套管钻井技术运用成功

BP公司在美国南怀俄明州为调查套管钻井潜力，实施了15口套管钻井，全面审视了德士古套管系统。BP使用德士古套管钻井工艺来钻15口井的表层和生产井段，井深为2530～2926米。

套管钻井系统

德士古使用通常的油田套管作为钻具同时钻井和下套管。套管将水力和机械能传送到一个能用钢丝绳回收的钻具总成。该总成悬挂在位于套管底部附近的一个异形接头上。该钻井总成顶上的一个锁钻总成提供对套管的机械（轴向和扭转的）联接和水力密封。它提供了一种便于插入和从套管柱取出的装置。钻具总成的终端是锁钻总成下的领眼钻头，但可能包括其他的常规钻具组成部分，如管下扩眼器﹑泥浆马达﹑取心或定向总成等。

在大多数套管钻井实践中，领眼钻头上方用一个扩眼器来将钻的孔径扩大到最终的井眼直径。该领眼钻头的大小要能从套管通过，而扩眼器将井眼扩大到通常下套管的大小。例如，当用1077千克/米的套管钻井时，使用6-1/4英寸的领眼钻头和8-1/2英寸扩眼器。

该系统使用顶驱来旋转套管。单根套管从管架上取出﹑放到鼠洞中，顶驱伸到鼠洞上与单根顶相连，然后将其提起，插入转盘中套管柱的顶上。该单根用顶驱按通常的方式钻下去。除定向钻井时用马达和弯套总成滑动钻进外，套管柱在钻进时一直在旋转。

沃姆萨特项目

怀俄明州中南部大绿河盆地的沃姆萨特的天然气产量主要来自深度为2438～3048米的阿尔蒙德砂岩。这种砂岩坚硬﹑致密，原有压力相当于1.32千克/升的泥浆重量。其上覆盖着第三系和白垩系砂岩和页岩，以及夹层煤和膨润土夹层。生产井段的上部用清水作为钻井液钻进很快，但产层段相当硬，有很大的磨蚀性。

常规钻井用常规方法钻生产井段时，可能会遇到出水，在枯竭带和裂缝区发生井漏，以及在页岩和膨润土层出现钻头泥包等问题。通常的设计是下12米16英寸导管，钻11英寸的孔，下8-5/8英寸的套管到351米，然后钻7-7/8英寸的孔到阿尔蒙德砂岩顶之下122米，在那里下入3-1/2英寸的油管，并作为生产套管固井。

用清水作为钻井液钻到产层之上几百英尺，然后换成稠化泥浆，重量约1.20千克/升。在钻入产层前安装一个旋转头。尽管该产层通常致密，但当钻进稍欠平衡时，它仍可能释放出足够维持一个巨大火炬的天然气。

目前，通过使用泥浆马达PDC钻头和欠平衡技术已将钻一口典型3048米垂直井的平均时间减少到15.7天。一只PDC钻头可以从表层套管深度钻到阿尔蒙德砂岩顶部，然后用一个2型镶硬合金齿的牙轮钻头旋转钻产层段。;

项目目的对套管钻井技术评价中优先考虑的是安全和环保。一旦确认该项目能够安全地进行，下一个目标是获取关键的知识和最好的方法来改进随后要钻的井的性能，消除非计划的套管起下，钻一口有用的生产井来证明这种新技术可以作为常规钻井的一种选择。

套管钻井钻机德士古一号钻机专门为套管钻井设计，用于该项目。该钻机使用计算机控制系统﹑液压动力系统﹑旋转系统和泵系统。

最近开发出的德士古套管夹具使套管钻井更简便，效率更高。该夹具使得不需要在套管顶和顶驱之间进行丝扣连接。它包括有外卡瓦（4-1/2～9-5/8英寸），以便轴向握住套管，并传送旋转扭矩。

顶驱和套管夹具使得套管的操纵更加简便，很少需要人在钻台上使用大钳。该夹具用来使接头接近丝扣制造者的规格，并旋转套管钻井。

表层井段这15口井的表层井段都用套管钻井系统钻到大约366米。在每个表层井段都装了底部钻具组合，当达到套管点时用钢丝绳回收。在套管点达到之前就通知固井服务公司。并在下钢丝绳提取底部钻具组合之前开始固井作业的安装。

15口井都用管下扩眼器和领眼钻头总成来钻表层井段。在其中两口井用领眼牙轮钻头，而其余13口井用PDC钻头。最初的8口井用同样的扩眼器和扩孔器牙轮伸展臂。清水直接从储水池以1325升/分钟的排量作为钻井液循环。

套管钻井与常规井的机械钻速差不多，井下和地面工具都证明是可靠的。

表层井段时间的节省是由于不用操纵钻铤，也不用组建套管队和下套管。典型的常规邻井通常要花8～12小时来钻表层井段。从开钻到固井完成总计要19小时。套管钻井让钻表层井段﹑下套管和固井总共用13～14小时，最快的时间是11.3小时。

