深孔钻探套管技术浅谈

深孔钻探套管技术浅谈

陈会领

新疆地矿局第一地质大队勘察公司新疆838204

摘要：深部找矿是“攻深找盲、探边摸底”新一轮找矿的需要，本人从事钻探工作近十年，根据自身的实践经验对深孔钻探技术略有浅见，分析现阶段深部钻探存在的一些套管技术难题，重点探讨的深孔关键技术是孔径设计、套管技术，并提出了相应的对策。阐述的技术观点敬请批评指正。

关键词：深部找矿孔径设计套管技术

1多级孔径设计

深孔钻探应该根据设计终孔最小孔径要求，采用多级孔径施工，原因是深孔施工难度大，不确定因素多，比如，钻孔坍塌、垮孔，出现事故等等，根据需要降级孔径继续施工。

1.1目前深孔绳钻常用孔径级别

孔径设计是钻探施工设计的重要环节，它直接影响着后续的钻探施工，是泥浆是否能正常循环的“咽喉要道”，在钻探施工中，面对更多的是未知的和复杂的地层，所以需要根据钻遇不同地层选择不同的孔径级别施工。

（1）常用孔径选择：φ173mm（较少）、φ150mm、φ130mm、φ122mm、φ110mm、φ95mm、φ75mmm六级口径。其中φ122mm、φ95mm、φ75mm为常用绳钻口径。

（2）常用套管选择：φ168mm（较少）、φ146mm、φ127mm、φ114mm、φ108mm、φ89mm五级级口径。

常规钻孔结构设计特点：使用Ф150钻进穿过覆盖层下入Ф146套管，随后使用Ф122施工穿过第三系或胶结性中等的地层，遇致密坚硬地层后下入Ф114套管，再使用Ф95+钻具施工至目的层，保留口径是Ф75+。

不足之处：此孔径结构设计更适用于地层相对稳定的情况下，在深孔煤层气、页岩气、极破碎、易垮塌地层钻探施工中是存在很大风险。因为此类地层在钻进施工中对环空间隙的要求比较高，且多为沉积岩地层，主要由泥岩、砂岩，泥质类砂岩等组成，这类地层大都易缩径，坍塌等，孔壁稳定性较差，钻进过程中则需采用泥浆保护孔壁，孔深后，泵压高，泥浆正常循环就难以保障，而保留口径Ф75+在下入上一级套管后的最大值Ф78，对于深孔施工复杂地层是很不利的，其重要因素之一就是环空间隙不足，粗颗粒破碎岩屑上返遇阻易造成卡埋钻事故。

实例1：施工某煤田孔，在下入Ф89套管后，使用Ф78钻具钻至900米粉煤地层时，扭矩越来越大，随即上顶钻杆，顶不动，紧接着憋泵出现卡钻事故，后使用Ф50钻杆在Ф75钻杆底部继续钻进同样出现卡钻，然而在附近施工的钻孔，未下Ф89套管的情况，使用Ф85的钻具施工却没出现卡钻事故。

实例2：施工某页岩气孔，在下完Ф114套管后，使用Ф97钻具钻进至1500米破碎地层时，与上例出现同样的卡钻征兆和事故。在有征兆出现时，操作班长几乎反应不及的。

以上两个案例都充分说明了在钻遇破碎地层时，环空间隙的大小是引发钻孔事故很重要的潜在因素之一，近几年施工的经验总结得出，在破碎地层钻进施工的环空间隙是5mm+，有的甚至需要更大的间隙。所以，在深孔施工中钻遇复杂地层，如页岩气、煤层气钻探，保留的口径环空间隙不足5mm+时，是存在很大的钻孔设计隐患的。

1.2建议改进复杂地层孔径结构设计

在复杂地层的深孔施工中，孔径设计不应等同于较完整地层的设计，其设计需要为后续施工创造出更大的环空间隙，以最大限度地保证钻孔后期的施工顺利进行。这就需要调整我们常用的钻进口径和套管的口径，以满足不同地层的安全钻探需求，所以为了钻孔安全施工，建议在复杂的深孔留有足够的钻进环空间隙，Ф100-103钻进有很好的环空间隙且对钻进效率的影响很小。如果该口径施工遇更复杂的地层，还可扩孔下入Ф108套管，下一级还可以下入Ф96的套管，无形中预留了一级套管口径。总之，可以为预留口径Ф75+钻进施工带来最大5.5mm的有利环空间隙。这对于深孔钻探的顺利施工又多了一份保障。若地质要求终孔扩口径为最小Ф95，且地层复杂，那么则需要将开孔孔径提高一级，即Ф173／Ф168，Ф150／Ф146，Ф130／Ф127套管，预留一级套管口径Ф108。Ф96口径施工。

2套管技术改进

钻孔套管消耗：终孔时留在孔内的无法起拔的各类口径套管的总和。在深孔钻探中，套管消耗的成本不容小觑，目前很多深孔钻探存在着多重下套管的现象，给后期完工起拔套管带来不必要的麻烦，甚至有可能套管难以起拔而给施工方带来一定的经济损失。

φ146、φ114到φ89的套管，是我们在深孔施工中常规下的套管，经过近几年的施工，我们改进了下套管的施工工艺，下入φ146的表套后，在下入φ114套管时，可以采用在中间节点用反丝扣接箍连接，并在需要时退扣，将套管消耗的成本降到最底。其步骤是，在下套管前做好通孔工作，并计算好反丝接箍的节点位置，节点要在上一级套管底端的上部位置，也就是反丝接箍在上一级套管内。以此类推的下套管，终孔后起拔套管的步骤是“先小后大，先拔后反”，先小后大，是起拔和处理套管的口径先从小口径开始，逐步处理上一级大口径的套管，先拔后反，是在处理每一级口径时，先强力起拔，实在难以起拔时再选择正转立轴，反扣接箍正好退扣，为了能够顺利的退扣，在下套管时要注意，反扣接箍丝扣加工成粗扣型且不能拧的太紧，也可以视情况保留部分丝扣不要上紧，并做好润滑工作。根据近几年的施工经验，在复杂地层或破碎垮塌地层下入套管后都是难以起拔的，而在合适的位置加一个反丝接箍能够在一定程度上降低钻孔的套管成本。

实例：由我队施工的哈密ST-1井，第一级￠146mm套管下入了437.42m，第二级￠114mm套管下入了653.77m，在￠114mm套管420m位置加接了一个反丝套管接头，施工中套管正常，没有转动，没有退扣，施工结束后，坚持“先拔后反”的原则，一次性将上部420m套管拔出，省去了以往用反丝钻杆反套管耗费的大量人力物力，取得了良好的经济效果。

3总结

深孔钻探施工中，应兼顾有可能影响顺利终孔的所有因素和细节，重点抓住施工中的关键因素和技术，这是顺利完成钻探施工的重要保障。此文重点阐述的孔径设计是宏观设计和整体把控的其中一项关键技术，套管技术是具体实践中的技术改良。除此之外，还有泥浆技术、组织施工与管理、设备与管材等技术没有一一赘述。面对不同的地层、不同的施工区域，影响深孔钻探的关键因素可能就有所不同，这都需要及时的进行技术总结，抓住关键技术，兼顾影响因素。

参考文献

[1]何树山，套管钻井技术研究与实验[J]，钻采工艺，2005，28（6）：7-10.

[2]吴金生，贾军，段玉刚，等。汶川地震断裂带科学钻探项目钻探事故预防与处理技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，3：94（995）2，65.