固井工程技术基础Word下载.docx
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R1
5.49-7.32
1.83m
R2
8.53-10.05
1.52m
R3
10.97-12.80
2、钢级标准：
API套管钢级标准的分类是以套管材质的最小屈服强度为依据的。
API标准允许7种级别的钢材用作油井套管材料。
这7种钢材分别是H－40、J－55、C－75、N－80、C－95、P－110、Q－125、V－150。
（它们的最小屈服强度分别是40,000psi、55,000psi、75,000psi、80,000psi、95,000psi、110,000psi、125,000psi、150,000psi。
PSI是磅/英寸2的代号。
1psi＝1磅/英寸2＝0.07031公斤/厘米2＝0.07031KSC。
因此,换算成公制单位时,它们的最小屈服强度分别是2812.4公斤/厘米2、3867.05公斤/厘米2、5624.8公斤/厘米2、6679.45公斤/厘米27734.1公斤/厘米2、8788.75公斤/厘米2、10546.5公斤/厘米2。
）
API套管钢级代号和其最小屈服强度列表如下：
最小屈服强度
钢级代号
英制单位
磅/英寸2（PSI）
公制单位
公斤/厘米2（KSC）
备注
H－40
40,000
2,812.4
抗硫化氢
J－55
55,000
3,867.05
C－75
75,000
5,273.25
暂行标准抗硫化氢
N－80
80,000
5,624.8
C－95
95,000
6,679.45
P－110
110,000
7,734.1
高强度套管钢级
Q－125
125,000
8,788.75
V－150
150,000
10,546.5
API管材钢级的物理机械性能
钢级
性能
H-40
J-55
K-55
C-75
N-80
C-95
P-105
P-110
V-100
D
E
36Cr
nimo4
SAE
4140
3140
最小抗
拉强度
（公斤/
42.2
52.7
66.8
70.3
73.8
84.4
87.9
120
110
72-89
最小屈
服极限
毫米2）
28.1
38.7
56.2
77.3
105.5
33.7
100
95
60-72
2"
试样
的最小
条状
27
20
16
15
12
18
10
伸长率
（％）
整体
32
25
17
断面收缩率
40
57
45
冲击韧性αk
（公斤-米/厘米2）
4
5
8
使用
钻杆
套
钻
接
方钻杆
范围
套管、油管
管
杆
头
接头钻进
3、API套管丝扣规范：
API套管分为有接箍套管和无接箍套管（代号XCSG）两种。
API有接箍套管丝扣分为长圆扣（LCSG）、短圆扣（SCSG）、梯形扣（BCSG）工具接头扣（TJ）即偏梯扣、VAM扣即梯形扣（同一尺寸的套管，梯形扣接箍外径比VAM扣接箍外径大，但扣型相同，可以互换）。
此外还有RL－4型扣、LS型扣、LS－2型扣、LS－2HP型扣等等。
API无接箍套管丝扣分为奥米加扣型、管端平坦线扣型（无接箍套管扣，英文为EXTREME－LINEFORM）等。
4、API套管标记：
1）、API钢级代号和颜色标记
颜色标记
K－55
H
J
K
N
P
无颜色
一条浅绿色环带
二条浅绿色环带
兰色，特殊情况接箍为兰色，且中间有一黑色环带
一条红色环带
兰色（棕色特殊情况用），特殊情况接箍为兰色，且中
间有一黑色环带
白色（离接箍0.6米处）
2）、API扣型代号
扣型
长圆扣
短圆扣
梯形扣
无接箍
LCSG
SCSG
BCSG
XCSG
3）、套管识别标记
图2-1套管识别标记
圆螺纹套管标记（示范）
API直连型螺纹套管标记（示范）
.API套管VAM扣（示范）
厂家
用途
钢级
接箍涂色
新
日
铁
深井用
NT-95DS
白色夹褐色环
住友
SM-150G
紫色夹白色环
NT-125DS
白色夹黄色环
高抗挤毁
SM–95T
茶色夹红色环
NT-150DS
白色夹粉红色环
抗挤抗硫
SM-95TS
茶色夹蓝色环
NT-95HS
粉红色夹褐色环
低温井用
SM-80L
红色夹黄色环
NT-110HS
粉红色夹白色环
SH-95L
茶色夹黄色环
