六下套管作业.ppt

第六章下套管作业井眼的准备钻机及工具设备的准备套管的准备套管对扣和上扣下套管附件及扶正器的使用套管上扣扭矩1.6.16.1、井眼的准备 井眼处于良好状态，要求完成以下三个方面的工作：(1)下套管前通井，首先清除在渗透井段可能形成的过厚泥饼，防止下套管遇阻或粘附卡套管，以及循环憋泵。通井钻具最少要保持一柱钻铤，通井用的钻头应去掉喷嘴，其大水眼容许用较大排量洗井，并要求洗井不少于两周。(2)调整钻井液性能至设计规定要求，尤其是应控制粘度、切刀、失水，以及泥饼摩阻力。对于定向井应取得较低的泥饼摩阻系数(3)保证井下泥浆稳定，从通井循环结束后起钻开始至下套管达设计井深这段时间，要求不产生井涌、井漏，保持井壁的稳定性。2.6.26.2、钻机及工具设备的准备(1)对钻机进行系统的检查，尤其应对绞车刹车系统和钢丝绳作仔细检查，必要时倒换钢丝绳、增加游动系统绳数；(2)加固井架及基础，依据套管荷重情况而定；(3)测量井架的垂直度和井架基础的水平度；(4)泵的检查准备，按固井设计要求进行更换缸套；(5)清理循环系统沉砂；(6)按套管总重量，从钻台上拉掉多余钻挺或钻具。3.(7)吊环的准备，其载荷能力应适应套管的动载荷要求。载荷计算公式如下：Fd=415.55VA式中Fd动载荷，kg；V套管的下放速度，m/s；A套管截面积，cm。吊卡及吊环抗张安全系数至少应在2.53.0以上。(8)井口装置的准备，通井工作结束后，下套管前按正常规则应将防喷器芯子换为与套管尺寸一致。如果有万能防喷器，可省略换芯子的工序。4.(9)吊卡的准备：换上能满足套管载荷要求的套管吊卡，检查是否与吊环配套。对于重载荷情况，尽可能采用套管卡瓦式吊卡卡盘。检查内径与套管外径之间隙是否符合要求。仔细检查支承表面，不应产生单边受力不均匀磨损，接箍支承面上的裁荷是否分布均匀。(10)一般选用液压驱动的动力大钳，要求处于良好的工作状态，下套管应校验扭矩仪，但也应准备好旋绳、猫头绳、大钳，作应急用。5.(11)配置临时操作台：较先进的有下套管电动操作台。(12)准备好下套管灌浆管线，该管线端配接好快关阀。(13)准备好套管和钻具联接的循环接头，该循环接头的抗拉强度应与套管一致。(14)其它配套附件工具的准备。例如内径规、快速松开螺纹护丝、导向喇叭口及导向器。6.6.3 6.3、套管的准备 1.搬运及储存套管注意事项(1)按API5C1的推荐作法进行操作。(2)运输过程中，套管公扣及接箍均必须戴好护丝。(3)装卸套管，在坡道上、下放套管，严防碰击和套管弯曲。(4)套管长期储存应防止腐蚀与弯曲。套管最下一层应距地面不少于0.45m(或18in)，堆高不超过五层，上下层间用垫木隔开。堆集存放应分开钢级、壁厚、螺纹、尺寸，具有醒目的标志，每年应卸下护丝一次，重新涂黄油。7.2井场套管的准备依据入井次序的钢级、壁厚、螺纹排列，后入井的放下层，先入井的排在井场前面，放上层，接箍朝井架大门方向。(1)目视检查接箍和管体表面，凡有凹陷、刻痕(尤其是横向刻痕)，其深度超过壁厚25者，不能入井。(2)记录到井场的总计套管根数、需要入井的根数、剩余的根数。到井场后可卸去接箍母护丝，但公护丝必须戴齐。8.(3)完成井场通径工序。应由接箍端放入内径规，注意保护好螺纹，绝不要反方向通径而造成母螺纹的损坏。用压缩空气送吹或小管子推送内径规较适宜。在钻台斜面投放内径规通试的方法不可取，容易发生内径规落井事故。某些特殊螺纹，例如VAM扣，在通试内径时，不能卸掉母护丝，否则内径规将对金属锥面造成损坏。