèi)的作業(yè)時(shí)間導(dǎo)致鉆井成本大幅度上升，如果能將這些通井時(shí)間節(jié)省下來(lái)，可以為海洋鉆井減少一筆可觀的開(kāi)支。

套管鉆井是將鉆井與下套管相結(jié)合?，F(xiàn)代套管鉆井技術(shù)主要有兩種：一種是以加拿大Tesco公司為代表的技術(shù)，完鉆后下入回收工具回收井下鉆具組合，可使用井下動(dòng)力馬達(dá)；另一種是以美國(guó)weatherford(威德福)公司的鉆鞋為代表的技術(shù)，完鉆后鉆鞋隨套管留在井下，可以被下一只鉆頭鉆掉。該技術(shù)在鉆進(jìn)過(guò)程中直接用套管取代鉆桿柱向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量，井下鉆具組合接在套管柱下面，邊鉆進(jìn)邊下套管，完鉆后套管柱留在井內(nèi)直接固井^[4-5]。為了解決鶯歌海盆地樂(lè)東22-1氣田海底地層疏松而導(dǎo)致表層套管不易下到位而影響井口穩(wěn)定性和作業(yè)時(shí)效的問(wèn)題，南海西部油田的作業(yè)者決定表層采用套管鉆井技術(shù)。

1　樂(lè)東22-1氣田工程地質(zhì)概況

樂(lè)東22-l氣田位于南海西部海域鶯歌海盆地，氣田區(qū)水深93.5m，氣田氣層多而薄，埋深淺，從海底以下約65m處開(kāi)始往下，直至海底以下500m深度范圍內(nèi)，分布有淺層氣。上部為未固結(jié)的灰色黏土層、粉砂質(zhì)黏土層夾細(xì)砂層或中細(xì)砂層，局部夾泥質(zhì)粉砂層，泥巖成巖程度低，膠結(jié)疏松，易坍塌，易吸水造漿。井身結(jié)構(gòu)往往設(shè)計(jì)為表層套管封固第四系樂(lè)東組一段地層。

樂(lè)東22-1氣田的隔水導(dǎo)管是打樁錘入的，槽口分布為4排×4列，各槽口之間的中心距為2.286m，前期已鉆開(kāi)發(fā)井l3口，其中6口大斜度井，6口水平井，1口常規(guī)定向井，這些井表層鉆井作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，因通井而損失的鉆井時(shí)間達(dá)1.12d／井，損失費(fèi)用約l68×10⁴元／井。

2　套管鉆井技術(shù)

2．1　套管鉆井與常規(guī)鉆井的比較

套管鉆井之所以能提高鉆井時(shí)效，在于它在鉆井過(guò)程中節(jié)省了一部分流程，其流程示意圖如圖l，而且不用起鉆，所以沒(méi)有空井時(shí)間，保障了井壁的穩(wěn)定性，這里僅以一種井眼尺寸為例。

 

從圖l可以看出，套管鉆井省去了起鉆、通井、循環(huán)和下套管的時(shí)間。

除了可以節(jié)省時(shí)間，由于套管鉆井的鉆入深度就是下套管深度。因此不存在固井后套管下沉的問(wèn)題，井口的穩(wěn)定性得到了保障^[6-7]。

另外，套管鉆井的鉆入深度通常都比較淺，因此可以提前建立井口和裝防噴器，有了這2點(diǎn)就可以提前進(jìn)行錄井，故有利于防淺層氣。

2．2　樂(lè)東22-l氣田套管鉆井的主要工具

為解決表層易垮塌的問(wèn)題，中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司應(yīng)用威德福公司的套管鉆井技術(shù)在南海鶯歌海盆地的樂(lè)東22-1氣田進(jìn)行8口井的Æ339.7mm表層套管和5口井的Æ508.00mm的表層套管鉆井施工。威德福套管鉆井是應(yīng)用可鉆式鉆鞋和套管作為鉆柱進(jìn)行鉆井，邊鉆進(jìn)邊下套管，完鉆后套管留在井內(nèi)可以立即固井的一種新型鉆井技術(shù)。主要設(shè)備有可鉆式鉆鞋、套管鉆井矛、套管鉆井的內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)裝置、套管鉆井所用的浮箍等。