NT-80SS
黄色夹红色环
日本
钢管
一般井
H55
黑色
NT-85SS
黄色夹紫色环
防硫
J55
草禄色
NT-90SS
黄色夹橙色环
K55
禄色
NT-95SS
黄色夹褐色环
C75-2
蓝色
NT-80LS
青色夹红色环
高强度
红色
NT-95LS
青色夹褐色环
褐色
NT-110LS
黄色夹白色环
白色
SM-80S
红色夹白色环
NK-AC80
红色夹蓝色
SM-90S
橙色夹蓝色环
NK-AC85
红色夹蓝白色环
SM-95S
NK-AC90
红色夹蓝色环2条
SM-95G
棕色夹白色环
NK-AC95
褐色夹蓝色环
SM-125G
天蓝色夹白色环
高抗拉
NK-T95
褐色夹白色环
二、固井工具、附件
井口工具通常包括：
套管水泥头、尾管水泥头、钻杆水泥头、快速接头、循环头等
一）、固井工具
1、水泥头
水泥头是注水泥施工过程的井口联接装置，用于联接套管（或钻杆）和注水泥管汇；
水泥头还用来安装胶塞，通过胶塞释放挡销机构控制胶塞的释放，并根据胶塞释放指示销判断胶塞是否释放。
1）、套管水泥头
套管水泥头：
在套管固井时用于连接套管和地面固井管线，同时提供容纳1-2个套管胶塞空间配有相应释放机构。
2）、尾管水泥头
尾管水泥头由提升短节、本体、旋转轴承机构、钻杆塞挡销机构、投球机构、钻杆联接短节和阀门管汇等部分组成，（如图2-4所示）。
尾管水泥头主要用于尾管固井，提升短节和旋转轴承机构的作用同钻杆水泥头的对应机构相同。
坐挂尾管悬挂器时，旋转投球机构的手柄，顶杆便将球从投球机构内腔顶出，球在重力和泵送液体的推动下，沿钻杆内腔落到悬挂器球座上，在泵压的作用下使尾管悬挂器实现坐挂。
释放尾管胶塞时，旋转钻杆塞挡销机构的手柄，使挡销从钻杆塞内腔收回，钻杆塞便在泵送液体的推动下离开钻杆塞所在内腔，沿钻杆内壁落到尾管胶塞座上，在泵压的作用下剪切释放尾管胶塞。
3）钻杆水泥头
钻杆水泥头：
在半潜式钻井平台常规套管固井时使用，主要功能是连接井口送入工具与固井管线，并提供容纳钻杆胶塞和/或剪切球的空间，配有相应释放机构。
2、快速接头：
用于连接套管与套管水泥头。
通常快速接头下段为对应套管扣，上端为快速扣。
3、内管扶正器：
内管固井或其类似固井作业中用于扶正钻具在套管内居中度。
常为单弓型
4、循环头
循环头是在下套管或尾管中途连接于下入套管或尾管柱上建立循环的井口工具，（如图2-5所示）。
当套/尾管下入中途或下入套/尾管过程中遇阻时，将循环头下端的套管扣或分体短节连接于套管顶部，循环头上端的接头连接于钻台至泥浆泵的管线上，建立泥浆循环。
5、内管注水泥插入头
内管注水泥插入头主要用于钻井过程中大尺寸表层套管固井作业的工具。
（如图2-6所示），内管注水泥插入头主要由插入头、密封圈和钻杆连接扣等部分组成。
当表层套管下到设计井深后，在钻柱底部连接内管注水泥插入头，下钻并插入与之配合的套管鞋密封插座内，便可准备固井。
图2-6内管注水泥插入头示意图
6、双级固井分级箍
图2－6双级固井分级箍示意图
7、尾管悬挂器
SYX-A型Φ244.5×
Φ177.8（9-5/8"
×
7"
）尾管悬挂器为单液缸、双锥体、双排卡瓦、液压坐挂式悬挂器。
它主要由以下几部分组成：
如图2-7所示
a、悬挂器本体总成：
由锥体、液缸、活塞、卡瓦等件组成。
b、送入工具总成：
该工具可重复使用，由防砂罩、提升短节、倒扣总成和中心管组成。
c、密封总成：
由密封外壳和密封芯子组成。
d、回接筒
e、胶塞：
包括钻杆胶塞和尾管胶塞。
f、球座总成
g、浮箍、浮鞋
图2-7尾管悬挂器图组
工作原理：
Φ177.8（95/8"
）尾管悬挂器为液压式，采用投球憋压的方式实现坐挂。
使用时配合专用的送入工具，将尾管悬挂器和尾管下入到井内设计深度。
投球，当球到达球座后憋压，压力通过悬挂器本体上的传压孔传到液缸内，压力推动活塞上行，剪断液缸剪钉，再推动推杆支撑套，并带动卡瓦上行，卡瓦沿锥面涨开，楔入悬挂器锥体和上层套管之间的环状间隙里，当钻具下放时，尾管重量被支撑在上层套管上。
继续打压，憋通球座，建立正常循环。
然后进行倒扣、注水泥、替浆作业。
最后将送入工具和密封芯子提离悬挂器并循环出多余水泥浆，起钻，候凝。
二）、套管附件
1、浮鞋、浮箍
