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套管和固井_百度文库

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  套管和固井 单元 2 第 4 课 1 目 简介 第一部分:套管 分类 导管 表层套管 生产套管 中间套管 尾管 套管柱设计 套管选择 套管尺寸的考虑 下套管 准备工作 下套管 对扣、上扣、下井 套管柱的坐定 API 标准 套管丝扣和接箍 第二部分:注水泥 配浆 固井 套管附件 水泥体积 固井后需考虑的问题 粘合剂和添加剂 粘合剂的 API 等级 添加剂 特殊粘合剂 2 录 专业术语 3 简介 近几年来套管和固井工艺技术发展迅猛,越来越完善。为了寻找 新的油气资源,井在逐渐加深,但现有套管和固井工艺技术已能够处 理在深井中可能遇到的各种复杂情况。 固井实践 1903 年起始于加里弗尼亚,但现代使用的套管、固井方 法开始于 1920 年,哈里巴顿公司固了一口井。当时混合水泥浆所用的 哈里巴顿射流混合器仍是现在最基本的混合水泥浆设备。 早在 1903 年, 仅有一种类型的水泥,没有任何添加剂。现在已拥有 8 种常用类型的 水泥和 40 多种水泥添加剂。 水泥性能及混浆技术均能满足特殊工作要 求。 现在候凝时间已由二十世纪二十年代的 10 天缩短到不足 24 小时。 挤水泥技术开始于二十世纪三十年代,现在向裂隙挤水泥或挤水泥封 堵水层已是一项常规技术。使用刮泥器和扶正器来提高固井质量开始 于 1940 年,第二次世界大战后得到了工程界普遍关注。 最早的顿钻钻井,要求每钻完一小时就下套管。但对旋转钻井就 可以钻很长的裸眼井段。旋转钻井,由于使用了优质泥浆来控制井内 压力、维持井壁稳定,因此能钻大段裸眼,下套管是有特殊作用,不 再是随意或盲目的。 最早的固井是在一大坑内混合水泥浆,再用倾倒筒向井内灌注水 泥浆。到 1905 年,在加里弗尼亚油井固井已开始使用油管将水泥浆注 入井底,水泥浆被上部水柱替出套管,注完水泥浆,利用管鞋单流作 用和管内蹩压候凝这两种方式防止回流,随后较先进的固井方法是在 钻井液与水泥浆间投放顶替塞隔开。以后又开始使用上下两顶替塞技 术。底塞在注水泥浆之前投入,顶塞在注完水泥浆后投入,双塞技术 大大减少了水泥浆的污染。 4 第一部分 套 管 套管是用在油井中从油气藏至地表间建立起一个耐压密闭带的钢 管。套管作用主要有以下七项: 1、 防止井塌、防止钻井液对井壁的过度冲蚀。 2、 防止淡水层、低压力层带被污染。 3、 防止油气泄漏。 4、 控制油气入井量。 5、 为控制井内压力提供条件。 6、 以便安装采油人工举升装置。 7、 为油气流动提供通道。 套管类别 典型的油气井需要三种套管:导管、表层套管、油层套管。根据 可能钻遇地层的状况,可能还需下入中间技术套管。有时还需下尾管, 也可能下入两层技术套管。任何情况下,下入每层套管都有特殊作用, 对顺利钻完油井很重要。 导管 导管是用来作为循环通道,将钻井液导向泥浆池。它能防止钻井 液对钻机地基的冲刷。有时为了防止浅层气,还要在导管上安装分流 防喷装置。导管还可保护以后下入的套管不受腐蚀,而在地面支撑能 力不足的地方还可用来支承部分井口设备的负荷,下导管的井眼可用 钻成,并按常用的方法把它下入井内,但是对沼泽和近海区的井,通 常是用打桩机将导管打入。当用打柱机时,采用无螺纹平头管子焊接 成导管柱,下导管有时由负责钻鼠洞的服务公司完成。导管外径常为 16 英寸-48 英寸,下深为 300 英尺左右。 5 表层套管 表层套管下入的深度要足以防止这些地层的坍塌,防止钻井液对 地表疏松地层的冲刷,表层套管是按装套管头和其它井口装置的立足 点,完井后这些设备就留在井上。表层套管的直径必须小于导管直径, 下入深度可能仅为 200 英尺左右,但有时可以长达几千英尺。具体下 深由该井的地层情况决定,通常下深为 300-400 英尺。 表层套管的另一项重要功能是防止淡水层受钻井液、油气、盐水 的浸污。为保护地下水资源,各州政府及联邦政府对表层套管下深都 有明确的法律规定。 生产套管 下入生产套管或油层套管是钻一口油气井主要目的之一,其它各 层套管只起辅助作用,油层套管用来把产油层与油层中不需要的液体 以及其它钻穿的地层隔开,对于油管和井下其它产油工具来讲,油层 套管是它们的保护套。油管可以从井内取出进行更换或检查,但油层 套管却被水泥固定在井眼内。因此,应当特别注意,油层套管的固井 质量,使地层与套管间形成一层绝对密闭的水泥环。 油层套管必须用优质的管子,并能适应各种复杂的条件,油层套 管常常又是最后下入井的套管,因此也是最长和最重的套管柱。在大 多数情况下,油层套管可能要承受最大的油井压力,因而必须用质量 最好的套管下入井内。同时,套管柱中任何一点小小的漏泄都可能会 发展成井喷,所以油层套管的螺纹连接部分必须能承受可能出现的井 内高压力。当下入油层套管时,套管丝扣应向钻杆那样严格紧扣到位, 以防以后漏泄。 中间套管 中间套管柱的主要用途是保护井眼,有时把这种管柱称为“保护 套管”或“盐层套管”。当油井加深通常需要用重泥浆的时候,常常 采用中间套管封住脆弱地层不被重泥浆压裂,有时,钻至岩层或硬石 膏层可能造成钻井液的污染,或者钻井液渗漏引起卡钻或井壁产生键 6 槽。有时中间套管柱也用来封闭老的生产层,以便往下钻更深的油气 层。 当钻较深的井时,通常遇到较高的地层压力,因而需要高比重泥 浆,在此情况下,中间套管的另一作用是防止浅地层井漏,因为中间 套管直径较小,能承受更大的压力,同时,它不易受钻柱的磨擦而损 坏,所以抗井壁压力的能力优于表层套管。