2．2．1可鉆式鉆鞋

樂(lè)東22-1氣田施工使用的鉆頭是威德福開(kāi)發(fā)的第二代鉆鞋，主要由4個(gè)部分組成，即本體、保徑墊、內(nèi)核和刀翼所組成(圖2)。本體由優(yōu)質(zhì)鋼材制成，是鉆鞋的骨架，起支撐整個(gè)鉆鞋的作用，其外徑與套管的外徑相等，尾端以絲扣方式和套管相連接。保徑墊呈斜列式分布于本體前端外側(cè)，由鋼質(zhì)胚胎和鑲嵌其內(nèi)的碳化鎢合金塊所構(gòu)成，其直徑與井眼直徑相等，它主要起保持井眼直徑作用，必要時(shí)可以進(jìn)行倒劃眼。內(nèi)核是由鋁合金制成的，其大部分呈圓柱狀鑲嵌于本體內(nèi)，僅前端約10cm長(zhǎng)的一段呈葉片狀突出于本體之外，而構(gòu)成刀翼。共有3個(gè)刀翼，每個(gè)刀翼的正面都鑲嵌著200多個(gè)直徑為6mm的熱穩(wěn)定聚晶金剛石(TSP)切削齒，而刀翼的側(cè)緣則鑲嵌了一排直徑為12mm的金剛石復(fù)合片(PDC)構(gòu)成的切削齒。此外，刀翼的表面用VHOF技術(shù)噴涂了一層非常致密的碳化鎢保護(hù)層，從而增強(qiáng)了刀翼的強(qiáng)度和耐磨性。在刀翼之間的每個(gè)扇形區(qū)內(nèi)都均勻分布2個(gè)水眼，因此鉆頭共有6個(gè)水眼。

 

水眼上可以安裝由銅或陶瓷材料制成的、具有可鉆性的噴嘴，噴嘴的直徑從7.9375mm到25.4mm，可供選擇。由于內(nèi)核、刀翼以及噴嘴都是由可鉆性好的材料制成，因此鉆鞋可以被常用的牙輪鉆頭或PDC鉆頭從內(nèi)部鉆穿。

2．2．2套管鉆井矛

樂(lè)東22-1氣田施工的Æ339.7mm套管鉆井動(dòng)力傳遞由套管鉆井矛總成來(lái)實(shí)現(xiàn)。

鉆井矛總成主要由扶正器、密封總成、鉆井矛本體、卡瓦、Æl27.0mm短鉆桿以及若干變徑短節(jié)所組成(圖3)。鉆進(jìn)時(shí)將鉆井矛插到套管里，然后將鉆井矛本體向右旋轉(zhuǎn)1／4圈，即可與鉆井矛上的卡瓦和套管咬合在一起^[8-9]。鉆完一個(gè)單根后，只要把鉆井矛本體向左旋轉(zhuǎn)l／4圈，就可將鉆井矛與套管分開(kāi)。套管鉆井矛簡(jiǎn)化了頂驅(qū)與套管連接的操作程序，縮短了接套管時(shí)間，因此有助于縮短整個(gè)鉆井作業(yè)的時(shí)間。鉆井矛總成全長(zhǎng)為6.9m(LOGAN型)或6.3m(AZ型)。

 

