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【石油科技】“百搭”套管钻头：Direct XCD一钻到底
石油圈出品 来自： Smith Bits 编译： 姜智夫 张领宇 网址： www.oilsns.com
套管钻井工艺是一种全新的钻井工艺，可以大量节省钻井器材，缩短钻井和完井时间，大大减少钻井费用，其经济效益十分显著，是钻井工程的一个重要发展方向。
套管钻井并不是一个新概念，早在50年代就有很多陆上钻井公司用油管钻生产井，钻达油气层后对油管进行固井作业，钻头留在井下。
70年代史密斯公司曾在墨西哥湾应用套管钻井技术，但当时的钻进距离都非常短。
80年代末，在一些稠油油藏的开发中，人们用割缝生产尾管钻达目的层，然后进行砾石充填。
这种技术在尾管下连接了一次性钻头和扩眼器，尾管柱是焊接成一体的，采用了泡沫钻井液以降低钻井和砾石充填过程中对产层的损害。在此期间，有的钻井公司还借助套管鞋和扩眼器完成下套管作业。
在钻进的过程中，套管的旋转和间隔较小的环空促使岩屑粘附在井眼壁上，增强井眼强度，形成“造壁作用”：这种“造壁作用”可封堵地层空隙，减少流体流失，改善注水泥作业质量，从而保证井筒完整性。同时，由于大量岩屑都粘附在井壁上，仅有很少的部分上返至地面；大部分岩屑在井下被不断磨碎，上返至地面时的部分，尺寸则变得更小。
大量经验证明，这种“造壁作用”可有效避免页岩坍塌、井眼缩小、井眼桥堵以及卡钻等问题，减少相关非作业时间。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
Direct XCD套管钻头可通过地面旋转的标准套管钻进，在直井或斜井中可一趟钻至完钻井深。
Direct XCD钻头的切削结构可以与13、16或19mm的标准级或优质级PDC齿配合，接头选用耐用性强的油田级钢材，主体由钢合金制成。
钻到完钻井并完成固井作业后，Direct XCD钻头独特的合金材质可以配合任意标准的PDC钻头钻穿水泥塞，全程无需更换钻头。
优选防磨喷嘴，可引导流体流动和水力作用，最大化机械钻速。Direct XCD的碳化钨涂层可给钻头主体和刮刀提供强有力的保护，有效提高钻头整体抗侵蚀能力。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
位于科罗拉多州Fremont县的一口井，作业者正在钻进一口井眼尺寸9-5/8英寸的油井，钻遇Denver-Julesburg盆地的Niobrara地层，具有显著的Pierre页岩不稳定性。
计划井深5000英尺，而在钻至3800英尺时，BHA发生卡钻而弃用。侧钻至3410英尺时，作业者尝试下入9-5/8英寸的套管，但该套管只能下入至2444英尺，无法达到预定深度。作业者进行起钻和洗井作业，最后下入钻杆继续钻进至3095英尺。然而当固井结束后，作业者发现最终的完钻井深只有2800英尺。
68个钻井日之后，作业者考虑放弃这口井。最终决定尝试采用直接XCD可钻合金套管钻头，争取钻至计划的完钻井深。
作业者在此下入套管至井底，将8英寸Direct XCD套管钻头与7英寸套管配合使用，继续钻至完钻井深处。钻至预定位置并完成套管固井后，钻头钻穿水泥塞，最后下入生产套管。
整个随钻下套管作业共花费了约10个钻井日，节约5.5百万美元的作业成本。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
该井完井后，作业者开钻20英尺外的另一口井。采用第一口井的钻井设计，作业者在第二口井下入Direct XCD套管钻头到9-5/8英寸的套管上，7天内从1600英尺钻进至4900英尺的完钻井深。相较第一口井的花费，第二口径的作业成本仅有2.4百万美元。
石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
在Permian盆地的一次钻井作业中，作业者采用三级套管的钻井设计，套管下入深度在该油田的高压CO2层之上。
这种方法能够有效避免二级套管所遇到的问题：CO2井涌，卡钻，井壁坍塌，固井质量差，以及非作业时间长等。但是下入三级套管的高成本却另作业者望而却步。
考虑到该项目的经济效益，Schlumberger公司推荐作业者采用二级套管设计，配合使用Smith Bits公司的7-7/8的Direct XCD套管钻头进行钻井作业。MLT（Multilobe扭矩环）配合5-1/2英寸的锯齿螺纹套管使用，增加扭矩。
除此之外，作业者使用液压扶正器来稳定钻井过程中的套管柱，并固定在中间位置以方便后续固井。
作业者在5口径上使用该方案，摒弃了传统的8-5/8英寸套管，采用5-1/2英寸的生产套管钻至高压CO2层以下的完钻井深。生产套管完成固井作业后，Direct XCD套管钻头配合标准PDC钻头钻穿水泥塞。
整个钻井过程中，未出现井涌、卡钻以及井壁坍塌等事故，减少了大量非作业时间。
此次Direct XCD套管钻头的应用为作业者节省了大量成本，水泥胶结测井数据显示，此次固井作业创造了历史最好记录。 石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
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为了减少中东某油田的泥浆漏失，作业者选择了套管钻井服务，且更倾向于使用9-5/8英寸的套管进行钻井，封隔问题地层中的水敏页岩层，并封堵循环漏失层。预完成此项工作，则必须保证总垂直深度达到2490英尺。
作业者在此项目中采用了12英寸的Direct XCD套管钻头和9-5/8英寸的套管，配合DV（差动阀）工具和封隔器，同时采用多级膨胀封隔环，解决了问题储层的泥浆漏失问题。
为确保封隔效果，作业者将DV工具和封隔器整合到套管组中，且在套管钻井作业中采用了多级膨胀封隔环。
13-3/8英寸的套管将作为表层套管的导管被下入到1,500英尺处。套管钻井作业计划采用来自Smith Bits公司的Direct XCD套管钻头。
整个作业按照计划进行，未发生安全事故和钻头震动或偏心回转以及井底失稳现象。
常规钻井作业在1,994英尺处存在漏失问题，套管钻井作业对该问题予以了解决，且在完钻井深处以及注水泥期间均未发生漏失。平均钻速58ft/h，纯钻速度最高达140ft/h，整个作业相较于原计划共节省了7个小时。
套管钻井技术对钻井工艺和钻井装备都提出了富有创造性的改造，将大幅度地降低钻井成本，提高钻井速度。应用套管钻井技术可以减少起下钻时间，降低压力激动，改善水力清洗井眼状况，有利于维持井壁稳定，同时还能节约钻井成本。
当前套管钻井技术已成为世界范围内降低钻井成本的有效途径，为我国钻井技术发展提供了良好启示。
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