最新完井固井技术PPT课件.ppt
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1、完井固井技术完井固井技术第一节第一节 概述概述 一、前言一、前言固井是将套管下入到井内预定深度,再在套管和井壁之间注入水泥浆封固。由于油气井浅则数百米,深则数千米,乃至万米,套管和水泥浆要经受高温高压的恶劣环境,还要承受地下油气水及其它介质的腐蚀窜扰,以及采油作业中酸化、压裂等增产措施的种种考验,因此,固井对材质、设备和工艺有着特殊的要求,可以说固井是一门复杂的涉及面很广的综合技术,固井质量的好坏关系到油田的开发和建设,是油田长期稳产的基础工程。注水泥流程及附件装置注水泥流程及附件装置第二节第二节 套管柱设计方法及套管选择套管柱设计方法及套管选择 套管设计包括表层套管、技术套管和生产套管完井最
2、关注的是生产套管的设计。生产套管也称为油层套管,生产套管设计时应根据选定的完井方式,依据井别、油气层压力和温度、地下水性质、PH值、矿化度以及套管的腐蚀程度、天然气组分和含腐蚀气体的情况等因素,选择套管的钢级、强度、壁厚、螺纹类型、螺纹密封脂以及上扣扭矩等。若采用衬管完成,应设计悬挂深度及方式。对于注蒸汽井,应考虑套管受热时的变化。对于定向井、水平井,同样应考虑套管的弯曲、受力变化和密封稳定问题。一、套管类型一、套管类型 1、标准尺寸系列、标准尺寸系列 美美国国石石油油学学会会(API)已已提提出出了了套套管管尺尺寸寸系系列列标标准准,并并为为国国际际石石油油工工业业界界所所接接受受。各各厂厂
3、家家生生产产的的套套管管系系列列,主主要要根根据据API标标准准。非非API标标准准套套管管由使用者向厂家提出特殊定货由使用者向厂家提出特殊定货标准尺寸系列包括:标准尺寸系列包括:(1)套管外径)套管外径(2)壁厚)壁厚(3)尺寸配合)尺寸配合(1)套管外径)套管外径套管外径从套管外径从114.3mm(41/2in)到到508mm(20in)共共14个尺寸系列。个尺寸系列。对于生产套管,常用的套管外径为对于生产套管,常用的套管外径为127.0mm(5in)139.7mm(51/2in)177.8mm(7in)193.7mm(75/8in)244.5mm(95/8in)等等5个尺寸系列个尺寸系列
4、有少数使用有少数使用168.3mm(65/8in)的情况的情况(2)壁厚)壁厚对于同一套管外径,对于同一套管外径,API标准规定了若干壁厚尺标准规定了若干壁厚尺寸,组成不同的强度等级供选用。寸,组成不同的强度等级供选用。以以139.7mm(51/2in)套管为例,套管为例,API标准规定了标准规定了5个个壁厚系列:壁厚系列:6.20 mm 6.98 mm 7.72 mm 9.17 mm10.54 mm同时也可以单位长度的质量来表示套管的壁厚同时也可以单位长度的质量来表示套管的壁厚(3)尺寸配合)尺寸配合尺寸配合体现在两个方面,一是套管与井眼的尺寸配合,二是上下级套管的尺寸配合。套管与井眼之间应
5、有合适的间隙。间隙过大会导致太大的井眼尺寸,增加钻井成本;间隙过小又会导致下套管及注水泥困难,引起管外窜槽。目前国内外所生产的套管及钻头尺寸配合基本确定或在较小范围内变化。下图给出了套管和井眼尺寸配合选择表。套管和井眼尺寸选择表套管和井眼尺寸选择表使用该表时,先确定套管(或尾管)尺使用该表时,先确定套管(或尾管)尺寸,即可根据表中箭头(实线为常用配寸,即可根据表中箭头(实线为常用配合,虚线为不常用间隙配合),查得该合,虚线为不常用间隙配合),查得该尺寸入井时所要求的井眼尺寸,以及通尺寸入井时所要求的井眼尺寸,以及通过该尺寸套管允许下入的钻头尺寸(下过该尺寸套管允许下入的钻头尺寸(下段井眼尺寸)
