专利名称：一种套管钻井方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于油气田的勘探、开发等钻探工程上的钻探、完井固井施工作业的套管钻井方法。
背景技术：
在常规钻井过程中，由于采用钻杆钻井，钻具的运输、维修、检验、更换，钻具附件的损坏、更换，套管附件较多等，有一个环节出现问题，都会影响井身质量，浪费大量的人力物力及费用；特别是打开油气层时，钻井液对油气层浸泡时间较长，钻井液对油气层损害较为严重，直接影响着油气田的产能。
发明内容
本发明的目的是直接采用套管取代传统的钻杆，向井下传递机械能和水力能，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用，将钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和井下工具与套管的下入同时进行，不再需要常规的起下钻作业。
本发明的目的是应用下面技术方案解决的1、采用套管代替钻杆对钻头施加扭拒和钻压，实现钻头旋转与钻进，整个钻井过程不再使用钻杆，钻铤；2、在套管外连接处，利用圆螺纹对顶承扭接箍，减少在钻进的过程中由于扭矩的作用，导致管螺纹吃扣、涨扣而损坏套管；采用转盘连接方钻杆连接套管夹持头或承扭保护器联接套管，给套管及钻头传递扭矩用以钻进；采用承扭保护器防止套管夹持头失效时联接套管与方钻杆实现转盘钻进，套管钻井专用承扭保护器已申报专利，申请号2004 2011 7916.7；采用完井钻头连接器、固井自封式胶塞、实现固井时敞压候凝，完井钻头连接器已申报专利，申请号2004 2000 0934.7；套管钻井固井自封式胶塞已申报专利，申请号2004 20000933.2；采用抗粘扣型螺纹密封脂涂抹在套管丝扣上，防止在钻进时出现工程事故后起套管时螺纹粘扣的现象；3、套管钻井采用刮刀式PDC钻头实现一只钻头完成钻进任务；4、为确保套管钻井固井质量的需要，采用低温早强固井水泥。
利用套管钻井的具体工艺过程如下1、设备选择钻机有效高度应大于28米；泥浆泵排量大于20升，泵压大于100Mpa；备有震动筛、除砂器、除泥器、防喷器、四参数仪等，并保证灵敏可靠；2、开钻前的准备工作(1)作好膨润土预水化处理、保证钻井液性能；(2)为提高接单根套管效率，保证方钻杆与套管夹持头或承扭保护器不拆开，将鼠洞适当的加深，套管夹持头外径较大，应采用大于套管夹持头外径的牙轮钻头扫水泥塞；3、二开时的钻具组合将转盘，方转杆，方下保，套管夹持头或承扭保护器，套管，固井自封式胶塞，套管钻井完井钻头连接器，钻头依次连接；4、下套管组合按地质要求，短套管必须在油层以上20～30米处，做好下入套管串的组合编号；5、钻进开钻时的钻进参数为泵压1.5Mpa；钻压0.5KN；钻井液密度1.10g/cm3，粘度60S，转盘扭矩1～2读数，转盘转数130rpm；完钻时的钻进参数为泵压6.0Mpa；钻压35～40KN；钻井液密度1.22g/cm3，粘度55S，转盘扭矩45～50读数，转盘转数170rpm；6、测井按地质要求可分为测井和不测井两种施工程序进行；测井时，在完钻后投入钢球，水力加压打开滑套，使钻头留在井底，套管内通径扩大，有利于测井仪器入井实现测井；上提套管柱，卸下3-5根套管，把井底部分裸眼以及对比层段暴露出来，即可进行裸眼测井，以确定油层位置；重新接上3-5根套管，下入井底后即可进行下一步的工作；不测井时则采用固井后利用，①、利用自然伽马可以划分储层；②、利用补偿中子可以判断储层孔隙度的变化；③、利用碳/氧测井可以识别油、水层。
7、固井套管柱设计应满足于套管钻井的需要；水泥浆性能设计应保证固井质量；固井前准备和施工作业由现场固井监督根据《固井施工和监督要点》全权负责，固井施工工序和技术参数必须达到固井设计要求；采用自封式胶塞，实现敞压候凝。
8、交井完井必须做到套管试压合格，井内无落物；套管接箍上端面高出地面0.2-0.3m；井口戴好防盗井口帽并做好井号和队号标记。
在整个施工过程中，利用井队目前现有钻井设备，不改变常规转盘钻井的工作方式；采用转盘钻井方式连接套管夹持头或承扭保护器、套管的直接钻井方法钻井，省去了钻杆，把钻进和下套管的两个工艺过程合并成一个过程，减少了工人的劳动强度，缩短了建井周期，井队非常容易接受；省去了钻杆的运输、维修、检验、更换等过程；钻进和下套管同时进行，明显减少起下钻时间，节要成本，减少井下事故的发生；最大限度地减少钻井液对油气层的浸泡时间，进一步保护好油气层，防止钻井液对油气层的损害。该技术不改变常规钻井的设备、基本施工工程设计，井队容易接受。各种工具使用方便、操作简单、成本较低有利于推广和应用。
