石油，天然气，开始使用前为什要固井？为了加固井壁

石油，天然气，开始使用前为什要固井？

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为了加固井壁,保证继续安全钻进,封隔油层、气层和水层，确保勘探期间的分层试油以及在整个开采过程中合理的油气生产，在钻成的井中下入高强度钢质套管，并在井筒与套管环形空间中充填好水泥的过程，称为固井作业。固井是油气井建井过程中的关键环节。与其他钻井环节相比，固井作业具有明显的特殊性。它是一次性作业，如果质量不好，一般情况下难以补救；它是隐蔽性作业，主要流程在井下，施工时不能直接观察。质量往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏，并受多种因素的综合影响，还影响后续工程的进行；它是一项花费大的作业，套管费用约占钻井总成本的25%左右；它施工时间短、工序多、作业量大，是技术性很强的作业。显然，固井质量的好坏是衡量一口井质量的重要指标。固井技术的主要内容包括套管柱设计和注水泥工艺。本节将围绕它们做介绍。一、套管柱设计套管柱设计就是根据套管柱在井内的工作条件，选择不同钢级或不同壁厚的套管组成套管柱，使其所受外力与强度之间满足一定的关系，以保证套管柱的安全性和经济性。套管柱设计是钻井工程师所必须掌握的基本功之一。1.套管柱结构套管柱是由套管加装一些特殊部件组合而成，以保证注水泥作业的顺利进行。1)套管套管是由高级合金钢轧制而成的无缝钢管。
为了满足不同的井身结构、工作条件对套管强度的要求，套管具有多种直径、壁厚、钢级和不同的连接方式。套管直径一般为114.3～508mm，也有更大的尺寸，共有十多种。常用的套管壁厚为8～13mm，薄壁套管壁厚仅5.21mm，厚壁套管壁厚达16.1mm 。显然，对于一定的套管直径，壁厚越大的套管强度越高。不同钢材制成的套管，强度是不一样的。为了便于区别，用钢级命名。国产套管有D40、D55、D75三种钢级，下标数字为钢材的最小屈服极限，单位为kg/mm2 。API标准套管的钢级代号为N-80、C-95等，代号中的数字乘以1000即为套管的最小屈服强度值,单位为lb/in2 。大多数套管一端为外螺纹，另一端为内螺纹(加接箍),多为圆螺纹，每英寸6～8扣。为了加强连接强度，有些高强度套管采用梯形扣，每英寸5扣。对于含硫酸盐等腐蚀性流体的地层，应选用具有抗硫特性的套管。抗硫套管的化学成分控制严格，并经过特殊的热处理。目前我国多采用日本产防硫套管，其防硫性能较好。2)引鞋引鞋是由生铁或铝制成的圆锥形短节，上面布有旋流小孔。其作用是:(1)引导套管入井，防止套管插入井壁岩层;(2)注水泥时构成水泥浆的循环通道，水泥浆通过旋流小孔流出上返，提高顶替效率。
固井后重新钻进时，引鞋可以很容易钻掉。3)套管鞋套管鞋是接在引鞋之上的一个特殊短节，一般由套管接箍制成。下端加工成45°的内斜角，作用是起下钻时防止钻具接头、钻头碰挂套管底部而损坏套管。同时,在测井时成为套管下入深度的测量标志。4)套管回压阀套管回压阀的主要作用是：(1)注水泥结束后防止高密度的水泥浆向套管内回流；(2)下套管过程中增加套管柱的浮力，减轻钻机大钩的负荷；(3)因为回压阀的球座挡板是注水泥胶塞的承托环，故其位置决定了水泥塞的长度及环空水泥浆的高度。5)套管扶正器套管扶正器是装在套管本体上的一种钢制弹性装置。作用是保证套管柱在井眼内居中，提高水泥与井壁的胶结质量。在井斜、方位变化较大的井内，尤其要注意加装扶正器,并通过复杂的计算，合理选择安装个数及安装位置。套管柱除上述基本部件外，还有许多为适应不同要求而加装的特殊部件，不再详述。2.套管柱设计方法下入井内的套管柱，在固井和以后的生产过程中要受到各种外部载荷的作用,其中主要载荷为轴向拉力和外挤压力。力学分析结果表明：轴向拉力在井口处最大，井底处为零，沿井深逐渐减小并呈直线分布；外挤压力是井口最小，井底最大，沿井深逐渐增大也呈直线分布，如图5-9所示。