9.(4)接箍检查。接箍面不能有严重刻痕，注意吊卡碰击引起的端面破坏。应注意原装螺纹外露扣数，超过标准不能使用，一般应小于2.5扣。上扣的过量扭矩是造成接箍破坏的主要原团之一，对特殊螺纹用手指直观检查是可行的，轻微刻痕应予修理，纵向刻痕将影响密封性能。已上至最大扭矩而还有过量余扣时，应检查接箍椭圆度。用外卡尺分几个方向测量，管体的椭圆度经内径规通过则认为是合格的。对钢级判断不清楚时应在接箍上查找钢印标志。10.(5)丝扣检验。在井场使用丝扣规检查螺纹是不适宜的，必要时可用一只合格的新接箍或公扣合扣，检查上至手紧距离是否标准。轻微损坏应在入井前加以修理。应当认识到，一般特殊螺纹截面拉力大于母接头的临界截面或本体截面拉力强度，而API螺纹则相反。清洗螺纹和修扣不要除掉磷化层，彻底清洗应在通井、丈量后进行。正确的清洗办法是不应当使用柴油及汽油，而采用高效能溶剂，并用擦布和鬃毛刷清洗螺纹，对护丝的清洗应达到同样标准。11.(6)测量套管长度。这是一项细致工作，测量有效长度应以接箍端面至公接头末扣为准。特殊螺纹应以规定标记符号间的距离为准。无接箍套管，则为两个台肩间的长度为准，测量套管基本上每根应重复两次以上，并互为核对。单根长度数据确定后进行入井次序编号，计算累计长度和下入深度数据。为了避免下入深度出现严重失误，井场技术人员必须清楚地掌握送至井场的套管总根数、入井根数、场地剩余根数。入井套管编好的次序后，不同壁厚、钢级应有明显标记。对不入井的套管也应作出明确记号。测量套管单根长度要用钢卷尺，精确到3米。12.6.4 6.4、对扣和上扣 1.套管上钻台及对扣 套管上钻台应在大门方向加挡绳，避免碰撞，公扣应戴上快速松开型护丝。对扣前可在场地上先给母螺纹均匀涂上套管密封脂和戴上套管帽，涂丝扣油刷手必须保持清洁。对扣时应小心地下放套管，从井口及操作台上协同配合扶正，对扣后开始的阶段应慢慢转动套管，避免错扣，整个对扣过程要防止灰尘脏物落进螺纹内。有条件时可使用对扣导向器，对扣和上扣均不要摇晃套管，否则，会对丝扣造成擦伤。对于特殊改良型螺纹有必要先用链钳引扣。原则上应是单相套管对扣和上扣，采用双根或立柱的方式下入套管是错误的。原因是，在对扣时过大重量的压力造成丝扣面擦伤，其次是地面装配或预先装配联接螺纹质量不可靠，易发生滑脱事故。13.2上扣(1)采用旋绳及普通套管钳上扣时，建议采用API5C1中的推荐方法。1)在上至手紧位置后(47套管)，用大钳再紧三圈，7以上尺寸套管要紧三圈半。如用旋绳则将要超过手紧位置，这时看具体情况和扭矩确定大钳再应紧扣圈数。作为一般经验，上至手紧位置后至少用大钳再旋转套管三圈。2)发现任何上不到紧扣位置，均应卸开检查，判断清楚或修扣，否则不应入井。3)上扣时发现过大的摆动，应降低上扣转速，如转速降低后仍然摆动过大，则是因为螺纹轴线与套管轴线不在一条直线上，说明套管质量有问题，该套管不能入井。摆动还容易造成粘扣。4)当紧扣时，如发现原厂方装配端螺纹也紧扣，说明已上至最大紧扣程度，或已达最大扭矩。14.(2)用动力大钳上扣。1)动力大钳必须配置准确可靠的扭矩表，并应在使用前校准，使用中应注意准确性。套管开始上扣不应有过紧现象，否则应卸开检查。注意，卸开扭矩常超出上扣扭矩的2530。2)继续上扣，注意扭矩表的规定扭矩及上扣完到达位置，转速不超过10转分。3)应上扣至规定的扭矩值，达到定位位置，管柱较轻时下边应打上内钳(咬定钳)。