中间套管下入的深度,应 该使套管以下的地层能够承受继续钻深时预计采用的泥浆比重,中间 套管有时在通过高压地层后再下入,因此,继续往深钻时,便能使用 较低比重的钻井液。 中间套管可以下至 5000 英尺深, 中间套管类型选择由井深和可能 钻遇的地层情况决定,中间套管常用外径为 5 英寸-13 3/8 英寸,从 地面下至井底来封固薄弱地层和高压地层。 尾管 尾管是一种缩短了的套管柱,它从井底向上超过中间套管底部或 油层套管 100 英尺,有时还要高些。尾管几乎都用尾管柱在上部套管 柱内悬挂,并常常用水泥封固。但油层尾管有时不用水泥固定而悬挂 于井内。 使用尾管的主要优点是费用低,因为仅要下入一段很短的管柱就 代替了从井底到地面的完整管柱。深井使用尾管有几点好处:下尾管 施工时间短,从而减少了卡套管柱的可能性;若上层套管被钻柱磨坏, 不可能从尾管顶端至井口下入内衬管。 但由于衬管密封处有时漏泄会带来不少麻烦;个别情况甚至难以 或不能将送入工具从尾管处御脱。尾管与上一层套管的间隙能小于其 它套管与套管间间隙。 套管柱设计 设计工程师习惯上选择几种常用重量,钢级的套管,利用井深, 7 地层压力,泥浆液柱压力这些数据来设计套管柱。工程师所设计的套 管柱要能在正常的油井条件下承受三种主要外力:拉伸力,外挤力和 内压力。 套管选择 拉伸力是主要由套管的自重对套管本体及接箍产生的向下作用 力,上部套管必须能承受下部套管的总重量。除导管外,抗拉设计是 套管设计中很重要的一项。很显然,抗拉强度在的套管必须放在井段 上部。 为确保留出足够的安全余量, 在设计时常取抗拉安全系数为 1.5 - 2.0,习惯上取 1.8。 抗拉安全系数是套管抗拉强度与实际轴向载荷的 比值。抗拉强度是套管不被破坏所能承受的最大拉伸力, N-80, 外径 7 5/8 英寸、 26.4 磅/英尺的套管最大许可悬挂负荷为 490000 磅, 考虑安全系数则允许最大悬挂重量为 272222 磅(490000÷1.8= 272222)。设计安全系数时,还要考虑套管的接箍强度,它常低于套 管的本体强度,计算以单位横截面承载为准。 当套管外的压力大于内部压力时,就表现出外挤压力。外挤压力 来自管外静液柱压力。除导管不考虑外挤力。因下入浅,其它各层套 管柱的设计均要计算外挤力。最常见的外挤力破坏管柱发生在挤水泥 过程中。N-80 套管能承受 3400PSI 外挤力,若不考虑安全系数,在压 力梯度为 0.5PSI/英尺的地层中,该型号套管极限下深为 6800 英尺。 若安全系数取 1.125,则最大许可下深为 6044 英尺(6800÷ 1.125=6044)。加在套管上的有效外挤力应为管外管内压力之差。轴 向拉力的存在会降低套管的抗挤强度。轴向压力的存在会提高套管的 抗挤强度。对于薄壁管柱,若其圆形载面有 1%部分被破坏,则整个所 能承受的外挤力将下降 25%,因此大钳、卡瓦、井壁碰撞对套管壁造 成的任何轻微损伤都将大大降低套管的抗挤强度。 当管内压力高于管外压力时,将表现为内压力。由于上部套管所 受外挤力小,因此最大有效内压力出现在上部套管段。井口处所受内 压力相对较高,所选择的套管必须能承受压力梯度为 0.6~1.0PSI/英 8 尺。N-80 套管的内压力强度或最小内屈服强度是 6020PSI。取安全系 数 1.1,则许可最大内压力为 5470PSI。计算内压力大小可能是套管柱 设计中最困难的工作。最大井口关井压力常被用作套管设计内压力, 井口关井压力的取值常凭经验选取。许多情况下,井口装置的最大允 许工作内压力作为套管设计内压力值。正常情况下,若以井口作为套 管内压力极限值,需假定井内充满泥浆且套管内外泥浆比重相等。即 就是从井底到井口套管任一点的内处泥浆液柱压力相等。大钳印或其 它对外壁的损伤都将严重消弱套 管抗内压强度。 除拉力、外挤力、内压力外,管串设计工程师还要考虑套管所受 的弯曲应力,轴向压力、扭曲应务。在有斜度的井段狗腿处将使套管 弯曲、承受弯力。在海上或沼泽地钻井,必须考虑套管的弯曲应力, 导管及表层套管必须允许受弯曲力,因此这种情况下其它各层套管也 要考虑弯曲力。 在套管下放过程中,若井眼弯曲或易卡井段遇阻时,套管就可能 受轴向压力。在地热井或注蒸气施工,因温度的升高,钢材膨胀、套 管内部挤压也将产生轴向压力。 扭曲力发生于当某一段套管旋转或沿一定方向被扭转而另一部分 套管固定或沿反方向转动时, 套管外用水泥封固后能防止产生扭曲力。 设计套管柱时,必须考虑每一种套管柱的特殊情况。表层套管主 要是在井喷起保护作用。 因此这种管柱通常是按承受 1PSI/英尺的破裂 压力来设计。但是在这个深度上,挤坏套管的危险性较小,一般可以 不予考虑。蹭套管的主要作用是在钻深井采用重泥浆时防止泥浆循环 漏失。以及处理井涌时控制井口的压力。这层套管柱的设计要考虑到 入井后,整个产油期内均承受力的作用。因而在设计时应考虑能否经 得住预期的内压力。如果油管带封隔器下井,一旦油管柱在接头处漏 油,井内油气压力就会施加于封隔器以上的液柱顶部。因此会产生比 油气压力更大的破裂压力,当采用深井泵进行气举或采油时,生产套 管内几乎是空的,这时管外静液柱压力将会产生相当大的外挤毁力, 易使套管挤坏。为此,设计时我们通常假设生产套管外存在压力梯度 为 0.5PSI/英尺的盐水,有时也假定管外受 1PSI/英尺的上覆岩层压 9 力。 近几年来,套管试验已显得更为重要,因为必须考虑套管可以承 受较高的压力,因此井的成本很高,一旦出问题,花费将更大。在一 口 123000 英尺的抽油井中,损坏要油管是一回事,而在一口压力为 10000PSI 的海洋油井、套管柱的损坏却完全是另外一回事了。导致新 套管破坏的因素有:(1)套管制造过程中的卸陷(2)装卸时造成的 损伤(3)应力集中而破裂套管上任何尖锐的凹痕都能造成该处的应力 集中和最终导致损坏。