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一种可更换钻头套管钻井系统的研制 钻井和回火孔应使用套筒或回火孔代替钻头，完成钻孔，边钻孔，边钻孔。完井后，管道立柱直接固定井内的井，将钻头和底管结合起来。国内外的大量试验表明,该技术可大幅度降低钻井成本。随着配套技术的日益完善,其各项优势也将逐渐得到体现,应用的领域也将逐步扩大。 我国东部老油田油气储层大都埋藏浅,很适宜采用套管钻井技术,从而有效降低钻井成本;同时,套管钻井技术也为低压低渗透难动用储量的有效开采提供一种技术手段。 吉林油田与中国石油钻井工程技术研究院合作,针对吉林油田的地质特点、钻井设备状况、井身结构以及钻井成本等,研究开发了采用常规钻机、利用转盘驱动的简易套管钻井技术,并先后进行了8口井的套管钻井现场试验,结果表明,套管钻井在保护储层、提高单井产能和钻井速度、降低钻井成本等方面都有良好表现。但受钻头寿命的限制,该技术只能在一只钻头钻至完钻井深的情况下应用。为了进一步有效降低钻井成本,满足油田高效开发的需求,吉林油田与中国石油钻井工程技术研究院联合开展了可更换钻头式套管钻井工具和工艺技术研究,并进行了2口井的现场试验,井下锁定工具串的下入成功率已达到100%,且实现了正常钻进,但存在未能正常起出井下工具串的问题。 1 可更换套筒钻削工艺 1.1 常规钻机、利用盘驱动的可更换钻机钻井系统 国外Tesco公司的可更换钻头套管钻井技术是依靠以顶驱为基础的钻井装备来实现的,相应的工具组合也是在顶驱的基础上研制开发,同时需要对钻机绞车、天车等部件进行改造。本着降低钻井成本的目的,笔者研制出了采用常规钻机、利用转盘驱动的可更换钻头套管钻井系统(见图1)。该系统由起下工具、井下锁定工具串和坐底套管3部分组成,进行套管钻进时,井下锁定工具串锁定在坐底套管上。 1.1.1 起模顶起接枝法 起下工具包括钢丝绳旋转接头、钢丝绳安全接头、配重杆以及打捞矛等。 钢丝绳旋转接头是为了防止起下钻过程中钢丝绳缠绕打结。 在钢丝绳受到过大拉力时,钢丝绳安全接头将钢丝绳安全释放,防止钢丝绳被拉断而落到井内。 配重杆是为了从井下起出工具串时,给打捞矛施加足够的重力,保证打捞矛顺利进入工具串的内孔中进行打捞。 打捞矛包括2种:一种用于下入井下锁定工具串;另一种用于从井下起出井下锁定工具串。下入过程中,打捞矛将井下锁定工具串下入井内并坐放到井底的坐底套管上,然后从井下钻具组合上脱开。起出过程中,打捞矛可与井下锁定工具串对接、锁紧并起出。 1.1.2 坐底套管与罐顶组合的组合 钢丝绳起下的井下锁定工具串一般由锁定和密封总成、随钻扩眼器和领眼钻头等组成。根据需要还可以加装井下钻井液马达(直马达或弯壳马达)、随钻测量仪器,也可以接取心工具和取心钻头进行取心作业。为了避免套管柱弯曲,可在井下钻具组合下端串接l~2根钻铤以增加钻压,同时使套管柱承受拉应力作用。 锁定和密封总成主要由轴向锁定装置、扭矩锁定装置、弹簧加压定位止动器、密封和旁通机构组成。轴向锁定装置在套管柱和井底钻具组合之间传递压缩载荷和拉伸载荷,坐底套管的套管鞋上方有1个定位台肩,钻具组合到达定位台肩位置时,弹簧加压,定位止动器和定位槽啮合,同时驱动钻具组合内的1根心轴动作,使轴向锁定销锁定在轴向锁定短节上的轴向锁定槽内,同时关闭旁通阀。扭矩锁定装置有3个锁定键,可分别与坐底套管扭矩锁定短节上的3个扭矩锁定槽锁定,在套管柱和钻具组合之间传递扭矩。在锁定键与锁定槽锁定传递扭矩的状态下,还允许钻具组合作一定程度的轴向移动。锁定和密封总成内有2个方向相反的润滑脂皮碗式密封,可防止套管钻进过程中钻井液绕过钻具组合。在井下钻具组合的起下过程中,旁通阀打开可保持钻井液循环,预防钻井液压力会驱动钻井液马达或使随钻扩眼器张开。 随钻扩眼器的切削齿采用破岩能力极强的大直径PDC切削元件,由钻井液压力控制其伸缩。在下入和回收过程中,其切削臂均处于收缩状态,可顺利从套管内通过。 领眼钻头可以采用牙轮钻头,也可以用金刚石钻头。领眼钻头和扩眼器所钻井眼的直径大于套管柱外径,能为套管下入和随后的固井作业提供足够大的环空。定向井和水平井钻进时须将通用钻井液马达更换为钻定向井用的弯壳马达,然后串接随钻测量仪器(MWD/LWD)、无磁钻铤、扩眼器和领眼钻头。在取心作业时只要将领眼钻头换成取心钻头,上接取心筒,接到井底钻具组合上即可,取心完毕后,收缩随钻扩眼器,解锁井底锁定机构,用钢丝绳起下工具将井下锁定工具串连同取心筒和取心钻头一起起出。 1.1.3 轴向锁定短节和扭矩锁定短节的配合使用 坐底套管位于套管柱末端,由定位台肩、定位止动器定位槽、轴向锁定短节、扭矩锁定短节和套管鞋组成。轴向锁定短节和扭矩锁定短节分别与井下锁定工具串的轴向锁定装置和扭矩锁定装置配合使用,用以在井下锁定工具串和坐底套管间执行锁定和解锁的任务。套管鞋上装配