实际上扣扭矩值一般与推荐的最佳扭矩值有一个偏差，因此，规定最小扭矩值不小于最佳扭矩的75，最大扭矩不大于最佳扭矩值的150。15.4）应保待钳臂与尾绳成90直角。校正液压动力钳采用如下计算公式：有效扭矩载荷钳臂长T=扭矩/r式中T载荷(拉力),kg;r钳臂长，m。其作用示意图见图3l。图 31 有效扭矩示意图 16.5)紧扣后，接箍端面与丝扣最后定位记号平齐。如超过定位位置2扣以上，而扭矩值还低于规定的最低限定扭矩值时，则说明丝扣有问题，应予以处理。如已达最佳扭矩则不应有余扣。6)上扣时，接箍一般应均匀地变得温热，如发现局部过热，应卸开检查，看是否粘扣、丝扣损伤及错扣，正常情况下温度升高在1020范围内。7)有条件时在动力钳或电源上配置断流器，调整至达，为合格当上扣已达最大扭矩，而余扣超出三扣以上者，也不合格。到最佳扭矩时能启动，从而防止产生过大扭短。现场操作时，常靠液压表指针位置来判断是否上至最大扭矩。17.8)必须使用合乎规定标准的套管丝扣油，其标准应符合API5A2规定。应当了解到，各种合乎质量的丝扣油均有其不同摩阻力，API标准丝扣油的相对摩擦系数定为1.0，以此确定套管扭矩数值，凡用不同的丝扣油后，上扣扭矩应乘上摩擦的校正系数，才能获得正确的上扣扭矩值。国外常用的套管螺纹涂料及校正系数见表31。螺纹镀层区影响上扣扭矩值，常见的有镀锌、锡及磷几种情况，其扭矩比较情况见表32。18.19.20.(3)正确使用丝扣油。正确使用丝扣油。1)使使用用符符合合API标标准准的的套套管管丝丝扣扣油油，包包括括API改改良良丝丝扣扣油油或或API硅硅化化螺螺纹纹密密封封脂脂。它它在在圆圆螺螺纹纹或或梯梯形形螺螺纹纹中中的的作作用用是是，密密封封防防止止漏漏失失，并并润润滑滑螺螺纹纹防防止止丝丝扣扣擦擦伤伤。使使用用成成品品丝丝扣扣油油不允许稀释后涂用。不允许稀释后涂用。2)API高高压压改改良良螺螺纹纹涂涂料料含含有有金金属属与与非非金金属属固固体体，在在69MPa、14c条条件件下下能能有有效效密密封封丝丝扣扣联联接接处处间间隙隙，并并有有润润滑滑性性能能，防防止擦伤且防水。止擦伤且防水。API硅化螺纹脂性能更佳，但成本高。硅化螺纹脂性能更佳，但成本高。3)钻杆用的涂料不能用于套管螺纹钻杆用的涂料不能用于套管螺纹，涂料内含有物质的摩阻，涂料内含有物质的摩阻系统均不相同；套管螺纹涂料也不能用于钻杆接头；也不能系统均不相同；套管螺纹涂料也不能用于钻杆接头；也不能几种涂料混合使用。国外常用涂料对比情况见表几种涂料混合使用。国外常用涂料对比情况见表33。21.22.4)为防止管内钻水泥塞而造成联接松动，尤其是表层套管和技术套管，需要在套管鞋上46根套管螺纹处涂锁紧丝扣油。使用时应在现场临时配制，因它将在短时间内固化，其松扣扭矩将是上扣扭的四倍，该涂料也有较好的耐压密封性能。涂抹时应将厂家原装扣卸开重新涂锁紧丝扣油，一般涂于公扣前部，占全螺纹2/3长度涂抹，并上至规定扭矩。23.6.5 6.5、下套管 1下放速度的控制(1)套管下放速度一般不应超过0.46m/s(1.5fts)。在套管通过有低压渗透地段时及带有浮箍、扶正器、刮泥器时，更应控制下放速度在0.23m/s(0.75fts)左右。尾管以立柱方式送下时，速度控制在0.250.30m/s范围内。(2)卡瓦式吊卡或套管吊卡在接近转盘时应慢慢下放，避免冲击载荷对螺纹造成损伤或对管体造成损伤。(3)正常的硬地层、不易漏失的井段，下放速度也应控制，一般速度为300mh(米小时)，最多不超过500mh。