6、。段井眼尺寸)。目前国内套管系列一般采用:目前国内套管系列一般采用:133/8in95/8in51/2in、133/8in75/8in51/2in(扩眼增加间隙)(扩眼增加间隙)复杂井况,有时也采用复杂井况,有时也采用133/8in103/4in7in2、套管类型、套管类型 按按 制制 造造 工工 艺艺,套套 管管 可可 分分 为为 无无 缝缝 套套 管管(Seamless)和和 直直 焊焊 缝缝 套套 管管(ERW:Electric Resistance Weld)。)。无无缝缝套套管管:用用钢钢坯坯经经加加热热后后热热滚滚轧轧、钻钻孔孔、带带芯芯轴轴压压轧轧延延伸伸、热热处处理理等等工工序
7、序达达到到标标准准尺尺寸寸套管,形成无缝套管系列套管,形成无缝套管系列直焊缝套管:直焊缝套管:用高精度热轧钢卷板经展平,逐用高精度热轧钢卷板经展平,逐步次序滚轧成管后,用高频焊接、热处理等工步次序滚轧成管后,用高频焊接、热处理等工序达到标准尺寸套管序达到标准尺寸套管直焊缝套管与无缝套管相比有以下特点直焊缝套管与无缝套管相比有以下特点1)尺寸精度高外径偏差一般不超过0.5%,壁厚不超过-5.0%。而无缝套管标准偏差为0.41mm,仅此一项就显著提高抗挤强度和通径。2)韧性优良由于实行高强度高韧性焊接,不但保证母材而且保证焊缝具有良好的韧性。3)抗挤抗爆裂性能优异由于ERW套管尺寸精度高、韧性好,
8、因此实际抗挤性能比API无缝套管高30%左右,抗爆性能高50%左右。4)成本低与同类无缝套管相比低10%左右。3、钢级、钢级 由由于于套套管管的的使使用用条条件件比比较较恶恶劣劣,对对钢钢的的质质量量要要求求很很严严,必必须须按按专专门门标标准准或或技技术术条条件件生生产产和和检检验验。为为确确保保套套管管质质量量,美美国国石石油油学学会会采采取取发发放放认认可可证证(API)的的办法组织一些大型企业定点生产。办法组织一些大型企业定点生产。二、套管柱设计二、套管柱设计(一)入井套管柱的受力分析(一)入井套管柱的受力分析 为了保证下入井内的套管不断、不裂、不变为了保证下入井内的套管不断、不裂、不
9、变形,要求套管有一定的强度,足以抵抗它所受形,要求套管有一定的强度,足以抵抗它所受的外力。为此,需要对井内套管柱受力状况作的外力。为此,需要对井内套管柱受力状况作个大概的分析。个大概的分析。1、拉力、拉力由套管本身重量所引起。越靠上部的套管承受的拉力越大,套管柱越长,套管的尺寸越大,上部套管承受的拉力越大。因井斜套管靠井壁,上提套管时的磨擦力;注水泥最后碰压时的套管附加的拉力;下套管过程中猛提猛刹都会使套管受到比较大的拉力。在一般情况下,磨擦力或碰压所附加的拉力和下套管正常操作时增加的拉力常小于套管柱在井内泥浆中的浮力。因此进行套管柱设计时,一般按套管在空气中的重量计算拉力的大小。2、外挤力、
10、外挤力如果下到井中的套管内外部都有泥浆,而且泥浆比重一致,此时套管内外液柱压力平衡,套管不受外挤力。诱导油流时需要把套管内的液体逐步淘空,这样套管便要承受套管外液柱压力引起的外挤力。当套管内液体全部淘空时,套管所受的外挤力最大。进行套管柱设计时,一般从安全着眼,按套管内全淘空时套管所受的外挤力计算,这个外挤力即为套管外泥浆的液柱压力。但也有人认为,在水泥封固段,可按盐水柱压力计算套管的外挤力。3、内压力、内压力在酸化、压裂、挤水泥或井喷关井时,套管将承受较大的内压力,其数值等于挤注作业时最大的内压力或油、气的压力。设计套管柱时,当套管能满足抗拉和抗外挤强度要求时,抗内压往往也能满足,故一般不作