优质钢也会由于应力集中在有刻痕或擦伤的地 方造成损坏。细微的裂纹和裂痕都可能引起同样的事故,裂纹和外部 刮痕一般不易被肉眼发现,但是可以用磁粉探伤法,电磁探伤或超声 波探伤检测出来。经过认真细致的检测,通常可以发现管子总数的 1 -2%存在上述缺陷对于所有的 N-80 级和优质的套管, 特别是预期井 口压力超过 5000PSI 时,每根套管都必须进行静水压力试验,静水压 试验就是合格的套管在承受等于静水压试验的压力时不会被破坏,在 投资大的油井或压力超过 5000PSI 的油井中所有的套管都必须进行压 力试验和磁粉探伤或超声波探伤。 套管尺寸的考虑 下入井内第一层套管的尺寸,受到最后下入的生产套管尺寸的限 制,一旦确定了油层套管的直径,则就可以确定中间套管、表层套管 的直径及相应钻头尺寸。套管通径尺寸即管内无障碍物时能允许多大 外径的物件通过,这个尺寸很重要,它表征了管内最大允许尺寸的钻 头及工具通过。测试套管的通径尺寸能表明套管截面是否变形,也能 在一定程度上反应出套管是否笔直、选配适合某一尺寸套管的井眼尺 寸时,必须考虑接箍外径和井壁泥饼,以保证有足够的井眼间隙。 选择油层套管尺寸时,应考虑几个因素。井眼直径增大,油井成 本就相应增加;一口大井径井的成本必须与可以得到的经济效益相适 应。采油的方式决定着管子尺寸的选择,因为一口自喷井在开采后期 可能变为抽油井。当遇到高产油气井时,采收率也是一个值得考虑的 重要问题,多层采油同时需下入几根油管柱,以便对油井进行合理开 10 采,这时就应加大套管尺寸。若要下几层中间套管,则应增大表层套 管直径,否则油层套管尺寸就要变小。大的井眼和重的套管柱虽然需 要较大型钻机,但就开发的经济效益来说还是合算的。一口油井,很 有可能要经历佟井工作,因此油层套管柱的尺寸应该大到足以容纳各 种必要的佟井工具。有的时候,现有可获得的套管是选择油层套管的 一个考虑因素,最后,某一地区的常规实践常常是选择套管的决定因 素。因为那个地区配备的钻机都是适合该区的钻井作业,同时常用尺 寸的套管工具,配置齐全能尽量减少停工延误时间。 下套管 准备工作 所有的套管,无论是新的用过的或是重新修复的,在放到管架上 准备下入之前必须戴好护丝。在搬运过程中必须配戴护丝,当套管在 管架上滚动时,起码要用眼睛检查两端接头,凡有凹陷或划痕的套管 都应挑出放在一边。直接用钩子挂在套管接头处,即使套管戴有护丝, 也会损坏丝扣,因此应用绳套吊运套管。每一根套管在管架上滚动都 应小心,严防砸碰,当管子滚下垫木时用绳控制它使管子平稳滚动, 比用手推扶着了更安全有效。 每层套管间应放置足够的垫木,以便上层套管能很容易地滚到大 门口,管子沿垫木滚动时,必须注意不要使套管接头处相互挤碰,若 管子不相互平行,即使戴有护丝,滚动时也可能损坏丝扣。管子间执 木在水平和垂直方向上都应对齐,以防套管滚动和挤压,同时应加放 充足的垫木防止管子弯曲。 每层管子两边应有物块阻挡防止管子滚动, 套管应被放置在距地面至少 18 英寸的高度处,较高钢级的套管,对挤 压或碰撞造成的破坏特别敏感,必须避免管子滑落或振击。 如果采用分级套管柱混合套管柱,那么应该按照下井的相反次序 把套管排放在管架上, 即最下部套管应堆放在管架上最先下井的位置。 如果套管柱包括不同的螺纹扣型,那么带变扣接头的套管应放在管架 11 的同一位置。这样同类型螺纹就可以正确配合了。 套管必须按正确顺序入井,错下套管可能导致返工,甚至井的报 废,若不能明确鉴定某一套管的重量,钢级、类型则应放在一边。 对于套管的检查和试验,除非另有安排,通常由专业人员完成。 御下的护丝应摆放在一边,清洗、检查丝扣这些工作都由他们来做。 最后的现场检查可以查出可能由于运输或在流动时产生的损坏。若运 来的套管所戴接箍是手紧的,接箍必须御掉,以便清洗和检查接箍端 螺纹。运至井场前涂的丝扣油应该被清洗掉。常用溶解液和软毛刷来 清洗,常用异丙基酒精,甲醇、三氯乙烷作为溶解剂特别适用于冰点 以下的环境使用。柴油或煤油不能作为溶解剂,因为若残留在丝扣槽 内将会稀释丝扣油。条件允许,用溶解剂洗丝扣后应用压缩空气吹干。 清洗丝扣时同时要检查接头,接头损伤的套管柱应标出放在一边不能 下井。随后涂上新的丝扣油,再将清洗干净的护丝重新戴好。 当管架下排套管露出时,又重复上述工作。在易于生锈的环境里, 所有机械部分应涂上一层油,当检查工作完成后,套管被滚离管架拉 进井架时应戴上专用护丝,如果套管接箍已御去,或发现工厂安装的 箍余量过多,在把套管拉进井架之前就要仔细把接箍上紧。 每一根套管柱必须按下井的顺序编号,不同重量和钢级的套管应 该作上明确标记,每根套管的长度要用以英尺为单位的钢卷尺丈量, 钢卷尺应带有十分之一和百分之一英尺的刻度。每根管管丈量,的长 度必须记录在记录表内, 并以 10 根为一组, 丈量时, 对于圆螺纹套管, 应从接箍端面到另一头螺纹的第一个标记处,对于无接箍套管则为两 台肩面间的长度,测量的数值要精确到百分之一英尺,然后每组 10 根 加在一起,检查每一组的合计长度就可以很快地看出是否发生加法上 的错误,因为每一组的合计长度应接近每根套管平均长度的 10 倍。 每一次下套管作业中的一个重要工作就是丈量套管并记数,尽管 大部分的产油层,射孔井眼等的深度是由电测确定的,但最重要的还 要有一份下井套管根数的记录。下套管时,一种常见的误差是向井内 少下一根套管。相反,或者多下一根套管,也有极个别情况由于加法 错误,造成 100 英尺长的误差,如果我们对丈量工作给予充分重视并 12 按常规程序进行,那么这种误差是能够减少到最小。 有关套管丈量最要的一点是,要精确地知道下套管作业需用多少 根套管。