59
辽河油田沈阳采油厂区块沙河街四段发育有大套泥岩，该泥岩性质不稳定，经钻井液长期浸泡后易破碎剥落，发生垮塌，钻井施工时需要时刻注意防垮塌、防卡钻。下套管遇阻是水平井、大斜度井完井作业中常见的技术难题，受井壁不规则、台阶、垮塌掉块等影响，常出现下套管遇阻、粘卡，甚至下入失败等问题，从而导致施工周期和成本大幅上升。沈273-H1井是辽河油田沈阳采油厂设计的一口水平生产井，井眼轨迹控制难度大，井控风险高，加之施工周期较长，完井前沙四泥岩段已有剥落现象。为保证完井作业一次性成功，缩短建井周期，结合地质特点和本井存在的问题，决定采用旋转下套管技术，同时优选旋转引鞋和多类型扶正器，制定详细的工艺措施，最终优质高效地完成了沈273-H1井下套管作业，取得了良好的效果，为旋转下套管技术在辽河油田的后续应用提供了宝贵的经验。 一、概况及施工难点1.油田概况
沈阳采油厂区块钻井揭露地层自下而上依次为太古界、元古界、新生界古近系房身泡组、沙河街组四段、三段、一段、东营组、新近系馆陶组及第四系平原组。其中沙四下亚段是本区的主要目的层。
沙四段(E2s4)：地层视厚度720-1450m，可以分为两个亚段：下部E2s42为大套砾岩夹薄层泥质砂岩、
粉砂岩、粉砂质泥岩，厚度约70-750m；上部E2s41为大套质纯泥岩，局部在底部发育砂泥岩互层，厚度为650-700m，根据E2s41岩电特征进一步细分为E2s41Ⅰ、E2s41Ⅱ两个岩性段。
沙四段顶部稳定发育大套深灰厚层泥岩，厚度约为650-700m，具有明显的电性特征，即电阻呈低平状，时差曲线与上覆地层呈台阶状变化，易于识别。该泥岩段力学特性不稳定，在钻井液密度稍低或者地层经钻井液长期浸泡后，易破碎剥落，甚至发生垮塌，钻井施工时需要时刻监测，注意防垮塌、防卡钻。
2.常规下套管技术
常规下套管工艺流程是使用吊卡提升单根套管，安装对扣器对扣，在连接时使用液压套管钳旋转顶部套管单根，然后提升上部吊卡，松开下部钻台面吊卡，使上部吊卡承受套管柱全部重量，下放套管柱，并按要求及时向套管柱内灌注钻井液，完成一根套管下入井内。重复以上流程，直至把全部套管下入井底。
常规下套管技术存在如下缺点：悬挂在井眼中的套管柱不能旋转；不能根据需要随时循环钻井液；套管旋扣操作复杂，扭矩不易精准控制；下套管作业效率不高，存在较大的安全隐患。3.本井施工难点
施工周期较长，沙四段泥岩经过长时间钻井液浸泡，特性不稳定，易破碎剥落，地层容易垮塌。
沈273-H1井原井眼由于施工复杂，井眼质量欠佳，注水泥填井后侧钻，主眼侧钻点在2300m处（沙四泥岩段），水泥对沙四泥岩有明显的破坏作用，侧钻过程中产生了大量掉块，形成了大肚子井眼，大掉块难以返出。下套管过程中，大肚子井眼中的掉块易卡在套管扶正器上，造成套管下行上提困难。
本井侧钻是采取方位“先增后降”的方式绕开老眼，水平段长达1058m，2890-3250m为稳斜段，井斜为85°，井深3250m开始降斜，由85°降为78°，水平段岩屑难以有效返出，形成大量岩屑床，导致井眼磨阻较大。
二、旋转下套管技术1.技术原理
旋转下套管装置是一种基于顶部驱动钻井系统，集机械、液压于一体的用于下套管作业或者作为套管钻井驱动的专用设备。该装置针对不同规格的套管配套相应系列工具，以适用于不同规格、多种壁厚的下套管作业。此装置可以代替目前国内外钻井广泛使用的套管钳等下套管设备，充分发挥顶驱的优越性，不仅实现了套
旋转下套管技术在沈273-H1井的应用
李 鹏 中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司
【摘 要】以辽河油田沈阳采油厂区块水平井旋转下套管的成功作业为例，通过分析水平井长裸眼井谭碧生
段套管下入过
程中面临井斜大、裸眼段长、易掉块、井壁磨阻大等问题及难点，阐述了旋转下套管技术的必要性，介绍了该技术的工作原理和主要设备，分析了该技术的作业特点及应用效果。结果表明：旋转下入套管柱时，能够有效通过遇阻井段，安全平稳过“大肚子”，未发生卡钻等复杂情况，长裸眼井段套管全部成功下至设计深度，对水平井长裸眼井段套管下入技术的提高有指导作用。
【关键词】沙河街组泥岩；高强度套管；下套管装置【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.14.029
