套管钻井测井技术的应用及发展

长江大学 地球物理与石油资源学院 徐晓春

西安方元能源工程有限责任公司 易必焕

长江大学 地球物理与石油资源学院 徐明振

套管钻井测井技术的应用及发展

长江大学 地球物理与石油资源学院 徐晓春

西安方元能源工程有限责任公司 易必焕

长江大学 地球物理与石油资源学院 徐明振

一、理论概述

所谓套管钻井技术，指的是用套管代替钻杆进行钻井作业。换句话说，就是舍弃钻杆及钻铤，改用套管对钻头进行扭矩和钻压，钻进与下套管同时进行，完钻之后将套管继续留在井下作完井用。

套管钻井方式有两种，一种是套管旋转钻进，以地面驱动装置为动力来源，以套管为途径将扭矩传向钻头，这就对套管及其螺纹连接强度提出了更高要求；另外一种需要借助井下动力钻具，在一定程度上改善了套管受力情况。

与其他钻杆钻井技术相比，套管钻井技术的优点主要体现在以下几方面：第一，起下钻时间更短，通常情况下是常规钻杆起下钻速度的数倍；第二，成本更低，不必在采购、运输、维护钻杆及钻铤方面花费成本；第三，由于套管的存在，起下钻杆时所导致的抽汲作用及压力脉冲被消除，很好地改善了井控状况；第四，可以有效促使钻屑聚焦，避免出现井涌；第五，水力参数、环空上返速度以及井筒清洗等状况得到改善。

二、国外套管钻井技术的应用及发展

20世纪中叶，国外就曾提出以套管取代钻杆开展钻井作业的设想，但是由于技术及装备等方面因素的限制，未能付诸实践。直至20世纪90年代，随着材料及新技术的不断发展，石油开采技术也随之发展，一系列新工艺、新工具及新装备先后问世，套管钻井技术再次成为业内的关注焦点。

早在1885年，加拿大Tesco公司便展开了套管钻井技术的研究，其所提出的套管钻井系统采用的是比较常见的油田生产套管，即上部钻井锁借助钻具加以组合并实现钻具及套管的连接及液压密封。并且，将嵌入及去除装置安装于套管柱处。位于钻井锁之下的钻具组合末端是导向钻头，部分情况下会有一些诸如泥浆、马达或者扩眼器等钻柱组件。有效地控制钻井时间和成本是该公司的基本出发点。Tesco公司还研发了全液压套管钻井车载钻机。

美国Weatherford公司所提出的套管钻井技术的基本原理及设备与加拿大Tesco公司的方案大致相当，不同之处主要是Weatherford公司的方案更加侧重表层施工，使用的是特制的PDC钻头，并以易钻材料制作胎体，借助特殊装置连接到套管上。该公司所提出的套管钻井技术方案被泛美石油公司应用于阿根廷龙丘油田，取得了满意成效，不但大大减少了钻井时间，而且采油效果得到很大程度的提升。

三、我国套管钻井技术的应用及发展

2006年，套管钻井技术获得国家科技部的批准立项，并被列入国家863计划。该研究课题以吉林油田集团公司为主要依托单位，另有4个单位加以辅助。吉林油田应用勘探开发研究院从开发钻井特点出发，构建欠开发井套管钻井系统及其配套性的钻井工具，该系统主要适用转盘钻井驱动方式。在套管钻井技术在套管驱动头、钻头连接器、专用承扭保护器、抗黏扣型螺纹密封脂等方面拥有独立自主知识产权，从而在当前条件及装备下，成功解决了陆上油田进行套管钻井面临的难题。

2003年，大港油田开始对套管技术展开研究，在国内首次提出陆上油田表层套管钻井工艺，填补了我国在此领域的技术空白。不仅如此，该公司还在套管钻井工具方面享有专利权，并且独自研发出了套管钻井专用的钻鞋并投入工业性生产，使套管钻鞋实现了国产化。老化稳定实验就是观察随着老化时间增加，黏度持续增大（研究时间范围内），聚合物在此老化温度下具有的老化稳定性。一般而言，聚合物分子链基本没有热降解，而分子间缔合随着老化时间的增加而不断加强（在此温度下和时间范围内）。在油层温度和地层水矿化度都很恶劣的条件下，研究稳定性问题十分重要。充分利用缔合聚合物的分子疏水基上的聚合作用，可以解决缔合聚合物调剖体系的长期稳定性。而稳定最终可以促使交联体系的脱水作用和脱水速度降低，从而实现提高疏水缔合聚合物交联体系的长期稳定性。所以，地层条件下凝胶体系的稳定性较好。实验结果表明，分子结构设计合理的缔合聚合物具有能满足工程施工的溶解速度、高效增黏、耐温耐盐以及良好老化稳定性和抗剪切特性。同时也用实践证明，高黏缔合聚合物的可注入性、黏度在地下渗流过程中的有效性以及建立流动阻力的能力是可以肯定的。现场实践证明，缔合聚合物溶液在高温高盐工作环境下，无论是用在驱油还是调剖上都是有效的。

为实现对钻井成本的有效控制，充分开发外围未动用储量，大庆油田对表层套管钻井技术进行了深入研究，对非顶驱钻井条件下表层套管钻井设备进行了完善性改造；此外，通过套管钻井实践，其自行研发的设备、仪器及相关工具都取得了圆满成功。在机械钻速的平均值方面，套管钻井技术远远优于常规钻井技术，明显缩短了钻井周期。

这种钻井技术对于找矿很有帮助。找矿应遵循以下原则：一是选区必须有岩浆活动；二是选区必须是在大断裂构造附近，并且在主要成矿带上；三是选区必须在地质、化探或物探异常内。以上三个条件的耦合，才是工作的重点靶区。找矿的手法多样，笔者依据多年的实践，认为可以复合使用多种手法，注重应用新技术、新方法、新装备。进入新世纪后，从航空到航天，从地面到深部，从一维到多维，从单学科到多学科，建立了立体探测技术体系，实现了从定性描述到定量评价的转变，可以快速有效地圈定找矿靶区，对矿体作出准确定位。高精度、高分辨率、大探测深度、抗干扰、多元素、多参数的勘查技术及其装备的使用，不仅大大提高了找矿工作的效率，而且加大了直接探测的深度，加快了矿床发现的速度。

2004年，胜利油田应用套管钻井技术对恳东油田进行了表层套管钻井实践。结果显示，在钻井速度方面，套管钻进技术比使用常规技术提升近1/2。此外，中石油公司套管钻井技术实践也充分证实了该技术的优越性。

四、结论

国内外长期实践证明，与传统的钻井技术相比，套管钻井技术的创新性更加突出，发展潜力更大。不仅如此，随着套管钻井技术的逐步发展和完善，今后在有效控制深井整体成本以及促进浅层油气藏开发效益等方面将会有更更加突出的表现。需要指出的是，要想使套管钻井技术今后在钻井领域的应用被进一步推广，还需要对钻头泥包、套管弯曲以及完成钻井后套管剩余强度的评价等方面进行更加深入的研究。