底部钻具组合在15口井的14口井中成功地取出，而没有起套管。通常底部钻具组合回收要45分钟，包括调查时间。有一口表层井段的底部钻具组合未能用钢丝绳回收，因为有砂聚集在封隔器皮碗上。锁钻总成顶部设计上的改进防止了这个问题再次发生。

生产层段钻进

最初几口井生产层段钻进的情况显然比常规钻井差，但随着问题的解决和钻井设计的改变，逐渐显示出套管钻井的速度更具优势。图３展示了套管钻井总的钻井时间与最近９０口常规钻的邻井时间的对比。

第一口井选用了一种楔形连接，用4-1/2英寸、11.6ＰＰＦ的套管来钻生产层段。硬质钢体外扶正器用于该套管作方向控制，以控制弯曲和防止磨损，同时提供固井间隙。使用3-7/8×6-1/4英寸的ＰＤＣ钻井鞋，将孔眼从领眼孔直径从3-7/8英寸扩大到6-1/4英寸（该钻井鞋类似一个大内径取心钻头）。

早期的经验教训前两口井分别在2355米和1489米的深度由于套管接头的疲劳导致了打捞作业。故障是由于套管横向震动引起周期性的高应力和楔形扣的抗疲劳性有限两种因素造成的。

于是改变套管接头和套管设计，接下来两口井用套管钻到总深度，没有发生套管问题。这种耦合接头专门为套管钻井设计，实验室试验确认它有很好的抗疲劳性。套管柱设计也做了修改，在最下端包括了约457米23ＰＰＦ的5英寸套管。这种套管用一种平式接头，附加重量使转向点更低，在附加点有防弯作用。井3的套管在钻产层段前被特意起出检查，其5英寸管柱上没有明显的磨损，但在管柱上方有约11个接头的联接器被磨损并更换。井4加了平滑的硬面耐磨带来解决这种情况。

这些井4-1/2英寸锁钻总成的情况很好，在以高达1098升／分钟的排量旋转191小时后没有什么腐蚀。可靠性的改进使得锁钻总成能放心地回收和重置。

改用全井眼钻头尽管在井3和井4没有“麻烦”，但钻井时间与常规的邻井相比并没有优势。钻井鞋不能避免泥包，这样导致了总体机械钻速不高。这种套管鞋／领眼钻头组合在井5被废弃。其余的井用常规的6-1/4英寸ＰＤＣ钻头直接接在套管下接头来钻进，而且都钻到总深度，生产套管被就地固井，未将ＰＤＣ钻头取出。异形接头仍在钻头之上运行，以便在钻井浮筒失效时泵下一个注水泥浮筒。

使用全井眼钻头立即大大减少了钻井时间，使其与常规钻井相比具有竞争优势，尽管套管是从地面旋转。井5与井6分别用了12.7和11.2天完钻。一个试验性抗裂接头在井7下入，采用更小的喷嘴，从而改进钻头水力参数。

;井5到井7紧接钻头的上方无稳定器。尽管倾斜不大，但扭矩较高。井8到井15钻进时使用综合固体稳定器满眼钻具组合，这使得倾斜、井眼曲折和离开井底扭矩大大减小。

井8仅用8.1天完钻，在ＢＰ钻的好几百口沃姆萨特井中完钻速度排名第三。正如图4中所示，前1829米的机械转速与其他井相近，而最大的不同是井眼下部的机械钻速要快得多。图上展示的常规井是在同一时期相当近的两口邻井的平均值。

该井在95个旋转小时完钻，一般的套管钻井通常为150～170个小时。这口井钻这么快的原因未能确定，但人们认为是由于钻头上的一些不同。

项目完成随后的井中有两口没能用单只ＰＤＣ钻头钻到总深度，曾起下套管更换钻头。套管钻井计划在钻了15口井后终止。用ＰＤＣ钻头钻的11口井平均完钻时间为14.0天（从开钻到钻机拆卸）。

项目开始时，预计井眼的稳定性、井漏和气流是大问题，而实际上套管钻井井眼保持稳定，甚至是用比常规钻井轻的约0.75ＰＰＧ的泥浆钻到总深度，也没有大的泥浆漏失或井控事故发生。从有限的操作经验来看，显然套管钻井工艺可以帮助在井壁上建立和维持一种不渗透的“滤饼”。

沃姆萨特钻井情况表明，套管能够起到钻具的作用。

结论

沃姆萨特套管钻井试点项目中钻的15口井，证明该工艺能够被成功地使用。这种工艺改进了井眼的稳定性，减少了井漏，并使气体浸入减到最低限度，即使在用比常规钻井更轻的泥浆钻进时也是这样。

总之，在沃姆萨特地区，套管钻井的性能可与最好的常规钻井媲美，但在总体成本上并没有优势。如果钻头的性能更加稳定，套管钻井工艺本可以在10天的时间里交井，应能显示出经济上的优势。

套管钻井系统目前处于开发阶段，很适合用7英寸以上的套管钻较软的地层。在这些情况下，机械钻速完全可以和常规钻井媲美。减少起下钻具可能是它的优势。这种时间上节省对成本较高的钻井作业来说意义重大。