2．2．3內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

樂(lè)東22-1氣田施工的Æ508.0mm套管鉆井動(dòng)力傳遞由內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(ICDT)來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于Æ508.0mm套管鉆井的動(dòng)力傳遞裝置稱為內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(圖4)。與鉆井矛總成的工作原理相似，它也是靠卡瓦與套管內(nèi)壁之間的咬合來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的，不同的是該裝置的卡瓦是由7個(gè)牙塊組成的分體式卡瓦，而不像鉆井矛那樣是一個(gè)整體的筒狀，而且它的中軸貫穿了整個(gè)本體，這些改進(jìn)使其具有更大的可靠性和穩(wěn)定性^[10-11]。這種裝置的實(shí)際操作來(lái)的操作與前述的鉆井矛的相似，此不贅述。

 

2．2．4套管鉆井用浮箍

Æ339.7mm和Æ508.0mm的套管鉆井所使用的浮箍，前者的型號(hào)為402NP型(圖5)，后者的型號(hào)為402型。這2種浮箍的最大特點(diǎn)是：超密Ⅲ型(Sure-Seal 3^TM)單流閥，性能優(yōu)良，可以耐受長(zhǎng)時(shí)間大排量鉆井液的沖刷。另外402NP型有l個(gè)花瓣?duì)畹某薪颖P，可以保證在下一次開(kāi)鉆被鉆掉時(shí)，膠塞不發(fā)生旋轉(zhuǎn)^[12-14]。

 

2．3　套管鉆井工藝

樂(lè)東22-1-A2井表層套管鉆井由海洋石油941自升式鉆井平臺(tái)承鉆，作業(yè)水深93.5m，補(bǔ)心海拔41m，作業(yè)前，現(xiàn)場(chǎng)人員首先進(jìn)行探傷和檢查，確認(rèn)工具的完整性。

套管鉆井工藝流程與常規(guī)鉆井不一樣，這里僅列出樂(lè)東22-1-A2井Æ339.7mm套管鉆井的工藝流程：

1)安裝升高管、防噴器、放噴閥和放噴管線，并進(jìn)行壓力測(cè)試。

2)裝上Æ339.7mm套管側(cè)門吊卡，用側(cè)門吊卡吊將套管(已經(jīng)和鉆鞋連在一起)下放到井中。

3)將第二根(和浮箍連在一起)套管與前一根連接，上部依次連接Æ339.7mm套管，然后將管串下入井中，直至到達(dá)泥面。套管鉆進(jìn)管柱結(jié)構(gòu)為：套管鉆鞋(BTC扣)+套管+浮箍+套管+浮箍+套管。

4)組裝Æ339.7mm套管鉆井矛，將Æ339.7mm套管鉆井矛插到套管中。連接成功后，用鉆井矛慢慢提起管串，探泥面。一邊下放套管，一邊在套管上量尺寸、劃刻度，確定泥面深度為134.5m。

5)探到泥面后，上提管串lm。低速開(kāi)泵，待泵壓升起來(lái)后，再開(kāi)頂驅(qū)。慢慢下放管串，采用“輕壓吊打”的方式鉆進(jìn)至l59m。

6)泵入l0m³高黏鉆井液清潔井眼。然后一直鉆到設(shè)計(jì)井深314.97m(表1)，此時(shí)最后一根套管到達(dá)最適合于切割套管和安裝井口的高度。替入5m³高黏鉆井液清潔井眼，并替入20m³高黏鉆井液至環(huán)空。

 

7)將卡瓦式套管懸掛器固定在井口上。下放鉆井矛，釋放懸重，然后將鉆井矛向左轉(zhuǎn)l／4圈，使其與套管脫離。將鉆井矛從套管中提出來(lái)。

8)將井架移至另l口井位鉆進(jìn)。此時(shí)進(jìn)行交叉作業(yè)，樂(lè)東22-1-A2井連接循環(huán)頭進(jìn)行固井，固井完成后，整個(gè)表層套管鉆井作業(yè)結(jié)束。

