水平井安全高效下套管装置的研制及应用

李显义; 赵贺谦; 米凯夫; 张勇; 陈省身; 郭博文; 胡志燕

doi:10.12473/CPM.202504007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

水平井安全高效下套管装置的研制及应用

专题论文 | 更新时间：2026-01-19

- 水平井安全高效下套管装置的研制及应用
- Development and Application of Safe and Efficient Casing Running Device for Horizontal Wells
- 石油机械 2025年53卷第10期页码：17-24
- 作者机构：
  
  北京石油机械有限公司
- 作者简介：
  
  李显义，教授级高级工程师，出生于1973年，2017年毕业于东北石油大学，获博士学位，现从事钻完井装备及工具的设计与制造工作。地址：（102206）北京市昌平区。电话：（010）80165858。email：lixydri@cnpc.com.cn
  赵贺谦，高级工程师。email：zhqian_1993@cnpc.com.cn。
- 基金信息：
  
  新型油气勘探开发国家科技重大专项“万米深井智能钻机与超高压井口装备”之“万米深层钻井智能顶驱和不间断循环等关键装备”(2024ZD1401802);北京石油机械有限公司揭榜挂帅项目“顶驱下套管装置结构优化与性能提升”（24新13）
- DOI：10.12473/CPM.202504007
  中图分类号： TE242
- 收稿：2025-04-06，
  
  修回：2025-06-12，
  
  纸质出版：2025-10-10
- 稿件说明：
移动端阅览
李显义，赵贺谦，米凯夫，等.水平井安全高效下套管装置的研制及应用［J］.石油机械，2025，53（10）：17-24.

Li Xianyi，Zhao Heqian，Mi Kaifu，et al.Development and application of safe and efficient casing running device for horizontal wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：17-24.
李显义，赵贺谦，米凯夫，等.水平井安全高效下套管装置的研制及应用［J］.石油机械，2025，53（10）：17-24. DOI： 10.12473/CPM.202504007.

Li Xianyi，Zhao Heqian，Mi Kaifu，et al.Development and application of safe and efficient casing running device for horizontal wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：17-24. DOI： 10.12473/CPM.202504007.

摘要

为满足长水平段安全高效下套管施工需求，有效解决复杂井套管下入难题，研制了高性能、长寿命XTG 140H型顶驱下套管装置及配套系统。采用理论计算、整机试制的方式对旋转下套管装置结构进行优化，通过整机室内测试验证其综合性能。计算结果表明，该装置的最大理论轴向抗拉载荷超过4 000 kN。在室内测试条件下，该装置的扭矩、温度与转速呈线性关系，转速越快，扭矩、温度越高。基于旋转、提升、循环的一体化作业模式，旋转下套管装置在川渝深层页岩气区块开展了现场试验及推广应用，实现单井套管最大下深超7 100 m，施工最长水平段长3 100 m。研究测试与现场应用结果表明，XTG 140H型顶驱下套管装置及其配套系统大幅增强了套管穿越复杂井段的能力，可有效保障套管安全高效地下放至预定井深。该高性能、长寿命旋转下套管装置的研制可为非常规油气资源勘探开发及复杂井况安全高效下套管提供技术支撑和装备保障。

Abstract

To meet the operation requirements of safe and efficient running of casing in long horizontal sections and effectively solve the problem of casing running in complex wells， a high-performance and long-life XTG 140H top drive system casing running device and its supporting system were developed. The theoretical calculation and prototype manufacturing methods were used to optimize the structure of the rotary casing running device， and the indoor full-scale testing was conducted to validate its overall performance. The calculation results show that the maximum theoretical axial tensile load of the device exceeds 4 000 kN. Under indoor testing conditions， the torque and temperature of the device are linearly related to the rotational speed： the faster the rotational speed， the higher the torque and temperature are. Based on the integrated operation mode of rotation， lifting and circulation， the rotary casing running device was field tested and widely applied in deep shale gas blocks of the Sichuan-Chongqing region， achieving a maximum single-well casing running depth exceeding 7 100 m and a record horizontal section length of 3 100 m. Research tests and field applications show that the top drive system casing running device and its supporting system greatly improves the ability of casing to cross complex well sections， and effectively ensures to safely and efficiently lower the casing to the target depth. The development of the high-performance and long-life rotary casing running device provides technical support and equipment guarantee for the exploration and development of unconventional oil and gas resources and the safe and efficient casing running in complex well conditions.

关键词

Keywords

references

李国欣，雷征东，董伟宏，等．中国石油非常规油气开发进展、挑战与展望［J］．中国石油勘探， 2022 ， 27 （ 1 ）： 1 - 11 ．

LI G X ， LEI Z D ， DONG W H ， et al . Progress， challenges and prospects of unconventional oil and gas development of CNPC ［J］. China Petroleum Exploration ， 2022 ， 27 （ 1 ）： 1 - 11 .

万有余，林海，郭得龙，等 . 层次分析法制定大型压裂管理制度提升非常规储层压裂效果［J］. 石油钻采工艺， 2024 ， 46 （ 4 ）： 479 - 491 .