11、抗内压强度核算。而在高压气井,有时需进行抗内压强度核算。(二)套管柱的设计(二)套管柱的设计1、套管柱的设计原则套管柱的设计原则 入井的套管柱在外力作用下,必须满足抗拉、抗挤、抗崩强度的要求,并留有一定的安全余量。根据套管柱在井内不同部位的受力情况和工作条件,结合套管的强度规范和技术性能,按照等强设计原理,以确定套管柱各个部位的扣型、钢级和壁厚,使整个套管柱的设计达到安全、经济和合理的目的。API套管设计不考虑泥浆的浮力,以保证更加安全。2、管柱的设计方法和步骤、管柱的设计方法和步骤生产套管设计分三步进行生产套管设计分三步进行根据腐蚀环境选钢种根据腐蚀环境选钢种硫化氢、二氧化碳、氯化钠和硫酸盐
12、等硫化氢、二氧化碳、氯化钠和硫酸盐等3 3大类腐蚀大类腐蚀对套管钢种的选择具有决定性影响,必须预以特对套管钢种的选择具有决定性影响,必须预以特殊考虑殊考虑根据密封要求和载荷选螺纹根据密封要求和载荷选螺纹不同螺纹类型,其性能不一样,应根据实际工况不同螺纹类型,其性能不一样,应根据实际工况选择合适的螺纹类型选择合适的螺纹类型根据载荷作强度设计选钢级的壁厚根据载荷作强度设计选钢级的壁厚强度系列包括:抗挤强度、管体抗拉屈服强度、强度系列包括:抗挤强度、管体抗拉屈服强度、抗内压强度等抗内压强度等3、安全系数、安全系数实际工作中的设计系数,设计时应根据上述原则和该地区实际经验来确定。若选用API标准套管的
13、强度达不到设计系数的要求时,则需要考虑采用特殊套管柱结构(如双层套管),或专门订购高精度、特厚壁、特殊螺纹等高强度套管三、套管柱附件三、套管柱附件 套套管管柱柱附附件件主主要要有有引引鞋鞋、浮浮箍箍、扶扶正正器器、联顶节、水泥头、胶塞等。联顶节、水泥头、胶塞等。(1)引鞋)引鞋一般是圆锥型,安装在套管的最下端,其作用是引导套管柱入井,防止套管在下入时遇阻遇卡。在二次开钻或三次开钻中表层套管和中间套管的引鞋将被钻头钻掉,因此其引鞋需用“易钻”材料制成。常用生铁引鞋、木质引鞋、铝质引鞋、水泥质引鞋等。水泥引鞋(2)浮箍)浮箍一般由单向阀和阻流环组成,一般连接在引鞋上面一根套管的接箍上。单向阀的作用
14、是让水泥浆经套管流入环空,而不让环空的水泥浆倒流回套管,阻流环的作用是注水泥后阻挡胶塞通过。浮箍浮箍(3)扶正器)扶正器固固定定在在套套管管外外壁壁上上,靠靠它它的的弹弹性性钢钢片片扶扶正正套套管管柱柱,使使套套管管在在井井眼眼里里居居中中,从从而而注注水水泥泥时时套管柱四周的水泥环厚度均匀。套管柱四周的水泥环厚度均匀。(4)联顶节)联顶节是是用用来来联联接接套套管管头头和和地地面面固固井井设设备备水水泥泥头头的的。联联顶顶节节有有一一定定的的长长度度。调调节节联联顶顶节节下下入入钻钻台台转转盘盘面面以以下下的的深深度度(联联入入),来来控控制制套套管管头头露露出出地地面面的的距距离离。一一般
15、般对对于于低低洼洼井井,套套管管头头的露出高度应高一些,以便于安装采油装置。的露出高度应高一些,以便于安装采油装置。(5)水泥头)水泥头用于联接联顶节和注水泥管汇,并装有胶塞,注水泥时,胶塞用锁销锁住,注水泥后释放入井。水泥头上还装有压力表,观察注水泥及试压时的压力。胶塞尾随水泥浆进入套管内,靠其尾翼将粘附在套管内壁的水泥浆刮掉,防止以后测井时遇阻,当胶塞下行到浮箍处阻流环位置时,关闭循环通道,标志着水泥浆已到达环空预定位置。水泥头水泥头(6)胶塞)胶塞是由内嵌铸铁或铝和易钻料的橡胶制成,带是由内嵌铸铁或铝和易钻料的橡胶制成,带有尾翼:注水泥后被钻掉。有尾翼:注水泥后被钻掉。第三节第三节 注水
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