套管浮鞋装在套管柱底部引导套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；
套管浮箍装在浮鞋以上2～3根套管处，为胶塞提供碰压位置，当上胶塞到达浮箍时，泵压会突然升高，这时候说明胶塞已碰压，固井替浆结束。
不管浮鞋/箍，两者都具有一个单流阀机构（图4-24），该阀可防止固井结束后套管环空内的流体进入套管内，同时，在管串入井时还可减少大钩载荷。
单回压阀浮鞋双回压阀浮鞋可插入工具式浮箍（内管固井）
单回压阀浮箍可插入工具式浮箍
2、胶塞
1）、套管胶塞套管胶塞（图4-25）主要用于自升式平台和导管架上的套管固井，底塞（红色）用来隔离水泥浆与前置液，防止前行水泥浆在出套管浮箍前受污染；
顶塞（黄色）用来把顶替液与水泥浆隔开，防止后面的水泥浆受顶替液的污染，同时顶塞还用来碰压，指示固井替浆结束。
2）、尾管胶塞组尾管胶塞（图4-27）连接在尾管送入工具中心管下端的接箍上，钻杆胶塞通过尾管水泥头进行投放，刮去钻杆内的水泥浆并与尾管胶塞复合后，剪切释放尾管胶塞。
尾管胶塞下行顶替水泥浆至球座后碰压。
3、套管扶正器
套管扶正器（图4-28）有弹性和刚性之分，它们的作用是扶正套管，提高套管在井眼中的居中度，使套管与井壁环空的水泥浆充填均匀，保证固井质量。
套管扶正器通常安放在油层、水层上下，井径不规则处，浮鞋、浮箍的上下，尾管重叠段等位置。
焊接式扶正器
n用于所有的常规井
n一体式铰链可承受较大负荷
n高级弹性弓板
n自锁式铰链销钉可防止松脱
n超强度焊接
非焊接式扶正器
n超过API10D标准要求
n弓板固定牢靠
n环板强度高、铰链结实
n自锁式铰链销钉易安装且不会松脱
双弓扶正器
n较好的扶正效果利于顶替
n入井磨阻小
n减少卡钻、管柱易于活动
n增加接触面，减少弓板压入井壁的深度
螺旋刚性扶正器
•确保任何井斜下的扶正效果
•极好的扰流性能
•在井眼曲率较大的井段和产层经常与弹性扶正器一起使用
机械减阻工具
4、扶正器止动环
图4-29所示为多种类型的扶正器止动环。
止动环装在套管本体上，限制套管扶正器上下活动，确保水泥浆重点封隔范围。
5、Weatherford-Gemoco（威德福—吉母壳分级箍
尺寸inch
95/8"
133/8"
钢级
P110
P110
公称重量lb/ft
26-32
43.5-53.5
61-72
壁厚mm
9.16-11.51
11.05-13.84
10.92-13.06
最大外径inch
8.2
11.125
最大外径mm
208.28
282.575
381
钻后内径inch
6.161
8.609
12.375
钻后内径mm
156.489
218.669
314.325
长度mm
790
922
904
开孔套内径mm
114.3
184.15
260.35
关孔套内径mm
127.00
196.85
279.4
开孔压力psi
700-1000
开孔压力MPa
4.8-6.9
关孔压力psi
1200
1000
关孔压力MPa
8.3
6.9
最大负载（SF1.5）1000lbs
653
1071
1441
抗拉强度t
296.2
485.8
653.6
最大内压（SF1.2）psi
10170
9320
6350
最大内压MPa
70.1
64.3
43.8
最大外挤（SF1.2）psi
9640
7450
2990
最大外挤MPa
66.5
51.4
20.6
三）、固井材料
1、API油井水泥和规范
根据API规范规定:
油井水泥分为8个级别A、B、C、D、E、F、G、H；
油井水泥分为3大类:
普通型（O）、中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）（见表2-1）。
近年来,国外波特兰水泥已从原有的A、B、C、D、E、F、G和H级简化为5种,即A、B、C、G、H级水泥用于井温76℃以下的井;
G、H级水泥用于井温大于76℃的井。
在固井作业中,G级水泥通过加入速凝剂和缓凝剂可用于低、中、高温井,适用于全井段所有套管层次的固井作业。
（见表2-1）
表2-1API规范10A油井水泥级别定义
分级
类型
适用井温范围
特殊
选择
钻井的特殊选择
A
O
低温井选用
MSR、HSR
B
MSR
HSR
F
C