WAN Y Y ， LIN H ， GUO D L ， et al . Developing a large⁃scale fracturing management system using AHP method to improve the fracturing effect of unconventional reservoirs ［J］ . Oil Drilling & Production Technology ， 2024 ， 46 （ 4 ）： 479 - 491 .

李道伦，查文舒，刘旭亮，等．深度学习网络在非常规油气开发中的应用研究［J］．非常规油气， 2024 ， 11 （６）： 1 - 7 .

L I D L ， ZHA W S ， LIU X L ， et al . Research on application of deeplearning network inunconventional oil and gas development ［J］. UnconventionalOil&Gas ， 2024 ， 11 （ 6 ）： 1 - 7 .

郑新权，何春明，杨能宇，等．非常规油气藏体积压裂2.0工艺及发展建议［J］．石油科技论坛， 2022 ， 41 （ 3 ）： 1 - 9 ．

ZHENG X Q ， HE C M ， YANG N Y ， et al . Volumetric fracturing 2.0 process for unconventional oil and gas reservoirs and R&D suggestions ［J］. Petroleum Science and Technology Forum ， 2022 ， 41 （ 3 ）： 1 - 9 .

孙映．旋转下套管技术在复兴区块的应用与分析［J］．山东石油化工学院学报， 2023 ， 37 （ 4 ）： 59 - 63 ．

SUN Y . Application and analysis of rotary casing⁃running technology in Fuxing block ［J］. Journal of Shandong Institute of Petroleum and Chemical Technology ， 2023 ， 37 （ 4 ）： 59 - 63 .

刘明，许鹏，陈述，等 . 四川盆地致密气水平井钻井关键技术［J］. 非常规油气， 2024 ， 11 （ 4 ）： 152 - 159 .

LIU M ， XU P ， CHEN S ， et al . Key drilling technologies for tight gas horizontal wells in Sichuan Basin ［J］. Uncon⁃ventionaloil& Gas ， 2024 ， 11 （ 4 ）： 152 - 159 .

王峰．泥岩进水诱发地层滑移条件下的套变影响因素分析［J］．非常规油气， 2024 ， 11 （ 1 ）： 9 - 102 .

WANG F . Analysis on influence factors of casing deformationunder for mation slip caused by mudstone water⁃entering ［J］. Unconventionaloil & Gas ， 2024 ， 11 （ 1 ）： 94 - 102 .

高明帅，王春蕾，臧臣坤，等．油气井套管下放方法与工具的研究进展及展望［J］．地质装备， 2023 ， 24 （ 5 ）： 1 - 7 ．

GAO M S ， WANG C L ， ZANG C K ， et al . Research progress and prospect of casing lowering methods and tools for oil and gas wells ［J］. Equipment for Geotechnical Engineering ， 2023 ， 24 （ 5 ）： 1 - 7 .

孙磊磊，陈远军，程旭，等 . 长庆油田HQ区块长段水平井下套管降摩减阻技术［J］. 钻采工艺， 2023 ， 46 （ 4 ）： 167 - 172 .

SUN L L ， CHEN Y J ， CHENG X ， et al . Friction & drag reduction technology for casing running in long horizontal wellbore in block HQ， Changqing Oilfield ［J］. Drilling and Production Technology ， 2023 ， 46 （ 4 ）： 167 - 172 .

赵传伟，孙家祥，兰恭涛，等 . 循环推送下套管系统的研制［J］. 石油钻采工艺， 2023 ， 45 （ 5 ）： 562 - 567 .

ZHAO C W ， SUN J X ， LAN G T ， et al . Development of a circulating pushing casing running system ［J］. Oil Drilling & Production Technology ， 2023 ， 45 （ 5 ）： 562 - 567 .

仇常凯，蒋凯，王兵 . 克拉苏构造带超深盐下大斜度井钻井关键技术［J］. 石油钻采工艺， 2024 ， 46 （ 1 ）： 45 - 52 .

QIU C K ， JIANG K ， WANG B . Key techniques for drilling ultra⁃deep pre⁃salt highly⁃deviated wells in Kelasu tectonic belt ［J］. Oil Drilling & Production Technology ， 2024 ， 46 （ 1 ）： 45 - 52 .

张新亮，金磊，张瑞，等 . 中深层水平井双漂浮下套管关键技术［J］. 石油钻探技术， 2023 ， 51 （ 6 ）： 57 - 63 .

ZHANG X L ， JIN L ， ZHANG R ， et al . Key technologies for casing running with double floating collars in middle and deep horizontal wells ［J］. Petroleum Drilling Techniques ， 2023 ， 51 （ 6 ）： 57 - 63 .

陈清正．顶驱下套管技术及在渤海油田的应用［J］．化学工程与装备， 2023 （ 12 ）： 101 - 103 ．

CHEN Q Z . Top drive casing running technology and its application in Bohai oilfield ［J］. Chemical Engineering & Equipment ， 2023 （ 12 ）： 101 - 103 .