图1转盘驱动结构示意2完井结构示意3圆螺纹对顶承扭接箍局部放大示意图其中1、转盘，2、方转杆，3、方下保，4、套管夹持头或，5、套管，6、圆螺纹对顶承扭接箍 7、固井自封式胶塞，8、套管钻井完井钻头连接器，9、钻头具体实施方式
实施例1吉林石油集团有限责任公司科技发展部和股份公司勘探与生产分公司于2003年11月在吉林套保油田套B+3-4井Φ177.8mm套管试验钻井，进行中国陆上油田第一口全井套管钻井现场试验，利用套管钻井的具体工艺过程如下1、设备选择钻机型号XJ-350；泥浆泵型号F-500，缸套直径Φ170mm×3，泵冲数60次/分，理论排量25升/秒；四参数仪钻压、泵压、尾绳扭矩和钻盘扭矩表；试验所用钻头Φ244.5mmP2；试验所用套管型号TP55D(Φ177.8mm、壁厚6.91mm)；
2、开钻前的准备工作①作好膨润土预水化处理(6％膨润土、0.5％纯碱、其余为水)，保证钻井液性能；②为提高接单根套管效率，保证方钻杆与套管夹持头或承扭保护器不拆开，将鼠洞适当的加深(14米)，套管夹持头外径较大(Φ248mm)，采用大于套管夹持头外径的(Φ311mm)牙轮钻头扫水泥塞；3、二开时的钻具组合(见附图1、2)将转盘(1)，方转杆(2)，方下保(3)，套管夹持头或承扭保护器(4)，套管(5)，固井自封式胶塞(7)，套管钻井完井钻头连接器(8)，钻头(9)依次连接，在套管外套管连接处用圆螺纹对顶承扭接箍(6)箍紧；4、下套管组合按地质要求，短套管在油层以上20～30米处，做好下入套管串的组合编号；5、钻进开钻时的钻进参数为泵压1.5Mpa；钻压0.5KN；转盘扭矩1～2读数，转盘转数130rpm；钻井液成分4％膨润土、0.2％纯碱、0.2％KPA(提粘提切)、0.5％铵盐(控制失水)、1％HA树脂(防塌降失水)和水；密度1.10g/cm3；粘度60S；完钻时的钻进参数为泵压6.0Mpa；钻压35～40KN；转盘扭矩45～50读数，转盘转数170rpm；钻井液成分4％膨润土、0.2％纯碱、0.2％KPA、0.75％铵盐、1％HA树脂和水密度1.22g/cm3，粘度55S。
6、测井中途不测井而采用固井后①、利用自然伽马可以划分储层；②、利用补偿中子可以判断储层孔隙度的变化；③、利用碳/氧测井可以识别油、水层。
7、固井套管柱设计应满足于套管钻井的需要(钻压在40～60KN时，所需转盘扭矩为1550～1823N.m，套管的抗扭强度均大于10000N.m，满足要求)；水泥浆性能设计应保证固井质量；固井前准备和施工作业由现场固井监督根据《固井施工和监督要点》全权负责，固井施工工序和技术参数必须达到固井设计要求，替浆、碰压胶塞为自封式胶塞、(抗回压能力为24Mpa，满足回压要求)水泥浆性能如下表；低温早强固井水泥浆性能设计
8、交井完井必须做到套管试压合格，井内无落物；套管接箍上端面高出地面0.2-0.3m；井口戴好防盗井口帽并做好井号和队号标记。完井结构(见图2)由下至上为钻头、钻头脱接装置、套管钻井、完井钻头连接器、套管、组成。
实施例2、3为了使该项技术得到推广，吉林石油集团有限责任公司科技发展部和股份公司勘探与生产分公司于2004年11月在吉林扶余油田扶北2--3井、扶北2-1井，进行了Φ139.7mm套管钻井两口井的试验，也就是陆上油田第二、三口全井套管钻井现场试验，利用套管钻井的具体工艺过程如下1、设备选择钻机型号XJ-350；泥浆泵型号F-500，缸套直径Φ170mm×3，泵冲数60次/分，理论排量25升/秒；四参数仪钻压、泵压、尾绳扭矩和钻盘扭矩表；试验所用钻头Φ215.9PDC钻头；试验所用套管型号BGC(Φ139.7mm壁厚7.72mm)；2、开钻前的准备工作①、作好膨润土预水化处理(6％膨润土+0.5％纯碱)，保证钻井液性能；②为提高接单根套管效率，保证方钻杆与套管夹持头或承扭保护器不拆开，将鼠洞适当的加深(14米)，套管夹持头外径较大(Φ248mm)，采用大于套管夹持头外径的(Φ311mm)牙轮钻头扫水泥塞；3、二开时的钻具组合(见附图1、2)将转盘(1)，方转杆(2)，方下保(3)，套管夹持头或承