固井工艺

固井工艺技术固完井技术研究所(吐)2015年1月报告人：李辉汇报内容一、固井技术现状二、套管相关知识三、套管附件及井口工具认识四、固井作业基本认识五、固井施工过程六、固井质量检测标准一、固井技术现状起源1919年Halliburton在俄克拉荷马州成立新方法油井固井公司标志独立于钻机的泵注系统发展借鉴建筑行业发展添加剂体系固井设备仪器仪表API标准现代固井的起源一、固井技术现状概念化阶段19081938年，从埋管到注水泥形成一门独立的工艺技术单塞双塞专用管材+专用水泥专门化检测套管注水泥工艺发展阶段19401970年，从单一套管注水泥到形成多种注水泥工艺方法（分级、多管、反循环、延迟、管外注、内插注、挤水泥、打塞、尾管注）管材工具配套化材质配套化（水泥、外加剂、前置液）机理初探（顶替）现代固井的发展一、固井技术现状现代固井的发展科学化阶段1970目前工艺定型工具及材料条例化设备专门化技术理论化设计科学化水泥及外加剂化学管材力学、加工工艺学形成独立科学制造技术测量技术计算机技术现代固井的发展一、固井技术现状固井系统固井设备固井工具固井材料仪器仪表灰库，水泥车，运灰车，储灰罐，水罐，压缩机地面工具井下工具水泥头管汇尾管悬挂器，双级箍，套管封隔器，浮鞋、浮箍，套管扶正器油井水泥外加剂API分级减轻剂加重剂降失水剂缓凝剂水泥浆实验仪器监测仪器一、固井技术现状固井的特点一次性工程：如果质量不好，一般情况下难以补救，且成本高，效果差隐蔽性工程：主要流程在井下，施工时不能直接观察，质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏，受多种因素的综合影响作业要求高、技术性强的系统工程：施工时间短，工序内容多，作业量大，是技术很强的工程油气井的百年大计：固井施工安全及固井质量影响后续工程的进行（开采、压裂增产，寿命及产能）,对产能影响大固井是系统工程、一次性和隐蔽性工程、百年大计工程一、固井技术现状固井可能带来的危害井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故）灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大油气水窜——单井段报废，降低开发效益环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害超缓凝——延长作业时间、增加作业成本返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益……一、固井技术现状固井的关键技术要求一次作业成功率–提高固井一次作业成功率，是确保工程技术安全的关键，是提高固井质量的保障，可以省略后期补救作业有效封隔–实现层间有效封隔，是后续安全钻井的保障，是提高开发效益的保障长寿命–固井的长期封固质量，是延长油气井寿命的关键，是提高单井综合经济效益的关键一、固井技术现状现代固井技术的科学内涵现代固井工程，隶属于油气井工程二级学科，是油气井工程二级学科的一个主要分支。涉及到地质学、力学、化学、油气井工程、机械工程、冶金工程、材料科学与工程、管理科学、经济学等多学科，是一个系统工程。现代固井工程，从工程实际角度，可以划分为固井工艺技术与方法、固井水泥浆体系和固井装备与质量控制三个单元。一、固井技术现状现代固井技术与其他专业关系现代固井工程是石油工程技术领域的一个重要环节，并形成独立专业体系。与地质、钻井、完井、测井、井下作业、油气田开发等各个专业有着密切关系。汇报内容一、固井技术现状二、套管相关知识三、套管附件及井口工具认识四、固井作业基本认识五、固井施工过程六、固井质量检测标准二、套管相关知识一、API套管规范1、API套管物理性能2、API套管标记3、API套管标准二、下套管作业程序二、套管相关知识一、API套管规范API套管物理性能第1组：H、J、K、N钢级的套管。第2组：C、L和T钢级限定屈服强度的套管。第3组：P钢级的高强度套管。第4组：Q钢级特殊用途套管。1、级别：（APISpec5CT包括四组各种规格和壁厚的套管）二、套管相关知识一、API套管规范API套管物理性能2、钢级标准API套管钢级标准分类是以套管材质的最小屈服强度为依据。制造套管的钢材是一种弹性材料：在外加拉应力作用下产生伸长，当外加拉应力除掉以后，又恢复到它原来的长度。只要这个外加拉应力小于或等于钢材弹性极限或屈服强度时，当所施加的外加拉应力除掉后就会恢复它原来的长度而不产生永久变形。所谓钢材的屈服强度指的是：在外加拉应力作用下产生一个伸长，当伸长长度为原长度5%时，则这时的外加拉应力的值叫作钢材的屈服强度。例如：某钢材的长度1m，它的截面积为2英寸2，在80000磅拉力作用下，其伸长长度等于5cm，则这种钢材的屈服强度=80000磅/2英寸2=40000磅/英寸2二、套管相关知识一、API套管规范API套管物理性能2、钢级标准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——40000psi、55000psi、75000psi、80000psi、95000psi、110000psi、125000psi、150000psi。Psi是磅/英寸2的代号。1psi=1磅/英寸2=0.07031kg/cm2。