顶驱旋转下套管工艺技术
本文摘要：（由ai生成）
顶驱下套管技术通过自动连接、旋转和泥浆循环，解决常规下套管方法效率低、风险高的问题。该技术减少套管阻力和安全隐患，提升作业速度和成功率。国内外均有研发和应用，包括Tesco、Weatherford和国内石油钻井工程研究所等。作业流程需注意安全和设备功能测试。顶驱下套管技术显著提高了套管作业的安全性、质量和效率。
常规下套管的缺陷：常规下套管方法是利用动力套管钳旋转套管上扣。在下套管期间不能进行钻井液循环、套管柱旋转和上下活动，该方法不仅效率低、动用的人员多，存在的风险也高。在油气田的勘探开发中，深井、大位移井、大斜度井等高难度井越来越多。在这些井的下套管作业中，会面临各种各样的问题，如难以下入缩颈及全角变化率大的井段；在套管长时间与井壁接触易时发生粘卡；下入套管柱时产生压力激动压漏地层；遇阻后无法下入时，需要将套管柱全部起出，重新组合通井钻具进行通井，降低作业时效等问题。根据统计分析，30%～50%的井下损坏或质量问题是由于下套管操作不当造成的。由此可见，控制作业质量和防止套管事故发生的关键是下套管操作，也是提高下井套管质量的关键工序环节。随着井下套管作业的要求越来越严格，国内常规下套管方法越来越无法满足这些高难度的要求。
顶驱下套管技术的实施需要借助顶驱下套管装置及辅 助系统完成，主要包括主执行器和监控部分。其技术参数如下表
顶驱旋转下套管的国内外技术情况：
国外技术现状：国外顶驱下套管装置研发较早，主要生产厂家有Canrig、Volant、Weatherford、Franks、Offshore Energy、Tesco及Premiere等。装备的主要特点如下：加拿大Tesco公司顶驱套管装置开发较早，广泛应用于套管钻井和下套管作业中。其顶驱套装置通过顶驱液压源向驱动机构的上下缸内注入油。推动驱动机构上下移动，使夹紧机构和壳体松开或夹紧。该装置的夹紧机构称为卡瓦齿结构，驱动机构为楔锥结构。该结构的下套管装置随着下管柱重力对管柱夹紧力的增大而增大。当下管柱的重力过大时，会造成卡瓦齿夹紧机构对管柱表面的损伤。因此，该结构下套管装置仅适用于中浅井。在美国，Weatherford定义了一种顶级驱动器外壳设备，其工作方式与Tesco公司的产品相似类似。该设备已在英国，俄罗斯，阿尔及利亚和中国的番禺海域使用。它与tesco的顶驱壳体装置的主要区别在于它与重力补偿装置相结合;内部安全锁定机构可防止套管柱脱落;形成了外夹紧机构的专利技术。主要产品有液压驱动的TorkDriveTM 350和TorkDriveTM750 HD。其中TorkDriveTM的额定载荷是3500kN, 适用于114.3～244.5 mm (4～9in) 的套管，最大旋转扭矩为47.45kN·m (35000lbf·ft) 。TorkDriveTM750 HD的额定载荷是7500kN，适用于168.3～355.6mm (6～14in) 的套管，最大旋转扭矩为108kN·m (80000lbf·ft) 。美国SureGripTM的工作原理与使用液压驱动技术的Tesco公司类似。不同之处在于SureGripTM采用新型钢球保持机构，可实现套管柱的微痕夹持，适用于深井作业环境。在极深的井和其他恶劣环境中。
顶驱旋转下套管作业原理及其装备：实际上，顶驱套管系统是一个集液压和机械为一体的顶驱钻井系统。根据套管的大小, 可以分为两种结构：内部动力和外部动力。无论套管的尺寸如何，两种结构的主要结构都是相同的。它们都是连接螺纹、液压传动机构、滑移机构和导向接头。结构如图1所示。但在实际操作中，为了保证操作的安全，还是需要建立一些辅助机构的。
各配套装置的作用如下：
(1）下套管装置。该部件与上驱动主轴的上部结构连接，便于下端即插即用套管和非螺纹连接。其主要功能是举升套管、传递扭矩和实时建立循环。
(2）吊环。实际上顶驱套管本身也具有举升功能，但由于下驱深度较大或井下环境复杂，很难保证其安全。所以需要使用吊环来辅助吊装，以确保安全。
(3）套管吊卡。为了抓住一个套管，将向下的套管管柱提起，增加了套管吊索。通过这种方式, 不需要气动升降夹套管没有领时降低, 不需要建立一个承载平台。操作起来既非常方便又特别安全。
(4) 气动卡瓦。为了提高顶驱套管作业的安全性和自动化水平，必须采用气动卡瓦，使司钻能够实现卡瓦和套管柱的远程控制。当然，这并不是一成不变的，而是要根据实际场景来设置，如果没有气动卡瓦，普通卡瓦仍然可以发挥作用。
(5）视频监控系统。为了随时监控套管，顶部驱动套管设备上还安装了视频监控系统。该系统能够提高套管作业的可视化程度，并始终处于监控状态。在井架上安装彩色摄像机是一种常见的做法，该监控系统不仅可以监控井架的运行是否正常，还可以及时掌握碗体磨损、滑损等情况。
(6）智能防撞装置。当套管与下套管装置连接时，无论是内卡还是外卡，挂钩都应下降到一定高度。一旦过了头，整个重力就会落在套管上，导致套管变形或套管上的螺纹塌陷。因此，增加了一种智能防撞装置。当吊钩放下时，智能防撞装置会实时注意吊钩的距离。一旦与机匣上的联轴器接触，信号会自动返回到司钻的空室，司钻会及时刹车，确保人员、机匣管柱和设备的安全。