首先要知道什么时候有多少根套管运到井场,然后要精确清 点井场上收到的套管根数,最后,在套管柱下井之后,清点场地上剩 下套管数。下入井内的套管必须是运到井场套管的总根数(除个别运 走外)和最后手边剩下的套管根数之差。 下套管 下套管前首先要考虑的问题(但未必是第一步)是保证井眼处于 良好的状态下,固井前应带走岩屑的过量泥饼。通常在决定下套管之 前,测井和取得其它资料后,钻杆已起出井眼 12~24 小时,这样在易 渗透地层可能会形成厚厚的泥饼,它有可能完全堵死环空,导致卡套 管柱或循环不通。钻屑或崩落的页岩沉积在井内,造成无法将套管下 到底,若事先不循环的话,常用措施是先下入一趟通井钻具,包括一 柱钻铤和一只用过的钻头,万一遇到井眼内的桥塞时,则可以把它钻 掉,下套管前若不使井眼清洁,调整好泥浆性能,就有可能引起卡套 管,固井质量差等问题,固井不合格还需额外费用来补挤水泥,甚至 重钻。 通井时,要精确地丈量钻具长度,并详细校核,以便达到通井钻 具的新长度与井深相符合。钻具一到井底,再次核对总井深然后开始 循环泥浆,至少要循环两周,与此同时,要观察泥浆比重、粘度和失 水性能。若要调整泥浆性能,则应慢慢转动和上下活动钻具,直到泥 浆工程师认为泥浆性能已符合下套管的要求为止。 在下套管时,除非装有自动灌浆装置,否则应定时向套管里灌泥 浆,灌浆的原因有: 1、 如果下井的管柱每增加一根就向管内灌注泥浆, 则套管在井内 遇阻的机会就会比等套管柱下到底时才打算灌浆少得多。 许多情况下, 就是因灌浆不及时才卡套管的。 2、 如果下入井内的大直径套管柱过长,而又未能及时灌浆,那么 就可能由于管外过大的液柱压力而使套管被挤毁。 13 常用一根带有快开阀的轻质软管灌浆,一般的灌浆程序是在提起 下一根套管过程中和准备对扣前,向已下井的套管灌浆。由于这段时 间有限,常不可能将套管完全灌满,因此习惯作法是每下 10 根,停下 来灌浆。 当所用的套管浮鞋、浮箍是普通型而不是自动灌浆型时,那么每 下入一根套管, 从井内排出的泥浆量应等于套管外径与套管长度之积。 这时固井作业的成败至关重要,因为泥浆回流量代表着所下入套管的 排代量。每下入一根套管的排代量,按套管外径的尺寸计算。 每下一根套管都要仔细观察泥浆返出情况,以便套管柱下至井底 时,确保循环畅通,泥浆池内泥浆增加量应等于下入套管的体积。一 根外径为 7 英寸,长度为 12000 英尺的套管柱,替换出的泥浆体积为 12×8.38 桶=100 桶,如果泥浆没有漏失,则泥浆池体积增加 100 桶。 在某些地区,特别是在泥浆质量可能不太好的地方,有时需要停止下 套管,开泵循环。常常每下 1000 英尺的套管,停下来循环一次,但大 多数操作者认为这种程序不必要,而假定井内返出的泥浆量合适,在 下完全部套管后才试着开泵循环,为防止井漏的一预防措施是控制套 管下放速度,从而降低压力波动。 在正常情况下,硬地层地区每小时可下套管 1200-2000 英尺,在 软地层地区每小时可下套管 1000 英尺。如果可能会发生井漏,根据操 作者的经验和他对泥浆质量及井眼情况的判断,下套管的速度可以降 低 30-50%左右。套管串上许多连接件在设计上不能承受拖拉力,因 此,不能象下钻杆那样去操作。许多操作者在下带有刮泥器和扶正器 的套管柱时,下放速度往往比“光套管”慢得多。这是因为这种套管 串易破坏地层导致井漏。 下套管应该避免引进过大压力波动,套管在井眼内被下放就如同 活塞在缸套内运动。活塞运动越快,压力激动就越大,如果地层薄弱 易裂,那么激动压力就能压裂地层、易发井漏,那样就不得不花费大 量时间去处理。 开泵循环时一定要注意应缓慢开泵,不宜太快。低泵冲产生的压 力激动小,一旦发现井漏迹象,就应立即降低排量。 14 通过大量实践,所有操作人员都强调套管下到底后,进行循环的 重要性。循环的一个重要作用是检查地面管线系统,另一作用是调整 井内泥浆性能,并在注水泥前冲洗井内岩屑和泥饼。尽管所有的操作 者都 在注水泥前通过套管循环泥浆,但循环的时间长短是有变化的。 循环时间可以短至 5-10 分钟,也可长达 4 小时。下完套管后,循环 期间,否认套管上有无刮泥器。都要尽快上下活动或转动套管柱,直 到水泥浆被替出套管柱外边为止。如果使用刮泥器和扶正器则应持续 循环泥浆和活动管柱,直至井口返出泥浆无泥饼和岩屑。有些操作者 认为,要提高注水泥作业质量,并不需要长时间循环,但至少应向套 管内泵入等于套管柱内容积的泥浆量,以确保在下套管时可能掉落入 套管内的东西,不会在注水泥时堵塞套管柱。循环时旋转套管的不利 之处是如果旋转用力过大,套管不能承受而扭曲变形, 对扣、上扣下井 提升套管的普通方法是用高悬猫头绳把每根套管从大门大坡道提 升到钻台上。绳套与高悬绳吊钩连接,将套管提升井架内,就可以准 备对扣,绳套上有一 个滑环套在套管接箍下面。在新拉上钻台的套 管未与井内套管柱上紧扣之前,不要把吊卡扣到套管上。 把套管拉上钻台时,必须小心操作,应该在井架大门处挂上一根 挡绳,防止套管撞击井架或转盘。套管从大门坡道上提起时要在螺纹 端戴上一个干净的护丝,这种护丝应很容易打开,也不用弄伤螺纹, 是一种特制护丝。对扣就是上扣前将新提起的套管丝扣端坚直对下井 内套管接箍或工具接头内,如果必要的话,还应在对扣前在整个螺纹 表面涂上丝扣油。使用套管丝扣油是必要的,因为即使丝扣已上得足 够紧,也没损伤螺面,但一根套管螺纹顶部与另一根套管螺纹底部间 仍存在间隙,若这一间隙贯通,液体就会从此渗漏,丝扣油能堵死沟 槽形成完全密封,丝扣油由固体铜、锌、石墨颗粒及润滑脂组成。润 滑脂润滑金属面防止擦伤丝扣,固体颗粒起密封缝隙作用,防止泄漏, 螺纹锁紧丝扣油在下套管时配制好,这种糊状的丝扣胶在很短的时间 内就会硬化成固体,将丝扣胶涂在公扣端前三分之二表面上,然后上 15 紧扣,当丝扣胶硬化后,连接得很牢固,其卸扣扭矩约为上扣扭矩的 四倍。