60
管柱的自动化连接，同时可以提供旋转下放套管以及循环钻井液的能力，大大减少下套管遇卡、遇阻等潜在的安全危害，极大地提高了下套管作业的成功率，为套管顺利下入到设计深度提供了装备保证，同时还减少了下套管需要的人员，具有安全、高效等特点。
2.旋转下套管系统功能特点
一体化作业（旋转、提升、循环），安全高效；吊环/卡瓦双通道提升，微牙痕钳牙夹持技术；可更换
卡瓦设计，一套装置覆盖多种规格套管；全套管数据库智能软件支持，系统自动执行最佳上扣扭矩以及自动生成报表。
（1）旋转下套管顶部驱动工具
顶驱下套管装置主要包括顶驱、顶驱下套管驱动系统以及套管串。
3.套管及附件
旋转套管串扭矩大，对套管串抗扭强度要求高，需要根据扭矩选择合适的套管及附件。
（1）套管
针对旋转套管施工，采用了天钢生产的气密封套管，套管壁厚12.70mm，最大抗扭25000kN·m，有效地解决了普通套管不能承受旋转下入的问题。
表1 天钢套管主要技术参数
钢级
规格
接头类型
抗挤毁强
度（MPa）抗挤毁强度
沉砂池（MPa）mm
管体接头
管体
接头
TP125SG 139.70*12.70
TP-G2 HC
≥156.7≥137.2
表2 推荐扭矩
正常上扣操作
旋转下入操作最小扭矩（N·m）
最佳扭矩（N·m）
最大扭矩（N·m）
可操作最大扭矩
煤气阀（N·m）
21000227002500025000制鞋
（2）旋转引鞋
常用套管引鞋，可以避免套管底口刮削井壁或插入井壁而造成套管遇阻，但无法解决水平井、大斜度井中台阶等造成的套管遇阻，更无法修整井壁或清除台阶。根据气密封套管的特殊扣型，研制加工相匹配的旋转引鞋，旋转引鞋内部的自旋转组件，可将流体能量转化为牵引扭矩，锥形偏心冠部，可通过旋转越过台阶，修整井壁。
（3）扶正器
套管扶正器类型及安放数量的选择。套管扶正器主要有刚性扶正器、半钢扶正器及弹性扶正器。套管壁厚较厚自重较大，且水平井套管受侧向力大，半钢扶正器及弹性扶正器容易变形受损，影响套管居中度。全井需选择刚性滚珠扶正器、半钢扶正器及弹性扶正器混合使用。现场根据扶正器效用及沈273-H1井实际情况，制定了“水平段使用刚性滚珠扶正器，半钢扶正器下入套管内800米，弹性扶正器下至井口”的施工方案，确保套管一次性下入成功。
三、现场应用及效果分析1.现场应用
沈273-H1井共下Φ139.7mm套管355根，中途多次遇阻，上下活动套管串无效后，接旋转下套管设备，设定扭矩20kN·m,（要求套管扭矩最高不超过23.5kN·m），用时69个小时，成功坐封。
2.效果分析
高杨氏
（1）旋转下套管技术可以将套管串抓取后旋转，在遇到“大肚子”井段或井壁不规整井段，可以将套管串下划通过；
（2）旋转下套管技术可随时循环钻井液，确保了下套管过程中钻井液的流动，保证携岩能力，同时冲刷井眼，保证井眼的清洁和尺寸；
（3）刚性滚珠扶正器应用在水平井段，提供多个受力点，可将套管串整体支起，减少阻力，保证了套管在抗扭范围内进行旋转。
四、结论
基于顶部驱动钻井系统，旋转下套管技术允许在下套管过程中旋转、活动套管串并循环钻井液，可有效解决易垮塌水平井长裸眼泥岩段下套管困难的问题，结合旋转引鞋、刚性滚轮扶正器等固井工具，实现了在辽河
油田的首次现场应用，大幅提高了作业效率，节约了钻井成本，同时降低了井控风险，具备进一步推广应用打下了良好的基础。
参考文献：
[1]肖文生，钟毅芳.顶驱钻井动力学研究及虚拟样机设计系统.石油工业出版社,2008
[2]张宏英，李东阳，黄衍福，贺 涛，马 瑞.顶驱下套管作业装备配套及工艺初探.石油矿场机械,2011
[3]王 平.新型套管下入技术.胜利油田职工大学学报,2006
[4]康晓雷.提高下套管作业质量的技术和配套设备，钻采工艺,1998手动胶
作者简介：（1989—），男，山东郓城人，2013年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，硕士研究生学历，长城钻探工程钻井一公司，工程师，主要从事现场钻井技术研究和实施工作。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议