二、套管相关知识一、API套管规范API套管物理性能2、钢级标准钢级代号最小屈服强度备注英制单位公制单位磅/英寸2(psi)kg/cm2（KSC）H-40400002812.4抗硫化氢J-55550003867.05抗硫化氢C-75750005273.25抗硫化氢N-80800005624.8C-95950006679.45抗硫化氢P-1101100007734.1高强度套管钢级Q-1251250008788.75高强度套管钢级V-15015000010546.5高强度套管钢级二、套管相关知识一、API套管规范API套管标记1、套管标记二、套管相关知识一、API套管规范API套管标记2、颜色标记二、套管相关知识一、API套管规范API套管标记3、扣型标记二、套管相关知识一、API套管规范API套管标准1、长度标准圆扣套管从接箍端面量到公扣消失点的圆周线；梯形扣套管从接箍端面量到公扣△符号的底线处；无接箍套管及RL-4型隔水导管从母扣端面量到公扣台肩处；ALT、ATD、ST-2型的隔水导管从母头台肩面量到公头定位销下部处。二、套管相关知识一、API套管规范API套管标准2、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）、气密封扣此外还有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、管端平坦线扣型二、套管相关知识一、API套管规范API套管标准2、API套管丝扣规范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，规格如下：8扣圆形螺纹，无接箍8扣圆形螺纹，短接箍8扣圆形螺纹，长接箍梯形螺纹，无接箍梯形螺纹，有接箍加长螺纹段特殊接头二、套管相关知识一、API套管规范API套管标准3、API套管丝扣上紧扭矩同一尺寸、同一壁厚、同一钢级、同一扣型的每一根套管其紧扣扭矩值是不完全一样的。因此API标准规定了紧扣的最小与最大扭矩值。取最佳扭矩值的75%作为最小扭矩值，取最佳扭矩值的125%作为最大扭矩值。紧扣时实际的扭矩值如果小于最小扭矩值而达到了上紧时的位置或大于套管最大扭矩值而未上紧时的位置，则这样的套管应视为不合格套管，不允许下入井内。下套管时，把开始的几根或十余根套管丝扣紧到上紧时的规定位置（圆扣套管接箍台肩端面紧到与公扣消失端齐平或+1扣，梯形扣套管接箍台肩端面紧到与公扣上的△符号的底线齐平或+1扣，最多不超过△符号的顶点），记下每根套管的实际紧扣扭矩值，然后取其平均值作为继续下套管的紧扣标准或参考。二、套管相关知识一、API套管规范API套管标准4、API套管通内径规标准下入井内的套管，入井前都必须用规定的内径规逐根通过检查，凡内径规通不过者，应视为不合格套管。套管尺寸范围mm（in）内径规套管名义内径d-公差mm长度mm规格厚度mm114.3-219.4（41/2-85/8）152.48.001-10.0076d-3.175244.5-339.7（95/8-133/8）304.810.0076-11.9888d-3.96875406.4-508.0（16-20）304.810.0076-11.9888d-4.7625558.8-914.4（22-36）d-6.35二、套管相关知识二、下套管作业程序套管送井前的准备外观检查，标记应清晰，否则应查清钢级。外径及壁厚检查，其表面刻痕深度不得超过名义厚度的12.5%，其外径、壁厚、重量公差标准见表项目公差套管外径D+0.75%套管壁厚t-12.5%单根套管重量误差+6.5%-3.5%二、套管相关知识二、下套管作业程序套管送井前的准备丈量套管单根长度，长度应精确到0.01m。套管应戴好公母护丝。送井套管长度余量不低于5%。旧套管，应彻底清除表面防锈油脂及清除管内铁锈和杂物。按需要进行探伤和试压检查，试压标准如下：①114.3-244.5mm（41/2-95/8＂）套管，压力值相当于最小屈服压力值的80%。②273.1-508mm（103/4-20＂）套管，压力值相当于最小屈服压力值的60%。套管运送全过程，严防碰击。送井套管必须附有包括套管数量、钢级、重量、螺纹类型及质量检查书面资料。二、套管相关知识二、下套管作业程序套管现场准备套管送到井后，依据入井次序的钢级、重量、螺纹类型排列，后入井的放下层，先入井的放上层。外观检查，凡凹陷、刻痕的深度超过名义壁厚的12.5%不能入井。螺纹检查——清洗公母螺纹，不应有明显伤痕，密封面完好。入井时需要涂密封脂。通内径。在通径时，要采取螺纹保护措施，从母扣端放入通径规，通井规标准按照表1所示套管尺寸范围mm（英寸）内径规套管名义内径d-公差mm长度mm规格厚度mm114.3-219.4（41/2-85/8）152.48.001-10.0076d-3.175244.5-339.7（95/8-133/8）304.810.0076-11.9888d-3.96875406.4-508.0（16-20）304.810.0076-11.9888d-4.7625二、套管相关知识二、下套管作业程序套管现场准备有问题的套管（变形、钢级不一，丝扣损伤或不一做上明显的标志，并告知钻井监督）套管丈量精度0.01m，要测量两遍，及时与套管本体上的套管长度（含扣长）比较，有问题反复核准；套管记录数据：厂家、尺寸、扣型、钢级、标重、特殊特征、单根长度；丈量单根套管长度及编号；并核定送井套管数量；编制入井套管程序表。二、套管相关知识二、下套管作业程序下套管安全措施下套管前，应对井眼进行处理，以满足下套管要求；检查提升系统，循环系统、动力系统、刹车系统，以及相关仪表等，确保其灵活好用。作业前应召开安全会，明确分工，同一认识，确保作业安全顺利。一般要求，浮箍上的第一根套管及以下所有套管接箍，公螺纹要加螺纹粘结剂，并逐根灌满钻井液，保证套管在平稳状况下上扣。下套管时应检查确认套管入井顺序，并注意不要损坏套管。下套管遇阻上下活动套管时，操作者要密切注意指重表变化情况，上提负荷不能超过套管接箍强度的70%。上下活动套管的一般原则为少提多放，尽可能将套管放下去，若多次活动无效，应接上循环头循环。下套管时要保持井眼清洁，严禁工具及其他物品落井。焊接套管只适用于N-80以下钢级，P-110钢级禁止在上面焊接。二、套管相关知识二、下套管作业程序下套管安全措施下尾管作业时，尾管悬挂器进入转盘后，要将转盘锁住，防止套管串转动出现下套管过程中突然座挂