钻井工程师建议工厂安装套管接箍前应将丝扣彻底清洗,涂上 优质丝扣胶,再装上接箍。正确使用丝扣油可防止滑错扣。涂丝扣油 的刷子应不粘有异物保持干净,同时丝扣油不能被稀释,对扣的时候, 应小心下放套管,避免损伤螺纹,最好由架工在寺管操作台上扶正使 套管垂直,若错扣,则应将上边这根套管提起重新对扣,错扣了仍继 续上扣,则会损坏丝扣和密封面,也削弱了接头处的连接强度。对扣 后,最初应慢慢上扣,确信没有错扣后再继续上扣选取正确的上扣扭 矩,对顺利下放套管至关重量。丝扣应上到超过手紧的位置至少 3 圈, 对 4-1/2 英寸~7 英寸套管,7-5/8 英寸以上套管至少 3-1/2 圈。 套管动力大钳不仅能减轻劳动强度,同时也消除了旋绳,自动猫 头急拉绳和猫头所产生的危险。螺纹的上扣扭矩可通过正确地操作动 力大钳而精确控制,大多数的这动力大钳是液压驱动的,但有一些是 用压缩空气驱动的,大多数的这些动力套管钳能够打开,退出套管。 当套管下入数量多时,使用套管卡盘。卡盘同时具有卡瓦和吊卡 的功能,卡瓦应清洗干净,牙齿尖锐,保证有足够受力面抱住套管柱。 下放前几根套管时应使套管安全卡瓦,因没有足够重量作用于卡瓦各 片上使其充分夹紧套管柱并支撑其重量,动力钳牙板应保持干净、锋 利防止打滑和磨伤套管本体,因此在下套管过程中应定时冲洗检查。 下套管应接完一根下放一根,而不可连续接几根后才下放,这样作很 危险,当套管拉入井架,母端靠在井架大门处时,卸掉母扣护丝。若 用提升短节,则应等上完扣,下至钻盘面后再卸掉,母扣端螺纹应涂 上足量的丝扣油。 当使用自动灌浆装置时,应进行功能试验,下放套管应平稳,不 能突然制动,那样产生的动载荷将加大对管子的拉伸力,平稳下放, 防损坏套管和卡瓦。 套管柱的坐定 所谓套管的坐定是指采用安放在套管头内密封内外管柱间环空的 套管悬挂器将套管柱的重量加在井口装上,套管柱坐定时,操作者考 16 虑到其它管柱会产生多大的应力,放松的管柱中会产生什么后果。在 确定悬挂负荷、即传递到套管头上的负荷时,必须考虑到外层套管柱 的强度以及套管头和悬挂器的负荷能力。套管柱放松时,应考虑到其 它套管柱被压弯的可能性。反之,如果套管柱上出现附加的工作压力 时,就应考虑套管抗拉强度,套管柱坐定时,还必须考虑到套管柱处 于拉伸状态对套管抗挤和抗内压强度的影响作用。当注水泥固井时, 在井口的套管承受附加拉力, 并且由于其自重而趋于伸长。 API 的一个 委员会根据套管坐定实践提出建议,套管坐定时应由套管悬挂器象吊 卡一样承受全部管柱重量,而不必放松或悬挂部分重量。这个建议可 适用于所有油井,只要泥浆比重小于 12.5 磅/加仑,要求使用标准的 抗拉和抗压安全系数,井口装置能能承受套管重量而又不破坏套管以 及要考虑到未来作业可能带来的附加负荷使表层套管承受压缩力而又 不会遭破坏,这个建议就要求对油井的未来生产条件作出估计,该委 员会认为特殊的生产环境就需要进行特殊的技术分析和处理。 在深井中坐放套管柱时,国为悬挂的负荷较重,套管伸长量和井 温度变都很大,所以放松颧悬提部分管柱的负荷是一个值得考虑的重 要问题,悬挂在油井中的油管、套管若两端固定,则温度每变化 1°F, 管子的应力增大 207 磅/英寸 2,例如:26 磅/英尺,7 英寸外径的套管 柱,到平均温度 150°F 坐在套管头上的重量为 200000 磅,横截面积 为 7.55 英寸 2,若温度下降 40°F 则管柱收缩加在套管悬挂器上的负 荷将增加 62500 磅(40°F×7.55in2×207PSI=62500 磅)。则该套管悬 挂器承受的总拉伸负荷达至 262500 磅。APIJ-55 套管接箍的屈服强 度为 367000 磅,因此不会被拉断,但抗拉安全余量应在大大减小。相 反,如果井内盐水通过管柱,温度升高 40°F 悬挂器所受的拉力将会 减少,减少的数值也同样为 62500 磅,这时井口承受拉力将为 200000 -62500=137500 磅,这种情形将减弱套管拉直的趋势,如果套管外 没有全部被水泥封固,那么就可能引起套管柱的弯曲。 实际上,在一口生产井的开采期间,要完整的预测可能出现的所 有工况,是不可能的,由于这个原因 API 建议采用注水泥时将套管准 确地悬挂在井口的位置是一促合适的折中的措施。常用的拉伸、内压 17 和外挤设计系数都应有足够的安全余量,以适应强能出现的最大负荷 变化,对于非常深的油井,如果预测到温度或压力的波动很大,就应 由有经验的技术人员专门负责处理。 用作导管和表套管的大尺寸的管柱能承受很大的夺缩负荷,尤其 是当套管被用水泥封固或被打入地层内。 当套管外被封固, 大部分 API 套管被闪国能够承受与拉伸负荷相等的压缩负荷。 如果由于某种原因, 压缩负荷过大,而且外层套管又不能承受内层套管的全部重量时,则 应考虑采用下述一种或多种方法来解决: 1、 放松内层套管柱的部分重量,只让部分重量悬挂在悬挂器上。 2、 使内层套管柱外水泥返至地面,以便用水泥环支承套管柱重 量。 3、 使用一个井下悬挂器, 以便把部分套管柱的重量悬挂在井下外 层管柱上,其余重量悬挂在井口套管悬挂器上。 4、 把套管柱的下部改作衬管,这样再在上部接套管,就比原来整 段套管柱轻得多。 API 标准 美国石油协会,能源部出版了套管、油管、钻杆标准,有了标准 由为购买者购买规范的设备和管材提供了指南, API 套管可以是无缝钢 管,也可以是电焊钢管,但大多数用于油井的套管是用无缝工艺制造 而成的。先将方钢回工成圆钢,然后钻孔形成中空的管子,用一系列 不冯子或圆棒压管子以确保套管笔直、圆度高,特别是要外径规范。 