3　樂(lè)東22-1氣田套管鉆井的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

樂(lè)東22-1氣田套管鉆井技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的應(yīng)用效果。樂(lè)東22-1-A2井Æ339.7mm套管鉆進(jìn)至井深314.97m，總進(jìn)尺l80.44m，平均機(jī)械鉆速75.18m／h；與未使用套管鉆井的鄰井相比，作業(yè)時(shí)效有較大幅度的提高。表2為南海西部樂(lè)東氣田幾口常規(guī)井和套管鉆井的表層作業(yè)時(shí)間的對(duì)比。

實(shí)踐表明，未使用套管鉆井方式的作業(yè)井，表層平均作業(yè)時(shí)間為2.88d；使用套管鉆井方式的作業(yè)井，表層平均作業(yè)時(shí)間為l.03d，綜合作業(yè)費(fèi)用按l50×10⁴元／d計(jì)算，可以節(jié)省單井費(fèi)用277.5×10⁴元，在一定程度上降低了海洋鉆井的作業(yè)成本。

 

通過(guò)樂(lè)東22-1氣田套管鉆井作業(yè)的實(shí)踐，總結(jié)了保障作業(yè)順利的技術(shù)要點(diǎn)：

1)由于鉆鞋是可鉆性的，其材質(zhì)有一定的特殊性，因此起吊的過(guò)程中，不能碰傷鉆鞋。

2)根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，噴嘴尺寸選擇6個(gè)等徑Æ11.1125mm，如果不正確應(yīng)更換之。

3)盡量縮短接鉆桿立根的時(shí)間，以防鉆具在井眼中停留太久而造成軟泥砂段縮徑埋鉆。

4)將鉆井矛吊到鉆臺(tái)上，應(yīng)盡可能往鉆井矛的皮碗子上涂抹絲扣油，然后將矛的下段插到套管中。

5)將其尾端插入套管中(用機(jī)械手扶正套管會(huì)有幫助)，直到鉆井矛上的止動(dòng)環(huán)與套管接箍相接觸(指重表上的靈敏針會(huì)晃動(dòng)，這表明鉆井矛已經(jīng)與套管接箍接觸并且咬合在一起了)^[15]。

4　結(jié)論與建議

1)套管鉆井省去了起鉆、通井、循環(huán)和下套管的時(shí)間，不存在固井后套管下沉的問(wèn)題，井口的穩(wěn)定性得到了保障。

2)套管鉆井的鉆入深度通常都比較淺，因此可以提前建立井口和裝防噴器，有了這兩點(diǎn)就可以提前進(jìn)行錄井，故有利于防淺層氣。

3)海洋表層采用套管鉆井技術(shù)在一定程度上節(jié)省了作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用，但注意事項(xiàng)頗多，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該細(xì)心謹(jǐn)慎。

 

參考文獻(xiàn)

[1]邵詩(shī)軍，牟小軍，婁來(lái)柱，等．半潛式鉆井平臺(tái)在惡劣海況下的一開(kāi)技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2010，32(3)：1-3．

SHAO Shijun，MOU Xiaojun，LOU Laizhu，et al．An initial flow technology of semi—submersible drilling platform in rugged marine environment[J]．Oil Drilling＆Production Technology，2010，32(3)：l-3．

[2]董新亮，曹式敬，唐海雄，等．海洋鉆井手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)海洋石油總公司，2009：260-273．

DONG Xinliang，CAO Shijing，TANG Haixiong，et al．Marine drilling handbook[M]．Beijing：CNOOC，2009：260-273．

[3]邵詩(shī)軍，趙寶祥，羅鳴，等．南海西部油田“一開(kāi)雙眼”鉆井技術(shù)[J]．石油鉆探技術(shù)，2011，39(1)：119．

SHAO Shijun，ZHAO Baoxiang，LUO Ming，et al．“Twinhole drilled at first spudding”in southwest China Sea Oilfield[J]．Petroleum Drilling Techniques，2011，39(1)：ll9．

[4]沙東，周明信，王雪滔，等．套管鉆井技術(shù)在埕海一號(hào)人工井場(chǎng)的應(yīng)用[J]．石油鉆探技術(shù)，2007，35(5)：36-40．

