[發明專利]一種用頂部驅動鉆井裝置下套管作業的方法

有效

• 申請號: 200910078565.0
• 申請日: 2009-02-26
• 公開（公告）號: CN101487377A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 張國田;張宏英;李興杰;謝宏峰;李美華
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;北京石油機械廠
• 主分類號: E21B7/20
• 分類號: E21B7/20
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 李玉明

技術領域

本發明涉及石油固井技術領域，特別涉及一種用頂部驅動鉆井裝置進行下套管作業的方法。

背景技術

根據鉆井井身結構設計要求，每次階段完鉆后都需要下套管，并進行固井作業。下套管是將每根長度約10米的套管，一根一根地連接在一起組成套管柱，同時把套管下入井內；固井作業是在套管柱與井壁之間注入水泥漿，水泥漿凝固后把套管柱固定在井壁上。據統計，一口井需要占用高達12～20％的總鉆機時間，把套管柱連接起來并下入井內。

大多數鉆井隊在完成這項特殊的下套管作業時，需要請一個專業“套管工作隊”來完成。

參閱圖1。常規下套管設備主要包括：鉆臺上用于固定下端套管柱的鉆臺氣動卡瓦1、用于旋緊(松)套管扣的液壓套管鉗4、用于斷續灌注泥漿的開放式灌泥漿裝置6、用于提升整個套管柱的上部氣動卡瓦7、用于提升套管單根的套管吊卡5以及用于保護套管扣的對扣護套3等其它輔助工具。

參閱圖1。多年來下套管的流程幾乎沒有變化。連接每一根套管的流程是：使用套管吊卡5提升套管單根2；安裝對扣護套3對扣；在連接時使用液壓套管鉗4旋轉頂部套管單根2；啟動上部氣動卡瓦7，松開下部鉆臺氣動卡瓦1，使上部氣動卡瓦7支撐套管柱的全部重量，下放套管柱；按要求及時向套管柱內灌注泥漿，完成一根套管下入井內。重復以上流程，直至把全部套管連接并下放到井底。

然而，在鉆井過程中，完鉆后的井眼(尤其是裸眼)經常出現縮徑、坍塌、巖屑沉淀等許多問題，會影響下套管作業進程。這些問題如果不能及時通過循環泥漿、旋轉套管等措施有效解決，就可能導致套管無法正常下到井底。

目前，現有的常規下套管的方法能夠有效地將套管單根連接在一起形成套管柱并下入井內，但存在不足：1)旋扣時操作復雜、不能精確控制上扣扭矩；2)懸掛在井眼中的套管柱不能旋轉；3)不能根據需要隨時循環泥漿；4)下套管作業效率不高，存在極大的安全隱患。

基于常規下套管作業的以上局限性，各國石油鉆井公司積極研究更安全、高效的下套管作業方法及裝備，個別公司的產品已經得到成功應用。

頂部驅動鉆井裝置是20世紀80年代以來發展起來的重大石油鉆井技術裝備，它取代轉盤和方鉆桿而直接驅動鉆柱進行旋轉，帶動鉆頭進行鉆進。頂部驅動鉆井裝置具有轉矩和速度控制精確等優點，無論在鉆進過程中，還是在起下鉆過程中，都可以在旋轉鉆桿柱的同時循環泥漿，大大減少了鉆桿柱遇阻、卡死等復雜情況的發生。

發明內容

本發明的目的是提供一種用頂部驅動鉆井裝置下套管作業的方法，能完成下套管作業，可提供可靠的套管扶正和對扣，實現套管旋扣扭矩的精確控制，可隨時旋轉整個套管柱，隨時灌注或循環泥漿，具有安全、高效等特點，可克服目前常規下套管作業存在的套管旋扣復雜、懸掛在井眼中的套管柱不能旋轉、不能循環泥漿、下套管作業效率低的不足。

本發明的另一個目的是提供一種頂驅下套管裝置，在下套管作業過程中，頂驅下套管裝置連接在頂部驅動鉆井裝置的下端，通過頂驅下套管裝置來實現套管扶正和對扣，套管旋扣扭矩的精確控制，旋轉整個套管柱，隨時灌注或循環泥漿。

本發明采用的技術方案是：

本發明一種用頂部驅動鉆井裝置下套管作業的方法使用的設備主要包括：鉆臺上用以固定下端套管柱的鉆臺氣動卡瓦、用以提升整個套管柱的頂驅吊環及套管吊卡、用以旋轉套管和循環泥漿的頂部驅動鉆井裝置和頂驅下套管裝置。

本發明一種用頂部驅動鉆井裝置下套管作業的方法是：

A、在頂部驅動鉆井裝置主軸的下端連接頂驅下套管裝置；

B、在頂驅吊環下部連接套管吊卡，使用套管吊卡提升單根套管；

C、利用頂驅下套管裝置下端的導向頭和皮碗扶正被提升的單根套管，并且使被提升單根套管下端螺紋與鉆臺氣動卡瓦上支撐的套管柱上端螺紋對扣；

D、通過頂部驅動鉆井裝置液壓源驅動頂驅下套管裝置的卡瓦向下運動，并夾緊單根套管內壁或外壁；

E、啟動頂部驅動鉆井裝置的旋轉上扣機構，帶動單根套管旋轉上扣，通過頂部驅動鉆井裝置控制單根套管螺紋連接的上扣扭矩，使單根套管與套管柱可靠連接；

F、松開鉆臺氣動卡瓦上支撐的套管柱，使頂驅吊環和套管吊卡支撐單根套管和套管柱的全部重量；

G、下放單根套管和套管柱；使用鉆臺氣動卡瓦固定單根套管；

H、通過頂部驅動鉆井裝置主軸水眼和頂驅下套管裝置中心孔，向單根套管和套管柱內腔灌注泥漿；

I、重復A～H步驟，直至把全部套管連接并下放到井底。