焊制钢管是将薄钢板卷制甩空管,然后两端焊接起来,再用滚轮滚压 使管子笔直,外径标准。“API 标准与 5A 套管‘主要系数有:外径、 每英尺重量、钢级、壁厚、螺纹类型、允许最小壁厚不少于正常壁厚 的 87.5%。 用于制造 API 套管的钢材必须符合有关化学和物理性能的规定, 钢是一塑性材料,受外加拉力时伸长,如果拉力不超过其屈服强度。 18 那么去掉该力时,材料就会恢复原长。抗拉强度是指材料在不断裂的 前提下,能承受的最大拉应力。套管在车间要进行屈服强度和抗拉强 度试验。套管屈服强度其定义是:产生一个总伸长量等于总长度 0.5 %时所需的拉伸应力。可直接对整根套管试验,也可割下一段进行试 验。所取的一段样品必须具有该套管的标准尺寸。将们伸榈两端固定 于两平行盘上,两盘间有最大拉伸和压缩量的限制,因此样品全长不 得超过 2 1/2”英寸。 API 标准规定每根在磁管都应进行液柱压力测试,直径小于 10 3/4”英寸的套管其测试压力必须大到足以产生等于钢材最小屈服强度 80%的纤维应力,直径为 10 3/4 英寸和更大的套管的试验压力则应大 到足以产生一种等于钢材最小屈服强度 60%的纤维应力。 套管丝扣和接箍 符合 API 标准的油井套管可以是平头无螺纹套管,但通常是带有 螺纹和装有接箍的,其规格如下: 1、 8 扣圆形螺纹,无接箍 2、 8 扣圆形螺纹,短接箍 3、 8 扣圆形螺纹,长接箍 4、 梯形螺纹,无接箍 5、 梯形螺纹,有接箍 6、 加长螺纹段 7、 特殊接头 套管接箍通常在工厂用专用机械上紧到套管本体上,可是应购买 商的要求可以以物紧为准, 接箍上扣一到手紧位置能方便下 套管前卸 掉接箍,以便清洗检查螺纹,涂上新的丝扣油。以这种程度进行,实 践证明能减少丝扣处泄漏的机会。若在工厂已上紧接箍,尽管进行过 密封压力测试,但能搬运后。就不能安全保证其性能不变。手紧定义 为卸接箍使用扳手钳可卸掉。 19 第二部分 注水泥 油井固井是一个配制水泥浆,浆水泥浆注入到套管与井壁间环空 的过程,水泥凝固将地层与套管连接成一体,完成好固井工作有 5 点 很重要: 1、 清除环空岩屑及疏散泥饼,能增加水泥胶结质量。 2、 使套管在井眼内居中, 以便在套管外形成连续均匀的水泥环封 固带,减少了油气水串可能性。 3、 产层段水泥量应加大,以便能承爱射孔作业。 4、 水泥应与套管外壁表面粘结牢固,无微环隙。 5、 通过活动套管,上提或下放,或转动来提高水泥心紊流度,加 强循环,从而将封固段泥浆知彻底替出,提高顶替效率。 固井可分为主固井和附固井。主固井是指下完套管后立即进行的 固井,其主要作用有: 1、 阻止流体从地层串流到地表。 2、 支撑套管柱。 3、 防止污染淡水层。 4、 防止套管被腐蚀。 附固井包括打水泥塞,封堵油层,弃井打水泥帽,补挤水泥,这 也是钻井工程的一项内容。 配浆 干水泥和水混合成水泥浆,用尽量干净的水配浆是很重要的,任 何适于饮用的淡水都能用于配水泥浆,但水的供给量应该是充足的, 而且泵送到注水泥装置的速度必须合适。如果水源来自,中来自附近 的江河湖海,则正式配浆前应在现场实验好水泥浆的凝固时间。水泥 凝固时间受水中杂质如氯化物或粉砂含量的影响很大,特别是在深井 20 中影响更严重。 来自江河湖泊的水中都含有一仲共同物质腐植酸。有 时发现钻井用水中含有磷酸盐,丹酸盐和处理泥浆能的降粘剂,这些 化学剂右能严重延迟水泥的凝固,如果水的质量有问题,必须取水样 与使用的水泥配浆试验。 注水泥作业用的基本水量是刚好满足混合水泥浆所需的水量,加 上泵起动灌水,管线试验和清洗固井设备等所需的水量。常用的水灰 比是每袋水泥约 5.5 加仑水,每部水泥车起动,试验,清洗需 500 加 仑水,另外必须再多准备 500 加仑的水作为人为误差的余量。由这些 数据,一次用量为 500 袋水泥的作业必至少用水为 3750 加仑。 水力喷射混浆是最早广泛使用的混水泥浆设备,今天仍在使用。 这种带喷嘴的泥浆装置采用了文丘利效应,在漏头喉道处产生局部真 空,液流呈紊流态,液流与来自漏斗的干水泥粉,混合,接着流流离 开文丘利喉道进入管线中。 水力混合漏斗被广泛用来混合水泥。(图 18)今天仍被使用。它 的原理是利用在漏斗的喉节处产生真空和紊流来混合水泥粉未。此种 类型的混合漏斗设计简单,性能可靠,易于。操作通过两种方法来控 制混合速度:(1)控制通过漏斗喉结处的液体流量。(2)控制漏斗 中所加的水泥量。可用旁通来增加额外的水,通过增加水的百分比来 减小水泥浆的比重。随着加料的不同,需要调节流速,这就需要调节 漏斗喉节处的大小。最新式此类型的混合漏斗不需要拆卸就可以调节 漏斗喉节大小。现场取样是控制水泥浆密度的最常用方法。现在也提 供自动测量水泥浆密度的装置。 循环式混合器是一种比较先进的用来混合水泥的设备。此设备因 能产生均匀的水泥浆而被现场广泛使用。循环式混合器是通过把干水 泥和水加到一个混合用的容器中而工作的。 干水泥先与水混合在一起, 形成水泥浆再混合更多的水和水泥。当水和水泥被完全混均后,一部 分用泵抽长,另一部分现在是水泥浆,仍循环用来混合更多的干水泥 和水。 分批配浆器是在用的第三种类型的水泥混合器。它操作简单。水 泥和水从上部进入混合灌, 从底部通入的气流把它们混合在一起。 (图 21 23)分批配浆器是用来满足一口井对配制特定体积水泥浆的需求。此 混合器最主要的缺点是配浆不均一和数量受到限制。但多个此混合器 的组合为连续固井提供足够的能力。 固井 当下完套管,通常井眼内充满钻井液。通常在打水泥浆之前,先 打入 10 到 50 桶的水。水起到清洗和把钻井液和水泥浆隔开的作用。 先用水冲洗泥饼和泥浆,因而减轻对水泥的污染。因为水较容易得到, 并在较低的流速下就能产生紊流。