张浩，沈吉阳，李洪奎．漂浮+顶驱下套管技术在大港油田赵东CP3-D18-XX井中的应用［J］．石油工程建设， 2024 ， 50 （ S1 ）： 1 - 7 ．

ZHANG H ， SHEN J Y ， LI H K . Floating and top drive casing running for CP3-D18-XX in Dagang Zhaodong oilfield ［J］. Petroleum Engineering Construction ， 2024 ， 50 （ S1 ）： 1 - 7 .

李骥然，赵博，米凯夫，等．旋转下套管技术在川渝页岩气开发中的应用［J］．石化技术， 2020 ， 27 （ 7 ）： 90 - 92， 145 ．

LI J R ， ZHAO B ， MI K F ， et al . Application of top drive casing running technology in Sichuan and Chongqing shale gas exploration and development ［J］. Petrochemical Industry Technology ， 2020 ， 27 （ 7 ）： 90 - 92， 145 .

巩小娟，谢书豪，郭强，等．旋转下套管技术在准噶尔盆地吉木萨尔凹陷漏失井中的应用［J］．中国石油和化工标准与质量， 2022 ， 42 （ 21 ）： 165 - 167 ．

GONG X J ， XIE S H ， GUO Q ， et al . Application of rotary casing⁃running technology in lost⁃circulation wells in Jimusaer sag， Junggar basin ［J］. China Petroleum and Chemical Standard and Quality ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 165 - 167 .

徐新乐，涂增文，吴乐平，等．顶驱旋转下套管技术及在长宁H8平台的应用［J］．化工管理， 2020 （ 33 ）： 197 - 198 ．

XU X L ， TU Z W ， WU L P ， et al . Top⁃drive rotary casing⁃running technology and its application in Changning H8 platform ［J］. Chemical Enterprise Management ， 2020 （ 33 ）： 197 - 198 .

王志伟，张伟国，金颢，等．南海番禺油田大位移井全程漂浮旋转下套管技术［J］．钻采工艺， 2021 ， 44 （ 1 ）： 147 - 151 ．

WANG Z W ， ZHANG W G ， JIN H ， et al . Rotating casing running technology with full⁃floatation for Panyu oilfield ERWs in South China sea ［J］. Drilling & Production Technology ， 2021 ， 44 （ 1 ）： 147 - 151 .

张国田，邹连阳，黄衍福，等．顶驱下套管装置的研制［J］．石油机械， 2008 ， 36 （ 9 ）： 82 - 84 ．

ZHANG G T ， ZOU L Y ， HUANG Y F ， et al . Development of top⁃drive casing⁃running device ［J］. China Petroleum Machinery ， 2008 ， 36 （ 9 ）： 82 - 84 .

谢帅，罗乙凯，朱祥龙，等．旋转下套管装置卡瓦牙结构优化［J］．重庆科技大学学报（自然科学版）， 2024 ， 26 （ 4 ）： 105 - 112 ．

XIE S ， LUO Y K ， ZHU X L ， et al . Optimization of the slip tooth structure of the rotating casing device ［J］. Journal of Chongqing University of Science and Technology： Natural Sciences Edition ， 2024 ， 26 （ 4 ）： 105 - 112 .

张庆斌，豆乔，梁海青，等．基于有限元的顶驱下套管装置密封胶筒设计［J］．石油矿场机械， 2024 ， 53 （ 6 ）： 49 - 55 ．

ZHANG Q B ， DOU Q ， LIANG H Q ， et al . Design of casing running device packer cups based on finite element analysis ［J］. Oil Field Equipment ， 2024 ， 53 （ 6 ）： 49 - 55 .

张楠，徐国民，宋立舟，等．不同下套管工艺套管受力及摩阻扭矩预测模型［J］．石油管材与仪器， 2024 ， 10 （ 4 ）： 36 - 41 ．

ZHANG N ， XU G M ， SONG L Z ， et al . Prediction models for stress and torque of casing under different running processes ［J］. Petroleum Tubular Goods & Instruments ， 2024 ， 10 （ 4 ）： 36 - 41 .

张宏英，李东阳，黄衍福，等．顶驱下套管作业装备配套及工艺初探［J］．石油矿场机械， 2011 ， 40 （ 3 ）： 20 - 23 ．

ZHANG H Y ， LI D Y ， HUANG Y F ， et al . Equipment selection and technique discussion of top drive in casing running operation ［J］. Oil Field Equipment ， 2011 ， 40 （ 3 ）： 20 - 23 .

全国钢标准化技术委员会．合金结构钢： GB/T 3077—2015 ［S］．北京：中国标准出版社， 2015 ．

National Steel Standardization Technical Committee . Alloy structural steel ： GB/T 3077—2015 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2015 .

刘鸿文 . 材料力学Ⅰ ［M］. 北京：高等教育出版社， 2017 ： 34 .

LIU H W . Mechanics of materials Ⅰ ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2017 ： 34 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

深层页岩气井高频柱塞举升工艺

深层页岩气水平井套管下入安全评价方法研究

川南深层页岩气连续管作业技术分析

水平井簇式滑套复合完井管柱技术研究

长水平段水平井钻井技术在ZC1井的应用