扭保护器(4)，套管(5)，固井自封式胶塞(7)，套管钻井完井钻头连接器(8)，钻头(9)依次连接，在套管外套管连接处用圆螺纹对顶承扭接箍(6)箍紧；4、下套管组合按地质要求，短套管在油层以上20～30米处，做好下入套管串的组合编号；5、钻进开钻时的钻进参数为泵压1.5Mpa；钻压0.5KN；转盘扭矩1～2读数，转盘转数130rpm；钻井液成分4％膨润土+0.2％纯碱+0.2％KPA(提粘提切)+0.5％铵盐(控制失水)+1％HA树脂(防塌降失水)；密度1.10g/cm3；粘度60S；完钻时的钻进参数为泵压6.0Mpa；钻压35～40KN；转盘扭矩45～50读数，转盘转数170rpm钻井液成分4％膨润土+0.2％纯碱+0.2％KPA+0.75％铵盐+1％HA树脂；密度1.22g/cm3，粘度55S。
6、测井在完钻后投入钢球，水力加压打开滑套，使钻头留在井底；上提套管柱，起出3-5根套管，把井底部分裸眼以及对比层段暴露出来后，进行裸眼测井，确定出油水层位置；重新接上3-5根套管，下入井底后即可进行下一步的工作；7、固井套管柱设计应满足于套管钻井的需要(钻压在30～55KN时，所需转盘扭矩为1823～2050N.m，套管的抗扭强度均大于10000N.m，满足要求)；水泥浆性能设计应保证固井质量；固井前准备和施工作业由现场固井监督根据《固井施工和监督要点》全权负责，固井施工工序和技术参数必须达到固井设计要求，替浆、碰压胶塞为自封式胶塞(9)、(抗回压能力为24Mpa，满足回压要求)水泥浆性能如下表；低温早强固井水泥浆性能设计
8、交井完井必须做到套管试压合格，井内无落物；套管接箍上端面高出地面0.2-0.3m；井口戴好防盗井口帽并做好井号和队号标记。完井结构(见图2)由下至上为钻头、钻头脱接装置、套管钻井、完井钻头连接器、套管、组成。
通过三口井的套管钻井施工，总结出套管钻井工艺技术和有关的配套工具；在套管钻井施工中，验证了套管钻井工艺技术、配套的相关工具可行性并进行了综合评价，为今后试验、推广各种规格直径套管所采用的套管钻井，作好了套管钻井工艺技术的储备，这三口井的成功标志着我国陆上油田套管钻井工艺技术发展已经进入现场应用阶段。
权利要求
1.一种套管钻井方法，其特征在于应用现有钻井设备，在不改变常规转盘钻井的工作方式，将井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后，做钻柱用的套管留在井内作完井用，钻头和井下工具与套管的下入同时进行，钻进和下套管同时作业。
2.根据权利要求1所述的一种套管钻井方法，其特征在于钻进过程中泵压1.5Mpa，钻压0.5KN，钻井液密度1.10g/cm3，粘度60S，转盘扭矩1～2读数，转盘转数130rpm。
3.根据权利要求1所述的一种套管钻井方法，其特征在于完钻时的泵压6.0Mpa，钻压35～40KN，钻井液密度1.22g/cm3，粘度60S，转盘扭矩45～50读数，转盘转数170rpm。
4.根据权利要求1所述的一种套管钻井方法所用的设备，其特征在于钻具组合为将转盘，方转杆，方下保，套管夹持头或承扭保护器，套管，固井自封式胶塞，套管钻井完井钻头连接器，钻头依次连接，在套管外套管连接处用圆螺纹对顶承扭接箍箍紧。
全文摘要
本发明涉及一种适用于油气田的勘探、开发等钻探工程上的钻探、完井固井施工作业的套管钻井方法，其特征是应用现有钻井设备，在不改变常规转盘钻井的工作方式，将井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后做钻柱用的套管留在井内作完井用，钻头和井下工具与套管的下入同时进行，钻进和下套管同时作业，采用转盘钻井方式，套管直接钻井方法钻井，省去了钻杆，减少了工人的劳动强度，缩短了建井周期，钻进和下套管同时进行，明显减少起下钻时间，减少井下事故的发生，减少钻井液对油气层的浸泡时间，防止钻井液对油气层的损害，该技术不改变常规钻井的设备、基本施工工程设计，井队容易接受，各种工具使用方便、操作简单、成本低。
文档编号E21B17/00GK1854454SQ20051006814
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者王力, 张嵇南, 郑万江, 杨力国, 高世荣, 王忠伟, 王军福 申请人:中国石油天然气集团公司, 吉林石油集团有限责任公司