因而在固井前能进行很好的清洗, 另外,它不影响水泥的凝固时间,而大多数的泥浆稀释剂会延缓或完 全阻止水泥的凝固。10%的带腐蚀抑制剂和表面活性剂的乙酸有时也 用作先行水。它确实有效而不会腐蚀套管。盐酸(5%-10%)也可用 作先行水,但即使用水把酸和水泥隔开,也可能存在腐蚀。如果不担 心的大量的水减小水头的话,非酸性液液的冲洗是有利的。 一种叫水泥头的装置,安装在套管顶端。(图 24)水泥头和固井 管线把固井泵连结起来,形成一个通路。此外,在水泥头里放一个底 塞和一个顶塞。(图 25)先离开水泥头的是底塞,它用来刮掉套管里 的泥浆和把泥浆和水泥浆隔开。当水泥浆从固井泵出来到达水泥头, 底塞随水泥浆一起进入套管,直到遇到浮箍为止。泵压升高到一定值, 顶开底阀的隔膜,水泥浆通过浮鞋,进入套管与井眼之间的充填。打 完水泥浆,拔出销子,释放水泥头里面的顶塞。顶塞顶走水泥浆并且 把套管内壁的水泥浆刮掉。同时它也减少尾水和水泥浆的混合。顶塞 是比较坚固的,当它下行遇到底塞后,泵压升高,再没有流体能够通 过顶塞(图 27)这时,泵压的升高或看作在顶塞前套管内所有水泥浆 被替完的一种信号。当顶塞、底塞相碰撞后,停泵泄压。当套管内的 压力泄掉后,浮箍的单流阀关闭,防止水泥浆返回套管,在水泥凝固 之前,作用在套管内壁上的力应该被泄掉,因为此力可导致套管变形。 然后水泥开始凝固,卸水泥头,甩多余套管,泵水泥浆应尽可能快, 以便在环空中产生紊流,以便 最有效的替走环空中的泥浆。操作应根 22 据自己的判断来决定流速并且还要考虑物理上对流速的限制。加上套 管上的力太大,可能导致套管变形;环空中流速过大可能会压裂地层 而导致水泥浆漏失;流速过大还可能造成在井口跑泥浆而造成泥浆浪 费。 套管附件: 套管附件是用来帮助下套管,让套管居中,刮掉井壁的泥饼。浮 鞋呈圆鼻状,通过丝扣连接在第一根套管的底端。引鞋有一定重,它 很沉。前端是圆的,来帮助套管下入井眼。浮鞋的底端有一个开孔, 以便在下入套管肘,钻井液进入套管中(图 29A)后来是水泥浆通过这 个孔穴。 现在使用的有三种类型的浮鞋:平式浮鞋、组合式浮鞋和自动灌 浆式浮鞋。浮鞋是一个下到井里的接在套管底端的一个重型接箍;它 有下圆型鼻子来避开障碍手,起到导引作用。套管鞋里面有下个内坡 口,以便工具好进入套管。(图 29B)。在其它套管附件不用的情况下 也得用浮鞋。 组合式浮鞋经常被使用,特别是用在长的。贵的套管上,因为它 有一个回压阀,回压阀在装上浮箍的情况下也是必需的。此装置不太 贵。有时需要两个回压阀,当套管下入充满泥浆的井筒中,泥浆是不 能通过关闭的回压阀,只有把泥浆灌入套管中,此阀才能打开,浮鞋 能够使井眼中的套管浮起来减轻井架一部分载荷。如果套管是空的, 井眼内充满泥浆,套客处于漂浮状态,就象漂浮在水中的一条船,因 为产生一部分浮力,所以作用在井架上的力减小一些。但是如果是完 全空的话,泥浆的压力会把套管压坏。所以套管内要加入一定量的泥 浆以免套管被挤坏,但不能充得太满,以便损失太多的浮力。 浮鞋有很多种,自动灌浆式就是其中的一种,这种装置允许套管 下入井眼过程中定量的流体流入套管柱内部。起先,在达到某深度以 前,自动灌浆式浮鞋使泥浆不能进入套管,但随着套管机浮鞋下入深 度的增加,泥浆回压,把此阀打开,泥浆进入套管。然后当套管中泥 23 浆达到一定量后,套管中泥浆压力关闭此阀。大套管完全充满前,浮 鞋关闭,防止损失所有的套管浮力。随着套管下入深度的增加,此阀 重新打开,允许更多的泥浆进入套管直到此阀重新关闭。此阀的开启 和关闭是随着套管下入交替进行的。其中一种自动灌浆式浮鞋是通过 调节,管子内外不同的水头来控制进入套管的液体量。另外一种带孔 板装置的浮鞋也能达到同样目的。相似的装置也可以出现在浮箍中, 自动灌浆式浮鞋能消除由于套管下入造成的压力激动造成循环漏失。 此装置省去了每下完一根套管而灌一次泥浆的麻烦。当自动灌浆式浮 鞋失去作用,从顶部灌注泥浆来增加套管内压力,自动灌浆式浮鞋又 重新起到常规回压阀的作用。 除了浮鞋, 我们也经常使用浮箍。(图 31)浮箍与浮鞋大体相似。 浮箍使套管不完全充满泥浆而浮在井眼中。当套管下入井眼,套管外 面液柱压力关闭回压阀而阻止泥浆进入套管。套管柱所受压力的大小 取决于管柱内液体的体积。在压力作用下,泥浆和水泥浆能够通过回 压阀进入环空。当套管下到设计深度,通过套管和浮阀建立循环通路。 浮箍可接在第一根、第二根或第三根套管上。不过大多数情况下,浮 箍在浮鞋上有一段距离,以便提供盛被污染的水泥浆。浮箍也起到阻 止水泥浆回流的作用。顶塞向下,移动遇到服箍而停止。套管内的水 泥浆被替完,浮箍与浮鞋之间的套管内有一段水泥浆,以确保此段套 管能被很好的固结。 有时也用浮鞋和带挡圈的接箍代替浮箍。它相当于浮箍,只是没 有回压阀。胶塞碰到此挡圈停止,让浮鞋与此接箍间的一根或更多根 套管充满水泥。以前浮鞋浮箍是焊接在套管上的,但现在通过丝扣来 连结以防止钻水泥塞时脱落。因为焊接能减小套管强度,所以可能的 话应尽量避免。丝扣连接比点焊,套管能承受更大的扭矩。在受拉, 高温 600℃,左旋扭矩的情况下,这些接头有可能被破坏。钢级为 J- 55 的材料只有在很苛刻的条件下才能够焊接。 更高级则根本不能焊接。 标准浮鞋,浮箍的钢级为 N-80,因此焊接,损伤是在所难免。 当一级固井所固的井段过长,有可能把地层压漏,因此需要两级 或多级固井装置(图 32)此装置包括一个带孔的分级箍。安装在套管 24 柱适当的位置。通常先固下面井段,用一个能通过分级箍而不打开分 级箍孔的胶塞。然后开孔塞打开分级箍的孔,水泥通过此孔进入上部 环空中。最后关闭塞关闭此孔。当钻水泥塞时,分级箍也被完全钻开。 因为在采矿中,对工部空隙的回填是必要的,所以分级箍也用在采矿 作业中。 