固井：下套管、注水泥

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固井质量的核心问题就是套管柱的强度和环形空间的密封及胶结质量问题。

下套管

井身结构设计

主要包括套管层次和每层套管的下深，以及套管和井眼尺寸的配合。

一、套管的分类及作用

1、表层套管

封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；

安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。

2、生产套管（油层套管）

钻达目的层后下入的最后一层套管，用以保护生产层，提供油气生产通道。

3、中间套管（技术套管）

在表层套管和生产套管之间由于技术要求下入的套管，可以是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。

4、尾管（衬管）

套管的基本类型

二、井身结构设计的原则

1、有效地保护油气层；

2、有效避免漏、喷、塌、卡等井下复杂事故的发生，保证安全、快速钻进；

3、当实际地层压力超过预测值而发生井涌时，在一定压力范围内，具有压井处理溢流的 能力。

三、井身结构设计的基础数据

地层岩性剖面、地层孔隙压力剖面、地层破裂压力剖面、地层坍塌压力剖面。

四、确定套管层次和下深的基本思路

依据两个压力剖面，以保证钻进时井内最大压力不压裂最薄弱的裸露地层为原则，从全井最大地层压力梯度处开始，由下向上确定套管的层次和各层套管的下入深度。

五、套管尺寸与钻头尺寸的选择

1. 原则：

（1）套管能顺利下入井眼内，并具有一定的环空间隙柱水泥。

（2）钻头能够顺利通过上一层套管。

井身结构示意图

套管柱强度设计

一、套管和套管柱

1. 套 管

（1）结构特点

优质无缝钢管，一端为在管体上车制的公扣，一端为带母扣的套管接箍。

（2）螺纹类型（API标准）

短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型（XL）

2、套管柱

由同一外径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。

套管

二、套管柱受力

套管柱在井内所受外载复杂。在不同时期（下套管过程中、注水泥时、后期开采等过程中）套管柱的受力也不同。

在分析和设计中主要考虑基本载荷：轴向拉力、外挤压力及内压力。

套管柱受力

三、套管的强度

1、套管的抗拉强度

套管所受轴向拉力一般在井口最大。

由拉应力引起的破坏形式：本体被拉断、脱扣。

圆螺纹套管的丝扣滑脱负荷小于管体的屈服拉断负荷；以丝扣滑脱负荷作为其抗拉强度；

梯形螺纹套管和直联型套管的丝扣滑脱负荷大于管体的屈服拉断负荷。以管体屈服拉力作为其抗拉强度。

2、套管的抗外挤强度

外挤载荷作用下的破坏形式：

径厚比较大时，失稳破坏（失圆、挤扁）；

径厚比较小时，强度破坏。

根据现有套管尺寸，绝大部分是失稳破坏。套管开始丧失稳定性时的外挤压力值称为其抗挤强度。

抗挤强度可以在钻井手册或套管手册中查到。

3、套管的抗内压强度

内压载荷下的主要破坏形式：爆裂、丝扣密封失效。

抗内压强度可由钻井手册或套管手册查到。

井队工人下套管

注水泥技术

注水泥目的：固定套管、有效封隔井内的油气水层。

注水泥的基本要求：

（l）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；

（2）注水泥井段环形空间内的钻井液全部被水泥浆替走，不存在残留现象；

（3）水泥石与套管及井壁岩石有足够的胶结强度，能经受住酸化压裂及下井管柱的冲击；

（4）水泥凝固后管外不冒油、气、水，环空内各种压力体系不能互窜；

（5）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。

油井水泥是一种硅酸盐水泥。

1、对油井水泥的基本要求：

（1）水泥能配成流动性良好的水泥浆，且在规定的时间内，能始终保持这种流动性。

（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；

（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；

（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；

（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。

2、水泥凝结与硬化

水泥的硬化分为三个阶段：

溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。

凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水泥浆变稠，直到失去流动性。

硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强度增加，硬化成为水泥石。

常规注水泥工序

套管钳钳头

注油器护套

套筒接杆

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