精品课程《钻井与完井工程》07固井.ppt

第七章固井第七章固井概述概述概述概述概述概述概述概述概述概述第一节套管及套管柱强度设计序言套管柱的组成由不同强度的套管段组成原因：套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管系列。套管柱的类型表层套管技术套管（中间套管）生产套管（油层套管）尾管（技术尾管、生产尾管）回接套管一、套管外载分析与计算2、动载特点：瞬时地、单一地作用在套管上。产生原因：起下钻时速度变化产生的动载阻、卡套管时提拉动载摩擦动载碰压动载密度差产生的附加拉力轴向力：自重、浮力外挤压力内压力1.外挤压力管外钻井液液柱压力:（水泥不返到井口时，上部有一段套管外为钻井液。该段套管称为自由套管）水泥浆液柱压力地层中流体压力易流动岩层的侧压力等1.外挤压力有效外压力：式中Poe——有效外压力；Po——外压力；Pib——支撑内压力。1.径向外挤压力有效外压力：表层套管：井漏造成全掏空技术套管：井漏发生，但不可能造成发生全漏空的情况，因此技术套管的下部还有支撑内压力作用油层套管：一般在采油后期产层压力降得很低的时候产生最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油），因为这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空。1.外挤压力（1）外压力在水泥面（环空内水泥的顶面）以上应按钻井液液柱压力计算对于水泥封固段，当发生上述最大有效外压力时，管外环空中的水泥已经凝固，水泥环（水泥浆在环空内凝固后的环状水泥石称为水泥环）应有助于套管承受外压力，但难于准确计算，因此从安全角度考虑现场上一般将水泥面以下水泥环段的外压力也按钻井液液柱压力计算。1.外挤压力（2）支撑内压力对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，支撑内压力为零。对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（即井深小于漏失面深度的套管段），支撑内压力为零，在漏失面以下（即井深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压力。因此，要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。1.径向外挤压力（2）支撑内压力漏失面深度确定：假设下一次钻进钻至下一层套管的下入深度（下一井段的目的井深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压力为地层盐水柱压力，根据压力平衡关系可得漏失面深度为：1.外挤压力（2）支撑内压力对于技术套管非全掏空的情况，支撑内压力的计算式为1.外挤压力（3）有效外压力对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，需要按全掏空考虑的技术套管，有效外压力为对于技术套管非全掏空的情况，有效外压力为（a）全掏空（b）非全掏空图7-3有效外挤压力对比示意图1——外压力2——支撑内压力3——有效外压力2.内压力套管柱所受的内压力主要来自于钻井液、地层流体（油、气、水）压力以及特殊作业（如压井、酸化压裂、挤水泥等）时所施加的压力。与外挤压力类似，对内压力也是分析计算危险工况时的有效内压力。有效内压力为Pie＝Pi－Pob对于表层套管和技术套管，如果在下一井段钻进过程中发生井涌而进行压井时，套管柱所受的有效内压力最大。而对于油层套管，油井和气井的情况不一样，要根据采油、采气工艺情况考虑相关的危险工况。径向内压力：管内流体压力压裂作业等增产措施时的压力2.内压力（1）内压力对于表层套管和技术套管，当在下一井段钻进过程中发生井涌而进行压井时，套管的内压力为井口内压力与管内流体（钻井液与涌入流体——气、水、油或混合物）的液柱压力之和。由于井涌情况的多样性，所以关于套管内压力的计算有多种方法，常用方法是：2.内压力（1）内压力确定井口内压力的三种方法是：1）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。2）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。3）下部高压油气喷出时可能出现的井口内压力。对于油层套管，分油井与气井采用不同的计算方法。以下是关于油层套管内压力的计算方法之一。对于油井，认为采油初期，产层压力较高，井口有内压力作用于套管，套管的内压力为井口内压力与原油的液柱压力之和（式中括号项即为井口内压力）对于气井，井口也有内压力作用于套管。当考虑气体自重及其压缩性后，套管内任意深度处的内压力为（式中令井深Z为零即得井口内压力）2.内压力（2）支撑外压力在无水泥段，因钻井液降解及固相沉降，其液柱压力可能降低对水泥封固段，可能水泥环并不完整，地层压力可能作用于管柱上，按盐水柱计算支撑外压力可能比实际外压力偏小，但可使有效内压力偏大而使管柱趋于安全。所以，在支撑外压力计算中一般无论是水泥面以上还是水泥面以下均按地层盐水柱压力计算，即：2.内压力（3）有效内压力由上所述，可得套管柱有效内压力的计算方法：对于表层套管和技术套管：对于油层套管油井：气井：（a）（b）（c）图7-4有效内压力对比示意图（a）表层或技术套管（b）油井油层套