在固井作用套管扶正器(图 33)有两个主要目的:(1)确保套 管四周水泥浆均匀分布。(2)套管与地层之间完全密封。在固井中, 使套管居中,套管周围形成同心的水泥环,以防止渗透性地层的窜槽。 根据现场报告,使用扶正器后,固井质量提高了,如果使用刮泥器和 增大水泥浆的上返速度,效果会更好。除了用降阻剂,用一般的固井 设备,水泥浆在环空中不可能形成紊流。但是通过上下海运或转动套 管能起到同样的效果。对于套管扶正器,必需要有足够的强度,以便 使套管居中,并且还要有足够的窨让循环流体通过。在装扶正器的时 候,两扶正器的距离不能隔得太长,以防止套管接触井壁。尤其是在 斜井中。大套管周围必须形成同心水泥环。扶正器可以让套管居中以 防止压差粘卡,扶正器还可以刮掉泥饼和防止水泥浆在环空中窜流。 一种类型的扶正器装在套管接箍位置,其它类型的扶正器要用卡箍。 刮泥器是一种机械式井壁清洁器。当套管上下活动或转动时刮掉 井壁泥饼。刮泥器虽可以焊接在套管上,但通常的做法是用卡箍。条 片式扶正器在下井前,在甲板上就被安装好。铰链式扶正器和刮泥器 在下套管时装上。上下活动或刮泥器 15 到 20 英尺就需要加一个。而 旋转或刮泥器通常中加在产层位置。在套管上装上刮泥器,相当于在 水泥中加钢丝绳来增加水泥环的强度。在下带刮泥器的套管时,上下 活动 5 到 35 英尺,这取决于刮泥器的长度及间隔。在上下活动套管时 不要太快,以免产生的激动压力把地层压漏。一般频率为每两分钟上 下活动一次。如果加的是旋转式刮泥器,就需要在转盘中加卡瓦来帮 助以每分钟 20 转的转速旋转。为防止套管的破坏,必需限制转速。在 斜井中旋转套管,对套管和每一个接箍,都有一定的破坏性。在注水 泥中,套管上要有大量扶正器和刮泥器,如果上下活动或转动套管, 套管有可能被卡住。套管附件通常在甲板上就被装上,有时是通过焊 25 接,但绝大多数刮泥器不能焊接以免产生负作用。焊接能造成管子因 应务集中而破损。已知,在钻进中,套管在点焊处破损。 水泥体积: 计算水泥浆体积最基本的方法是井眼的体积减去套管的半端排替 量。固井服务公司出版了一个小册子,上面列出一些表格,包括井眼 与套管,套管与套管,套管与油管之间环空体积。不管是通过计算, 还是通过查小册子,套管与更大尺寸管柱之间的环空体积是相当精确 的。但另一方面,管柱与井壁之间环空体积由于井眼的缩径就不那么 精确了。需固水泥井璺的体积可根据钻头尺寸乘以尝试再加上根据经 验得出的附加量得到。甚至了井径曲线得出所需体积,也要有一定的 附加量以防止水泥浆在地层中的渗漏而影响固井质量。这个附加量根 据当地地质,情况钻井、方法钻井液类型、水泥添加剂的变化而变化。 根据经验法求体积是根据钻头尺寸,深度得出的体积再乘以一个倍数 得到,以每 1000 英尺多少桶计。例如,10 英寸井眼体积大约为 100 桶/1000 英尺。 套管与井眼之间的环空体积可以根据井眼的体积减去套 管的闭端排替量,例如:7 套管的闭端排替量为 49 桶/1000 英尺, 10井眼体积为 100 桶/1000 尺, 两者之间的环空体积为 100-49=51 桶/1000 英尺。体积单位桶与立方英尺之间可以通过一个系数来转换。 这种近似法对于环空体积的确定十分有用。 因为如上所述,井径很规则,井眼由于三方面的原因造成扩径: 钻偏离轴线,井壁冲刷,泥页岩的坍塌。在用通过直径计算体积这种 方法时,直径取得比钻头的直径稍大些,效果会更好。 当需固体积计算好后,必须确定好所需的水泥浆体积,以便好安 排加入水泥浆中各种原料的数量。考虑因素涉及到混合水与水泥的比 例,水泥类型,硅酸盐或果壳等处理剂的数量。这些比例通常从供货 商那儿可以得到。当所用单位水泥浆的体积确定后,通过对照水泥浆 总量和环空体积就可以估计出套管外的水泥返高。要想得到精确的水 泥返高很难办到。通过计算得出水泥返高在硬岩地区比在墨西哥湾岸 26 区更适用,因为在硬岩地区井眼井径更规则。当遇到较多渗透性岩层 时,必须考虑水泥浆的过滤性漏失。通过加适当的处理剂来控制水泥 失水以便每包水泥有更大的充填量。在固井之前正确与否选择附加量 取决于井筒容积数据的可靠性。如果做了井径测井,一般附加量为 15 %到 25%,如果不知道真实井径的线%。 固井后需考虑的问题 当顶塞碰到浮阀,泵压升高,停泵,下一步是判断套管柱中的回 压阀是否起作用。当水泥在环窜上返时,泵压升高到 1000psi 左右, 一个必须经历的过程是当顶塞碰到浮阀,不马上停泵,只有当泵压再 上升几百个 psi 后,才停泵。以便完全确定所有的水泥浆被替完。停 泵后, 作用在套管上的力大约为 1500PSI; 此力使套客向四周稍有一些 膨胀。如果套管外没有水泥,不会产生什么影响。但在四周有水泥的 套管底部,水泥和套管之间的胶结合会受到影响。当水泥凝固后,压 力的释放使膨胀的套管收缩,这样水泥与套管间结合不紧密。在水泥 凝固前就释放压力就可以解决这个问题。同时还呆以立即进行下一步 的工作 。泄压之后,接下来的时间是等待水泥凝固,我们把它叫做候 凝或 WOC。 候凝时间让水泥有足够的时间去固化和有足够的强度来胶经 才固定套管。水泥环必须能够承受以后如钻水泥等操作中的震动。还 有各地层必须被封死以防窜槽。 如果有浮阀, 就不需要蹩压候凝。 如果没有的线 小时来候凝。通常候凝时间是从碰压开始,到钻水泥塞为止。为了水 泥有足够的强度,候凝是必须:(1)固定套管和承受以后作业中的震 击。(2)密封渗透性地层以防止地层流体的流动。实验证明,在大部 分情况下,8PSI 的力就足够支撑套管。相似实验证明,只要有 130PSI 的抗压强度就足够密封大部分地层。 27

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