中温井选用
G
中、高温井选用
被用于全井各层次套管固井
2、油井水泥添加剂
由于井下环境比地面条件恶劣得多，为了使水泥浆广泛地用于油田钻井、完井、修井等作业中，对水泥浆密度、稠度、稠化时间和抗压强度等都具有更高的要求，采用纯水泥已远远不能满足工艺技术要求，必须依靠外加剂来调节其使用性能。
1、水泥添加剂的种类
目前常用外加剂的种类主要有：
缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、促凝剂、抗高温强度稳定剂、减轻剂等等，其主要作用如下：
缓凝剂：
主要是延长水泥浆稠化时间或凝结时间。
促凝剂：
主要是缩短水泥浆稠化时间以和增大水泥石的早期抗压强度。
降失水剂：
主要用以防止水泥浆急剧失水，保护油气层。
减轻剂：
主要是降低水泥浆密度，防止水泥浆在低压漏失层发生漏失。
分散剂：
用以改善水泥浆的流动性能，有利于水泥浆在低泵速泵压下进入紊流状态。
消泡剂：
防止和避免溶解水起泡，稳定水泥浆密度。
抗高温强度稳定剂：
在深井、高温情况下，加入硅粉，防止水泥石抗压强度出现热衰退现象。
2.塔里木油田固井常用添加剂
塔里木油田经过多年来的固井实践，主要选用了3大类型的固井添加剂，基本上满足了深井、复杂井固井施工对水泥浆性能的要求。
①、兰德（LANDY）系列添加剂：
LANDY-806L和LANDY-89L两个系列，主要用于中高温井（80～120℃）。
②、欧美科（OMEX）系列添加剂：
OMEX－FS-23L系列，主要用于高温井（120～140℃）。
3、斯伦贝谢（Schlumberger）D168高温系列添加剂：
主要用于超高温井（160~180℃）。
第三章固井工程技术基础
油、气井固井：
是将油井水泥、水以和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵送到预定深度的井壁与套管、（套管与套管）的环形空间内，使套管与井壁、（套管与套管）之间牢固粘结，具有一定强度且密封良好（图3-1所示）。
一、固井工艺
1、井身结构
井身结构（图3-2）是指套管层次和每层套管的下入深度、水泥浆的返高和套管和井眼尺寸的配合。
井身结构不但关系到钻井工程的整体效益，还直接影响油井的质量和寿命。
各层套管的具体作用为：
①导管：
建立表层钻进的泥浆循环。
②表层套管：
用于封隔上部不稳定的松软地层和水层，安装井口装置，控制井喷和支撑技术套管与油层套管的重量。
③技术套管/尾管：
用以分隔难以控制的复杂地层，保证钻井工作顺利。
技术套管/尾管不是一定要下的，争取不下或少下技术套管/尾管。
④油层套管/尾管：
用以把生产层和其他地层封隔开，把不同压力的油、气、水层封隔起来，在井内建立一条油、气通路。
保证长期生产，并能满足合理开采油、气和增产措施的要求。
2、固井方法和工艺流程
1）、内管柱固井（插入法固井）
如图3-3所示，把与钻柱连接好的插入头插入套管浮箍/鞋的密封插座内，然后通过钻柱注水泥进行固井作业，称为插入法固井。
内管柱固井主要用于大尺寸（16″~30″）导管或表层套管的固井，其优点为：
1在无大尺寸胶塞、水泥头的情况下，可对大尺寸套管进行固井。
2通过钻柱注水泥、顶替，可大大减少对水泥浆的污染。
3减小水泥浆的浪费，有效保证固井质量。
在大套管内用钻柱对套管进行固井作业的方法称为内插法固井。
由于内管柱内径相对很小，不仅可以提高大直径套管的注速，减少替浆有利于准确控制替浆量。
而且可以避免水泥浆在套管内混浆和串槽。
内插法固井主要用于大直径的表层套管和技术套管的固井。
（工具如图示）。
2）内插法固井技术要点
（1）插管头规格（Ф130、Ф105、Ф90等）mm
Фmax=（132.7、86.59、63.62）cm2=S头
（2）插管座深度H<
36.36m时，需加7″钻铤1柱（约27m），
插管座深度H>
36.36m时，可不加7″钻铤，但还是加1柱最好，
总之：
（W方钻杆+W钻杆+W钻铤）之总重量≥（0.01LMPa+C）×
S头。
（3）水泥石抗压强度>
3.5MPa时可以钻水泥塞（抗压强度由室内试验得知）。
3）内插法固井工艺流程
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