当井身质量欠佳或泥浆性能不好时，其速度将减小至180200mh。24.2关于浮下及灌浆(1)带有浮鞋、浮箍时，在下入34根套管后，应采用循环的方式进行检查，同时下入时观察管外溢流情况，如连续下入58根无泥浆返出，则应分析是否浮箍失灵或井漏。(2)最佳灌浆方式是，每下1个单根灌浆一次，这样尽可能缩短了管柱在井下的静置时间，避免粘卡。套管进入裸眼段应采取这种灌浆方式。也有采用下入1015根灌一次浆的方式，但要求在灌浆的同时，上下活动套管。大尺寸套管尤应及时灌浆，否则极易发生套管挤毁事故。灌浆排量要小，防止压入空气。(3)某些地区由于泥浆和井下特殊条件要求下套管中途循环，根据经验，要求每300500m进行一次，中途循环其环空流速不能大于钻井时的环空流速。25.3复杂情况处理(1)下套管过程中需长时间灌浆，必须保持活动，上下活动不少于3m。(2)套管遇阻时，决不应使吊卡离开接箍端面,往往0.5m距离的下落将导致套管断落或压漏地层。(3)套管被粘卡，上下活动处理时，拉力或压缩力均应控制在抗拉强度范围内，并保持安全系数不小于1.50。(4)超过J56(K55)以上钢级的套管焊接作业，将极大降低套管热处理作用，从而造成强度破坏和发生裂纹。必须焊接时应采取相应预热措施和使用与套管钢级一致的焊条。26.6.6 6.6、管串上的附件及扶正器 套管串上常规使用的附件：与套管相联接的有引鞋(浮鞋)、浮箍、分接箍、循环接头、注水泥短节和套管外封隔器等。这些附件除本身的特性外，必须具备相应条件下使用的套管强度性能，满足尺寸要求及螺纹标准。不与套管螺纹相联的附件包括有扶正器、刮泥器、水泥伞等，扶正器的使用影响套管下入及固井质量。27.套管扶正器于安装使用要注意的问题：(1)在直井中的使用安置方法：1)最佳位置是在单根中部，扶正器两端加止退环，隔2.53m安装另一个。2)一端靠接箍，另一端加止退环，再隔2.53m加一个。3)扶正器中间加止动环。4)跨装在套管接箍上。考虑直井条件及扶正器最大安装间距，现场常用方法是，在油层部位，每一单根套管加一只扶正器，非油气层段每间隔一根套管加一只扶正器。(2)在斜井及定向井中的安装方法：应当按照井径变化、井斜方位变化，通过计算确定扶正器的最大间距。当已掌握井斜条件时，对定向井扶正器的安置间距推荐数值见表34。28.29.6.7、套管上扣扭矩 1概念(1)最小扭矩：由经验确定，也就是上扣至使公扣端部开始产生塑性变形时的扭矩。常取75的最佳扭矩值为最小扭矩值。(2)参考扭矩：这是螺纹开始紧密配合时的接触值，参考扭矩取最小扭矩的10(对于小尺寸和AtlasBradBrod改良型螺纹，参考扭矩值还要低)。上述最小扭矩及参考扭矩由试验或经验而定(只有圈数值是计算的)，所以称为参考扭矩。30.(3)最大扭矩:油管和套管的最大扭矩取最小扭矩的150和200。在API经验作法中，套管实际上扣扭矩总是依据推荐的最佳扭矩值，但有偏差，要求控制在最小扭矩和最大扭矩的范围内。它们三者的关系是：最小扭矩不小予最佳扭矩值的75(即最佳扭矩75=最小扭矩)；最大扭短为最小扭矩的200，而操作规定最大扭矩值不大于最佳扭矩值的150(API推荐最大扭短是最佳扭矩的125)。(4)最小圈数(紧扣圈数)：它是通过参考扭矩所得的圈数，即引起公扣螺纹端部产生塑性变形的圈数。对于API6扣圆螺纹及梯形螺纹，分别不超过3.5及2.5圈。最大圈数不超过最小圈数的3倍。对于API8扣圆螺纹，梯形螺纹分别不超过5.5和5圈，最低限紧扣圈数取最小圈数的25。