SHA Dong，ZHOU Mingxin，WANG Xuetao，et al．Application of casing drilling technology in Chenghai l artificial island[J]．Petroleum Drilling Techniques，2007，35(5)：36-40．

[5]王緒華．套管鉆井技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J]．焊管，2009(10)：33-36．

WANG Xuhua．The development and application of casing drilling technology[J]．Welded Pipe and Tube，2009(10)：33-36．

[6]汪海閣．降低鉆井費(fèi)用的革新方法——套管鉆井[J]．國(guó)外石油機(jī)械，1999，10(4)：9-18．

WANG Haige．Casing drilling a revolutionary approach to reducing well costs[J]．Foreign Petroleum、Machinery，1999，10(4)：9-18．

[7]黃志潛．再談套管鉆井技術(shù)及其裝備[J]．國(guó)外石油機(jī)械，1999，10(1)：60-62．

HUANG Zhiqian．Discussion on casing drilling technology and equipment[J]．Foreign Petroleum Machinery，l999，10(1)：60-62．

[8]沙東，王光奇，李健，等．套管鉆井技術(shù)在莊海5井中的應(yīng)用[J]．石油鉆探技術(shù)，2003，31(6)：23-24．

SHA Dong，WANG Guangqi，LI Jian，et al．Applications of casing drilling technology in Zhuanghai-5 well[J]．Petroleum Drilling Techniques，2003，3l(6)：23-24．

[9]馬認(rèn)琦，郭巧合，趙建剛．TESCO套管鉆井技術(shù)[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006，35(2)：81-83．

MA Renqi,GUO Qiaohe．ZHAO Jiangang．TESCO casing drilling technology[J]．Field Equipment，2006，35(2)：Oil 81-83．

[10]陳維榮，孫家祥．可回收式井下鉆具組合在套管鉆井中的應(yīng)用[J]．石油鉆采工藝，2002，24(1)：27-31．

CHEN Weirong，SUN Jiaxiang．Application of the retrievable BHA in casing drilling[J]．Oil Drilling＆．ProdLlction Technology，2002，24(1)：27-31．

[11]WARREN T，HOUTCHENS B，MADELL G．Directional drilling with casingEJ]．SPE Drilling＆Completion，2005，20(1)：17-23．

[12]劉玉民，趙博，楊智光，等．尾管鉆井技術(shù)研究與試驗(yàn)[J]．鉆采工藝，2010，33(1)：1-3．

LIU Yumin，ZHAOBo，YANG Zhiguang，et al．Research and test of liner drilling technology[J]．Drilling&Production Technology，2010，33(1)：1-3．

[13]張國(guó)田，鄒連陽(yáng)，黃衍福，等．頂驅(qū)下套管裝置的研制[J]．石油機(jī)械，2008，36(9)：82-84．

ZHANG Guotian，ZOU Lianyang，HUANG Yanfu，et al．Development of top-drive casing running device[J]．China Petroleum Machinery，2008，36(9)：82-84．

[14]張國(guó)田．北京石油機(jī)械廠頂驅(qū)下套管裝置成功應(yīng)用[N]．中國(guó)石油報(bào)，2010-06-02(2)．

ZHANG Guotian．The successful application of top-drive casing-running device in Beijing Petroleum Machinery Factory[N]．China Petroleum Daily，2010-06-02(2)．

[15]張宏英，李東陽(yáng)，黃衍福，等．頂驅(qū)下套管作業(yè)裝備配套及工藝初探[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40(3)：20-23．

ZHANG Hongying，LI Dongyang，HUANG Yanfu．et al．Equipment selection and technique diSCUSSion of topdrive in casing running operation[J]．Oil Field Equipment，2011，40(3)：20-23．

 

本文作者：徐一龍  黃凱文  梁繼文  余意  吳江  曹峰  楊仲涵  許發(fā)賓  黃亮

作者單位：中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司