31.(5)标准及应用：在上扣时，使用的扭矩和圈数满足最低要求而又不超过最大扭矩，套管上扣情况是最佳的。实际操作是，首先是使最小扭矩值满足或最小圈数满足要求，这样上扣就完成了。如果只达到最低限圈数，而又是最小扭矩，这样上扣质量就较差。因此，参考扭矩、最小扭矩和最小圈数是上扣的标准。最大扭矩和最低限圈数及最大圈数是质量控制的标准。API推荐的上扣扭矩见附录中表格所列。梯形螺纹以上全三角(A)符号基线为准。各种改良型螺纹的上扣扭矩，各厂 家 提 供 专 门 的 数 值，例 如 VAM螺 纹、凡 洛 克(VALLOUREC)公司提供的上扣扭矩见附录表。32.2.关于上扣的计算(1)上扣圈数(上扣达到屈服和密封)1)公扣螺纹端达到屈服时其圈数计算公式式中上扣圈数（手紧后的机紧圈数）；管体最小屈服强度，MPa（psi）；E刚的弹性模量，MPa（psi)（2.07MPa或30，000，000psi）；T锥度，（LTC为0.0625）；P螺距，cm/扣（in/扣）；a套管内半径，cm（in）；b节距（啮合面处）半径，cm（in）；c接箍外半径，cm（in）。33.图32Ng计算示意图图中数字1为公扣末端平面位置，2为手紧扣平面位置。34.对于梯形螺纹见API标准5B附录B第6页。为啮合直径，为完整螺纹长度。螺纹锥度T（梯形螺纹）：4 41313 T=0.0625T=0.0625 16 162020 T=0.0833 T=0.0833 节距半径b:b:在至完全扣长度平面处 公扣扣端平面（441313）(16 (162020)35.2）上扣达密封的上扣圈数式中由手紧面上至密封的紧扣圈数；套管抗内压额定值，MPa(psi)；管端扣处啮合半径，cm(in)。36.(2)API作业对螺纹联接质量的评定公螺纹与接箍强度及漏失阻力的计算：1)干扰(形成阻力影响标志)式中I干扰值，cm(in)；T锥度；N紧扣圈数；P螺距，cm每扣(in每扣)2)承载压力(上扣引起的)式中由上扣引起螺纹配合面间的承载压力，MPa(psi)；b公扣端处节距半径，cm(in)。(3-1)(3-2)37.3)上扣引起的公扣切向应力式中环形压缩应力，由于上扣施加给公扣上的力，MPa(psi)。4)上扣引起的接箍切向应力 式中上扣引起作用于接箍上的周向张 应力，MPa(psi)。(3-3)(3-4)38.5)上扣至下扣屈服时的圈数式中公扣上至屈服时的紧扣圈数；套管钢级的最小屈服强度，MPa(psi)。6)由于内压力引起公扣切向应力式中内压力额定值引起公扣所受周向压缩应力，MPa(psi)；内屈服压力额定值，MPa(psi)。(3-5)(3-6)39.7)内压力引起的接箍切向应力式中内压力额达值引起接箍受到的周向张应力，MPa(psi)。8)内压力引起的螺纹承载压力 式中内压力额定值形成的螺纹啮合面间的 承载压力，MPa(psi)。(3-7)(3-8)40.9)接箍的联合应力用公式(34)、(37)。10)公扣联合压缩应力用公式(33)、(36)。11）联合承载压力用公式(32)、(38)。a不超过承载压力的内压力b联接的附加上扣数式中在内压力作用下，满足密封的上扣圈数。41.(3)上扣使螺纹达到的程度公扣面：1)作用在螺纹啮合面上的联合承载压力大于内压力。2)上扣使公扣应力小于最小屈服强度。手紧面：1)上扣于接箍上的应力小于最小屈服强度。2)内压力引起接箍应力小于最小屈服强度。对套管联接质量评定，上扣应力计算表，见表3-5。42.43.