钻井施工过程中的井口高度控制

1、钻井施工过程中的井口高度控制摘要： 本文阐述了井口高度控制的重要性与施工过程中高度控制的意义。从钻 井实践中总结出了联入计算的一般方法，即由完井井口高度要求倒推出一开双公长 度，从而确定需求联顶节长度。在实际钻井施工过程中，由套管附件的实际长度，先 确定表套联入与垫高 ,再以表套实际联入为基础算出油套联入与垫高 .根据焊井口与使 用套管头不同工艺以及是否需要整拖，给出井口高度控制的不同方法。主题词： 联入 垫高 焊井口 套管头目录、八、-丄前 言 11 井口高度控制概述 12 双公控制井口的高度 42.1 预算油层理论联入 42.2 确定表层理论联入 52。3 确定双公与联顶节长度 62.4

2、组织施工一开作业 72。 5 组织施工二开作业 73 套管头控制井口的高度 93。 1 座封式套管头概述 93。2 座封式套管头确定一开理论联入 113。3 座封式套管头组织一开 123。4 座封式套管头组织二开 123.5 卡瓦式套管头概述 133.6 卡瓦式套管头组织一开 153.7 卡瓦式套管头组织二开 164 结论与建议 17附录一 参考文献 18附录二 32533SL 井口高度控制计算数据 错误 !未定义书签。钻井施工过程中的井口高度 计算和联入 直接影响到后续的施工作业 和完井交井井口质量。井口高度在钻井施工过程中 可以主要通过 计算联 入、双公、升高法兰、联顶节以及垫高来 调节

3、控制。井口高度的控制不仅仅 是指计算套管联入和垫高的过程 ,还包括对钻 井施工过程中各开次进行监控与管理。 根据胜利油田企业标准要求，单 井油层套管接箍顶面应高于自然地面 0.20 m,整拖井井口低于自然地面 0。20m,并依次确定技术套管和表层套管的联入。1 井口高度控制概述井口高度与油井的类型、井身结构密切相关。根据油井是否使用套 管头可以分为焊井口完井、套管头完井；根据井架是否整拖可以分为单 井和整拖井。如果是焊井口 , 完成井井口由表层套管之上的环形钢板、油层母接 箍、以及井口帽组成,井口的高度取决于油层套管母接箍顶的高度, 如 图1 1焊井口完井井口装置示意图。各层套管之间采用厚度为

4、50mm的 环形钢板焊接,并且只能是对 N80 及其以下钢级套管接箍的焊接,不得 将环形钢板与套管本体焊接。-表鬼蛰茂术宴管蘋魏图11焊井口完井井口装置示意图在某些特殊情况下就不能使用焊井口的方法， 如探井、井深大于3500 米的深井、泥浆密度大于1.60g/cm3的高压井、欠平衡压力工艺钻井等特 殊井，应使用套管头，其使用的套管头符合 SY 5127的规定。使用套管头 的井，完井井口应使用随套管头配置的专用井口帽。套管头本体接于表层套管的最上端、四通接于套管头本体或其连接装置如升高法兰之上。 因此完井井口高度由套管头本体上端面来确定，如图1 2套管头完井井图1-2套管头完井井口装置示意图井口

5、的高度控制是安装井控设备的基础井控设备的标准安装是井控的前提，是减少井喷事故节省成本的有效措施，影响着完井井口高度例如与32钻机塔型井架配套的2FZ35 35防喷器，及相应的压井管汇、节流管汇等，安装效果见图13(1)、图1 3(2).质#冒汇血谢井四亟S3e二卵4h=rrE： k 112. 15.応一手动I町阀；仃、W手动节Mira； 23-流冏;Z节希匚五通、压井管匸凹逼装有压力表；鼻由申未标岀压力表爾圖图1 3 (2) 21MPa节流压井管汇安装示意图2用双公控制井口的高度2.1预算油层理论联入对于焊井口而言，油层理论联入Lo是井口要求高度Hd与钻台补心高 Hb共同决定的，即Lo Hb

6、Hd(式 2 1)式中，L'o油层理论联入，单位 m。Hb钻台面与地面的距离，即补心高，单位m。Hd -完井井口要求高度，常数，单位m.根据是否整拖井，完井井口要求高度Hd取值不同。单井油层套管接箍 顶面应高于自然地面0。20m， Hd =0.2m;整拖井井口低于自然地面 0.20m,Hd =0.2m。2.2确定表层理论联入参考油层理论联入，计算表层理论联入。在完井井口组成中，油层联入下面是油层母接箍和环形钢板，表层理论联入 Ls为：LsH moHhg(式 2-2)式中，L's表层理论联入，单位m.L -油层理论联入，单位m。oHmo油层套管母接箍长度，单位m。H hg 两层套

7、管之间环形钢板总厚度，单位m.Hhg 一般为常数，一般生产井只用厚度为 50mm的环形钢板1块，即Hhg 0.05m。对于热采井或者甲方的要求，使用厚度分别为50mm、20mm 的环形钢板2块，那么Hhg 0.07m.例如，林526井要求焊井口，已知补心高血5.1m，非整拖井出=0。2m，外径177.80mm的油套母接箍长度Hm。0.25m。可求得油层 理论联入与表层理论联入：LoHb Hd5.100.204.90mLsLo HmoHhg4.900.25 0.055.20m如果是整拖井，Hd=-0.2m，可以求得：Lo 血一Hd 5.10(0.20)5.30mLs L'oHmo Hhg

8、 5.30 0.25 0.05 5.60m2.3确定双公与联顶节长度为了标准安装井控设备，需要长度合适的双公与 配套的 一开联顶节。 二开井口装置与表套母接箍相连的是双公、底法兰、四通、封井器,其中四通与两侧管汇相连 ，四通高度过低或过高会导致无法接出六米管线， 使井控失效 ,因此四通有一个合适的基准高度 Hst :Hst HbLs(Hsg H flHstw)HbHsgHflHstwLs(式23)式中, Hst 四通管汇距地面高度，单位m。Ls' 表层理论联入，单位 m。H b -补心高，常数 (32 塔式井架取 5。1)，单位 m。H sg 双公理论有效长度 ,单位 m.H fl 底

9、法兰高度，单位 m.H stw 四通有效厚度，单位 m.已知与32井架配套的节流管汇高度是0.75m (即Hst 0.75m),底法兰高度 击0.23m,四通有效厚度为Hstw 0.22m。由式23可求得双公理 论有效长度为 :列等式： 0.75 5.10 Hsg 0.23 0.22 5.20求解得： Hsg Ls' Hst Hb H fl H stw 0.40m一开联顶节理论长度Lds为表层理论联入加上两个吊卡的高度，即：Lids 5.20 0.53 5.73m。对于整拖井 ,按企业标准可以求得 :H sg 5.60+0.75-5.10-0.23-0.22 0.80mLlds 5.6

10、0 0.53 6.13m在实际生产过程中，对整拖井双公的要求为， Hsg 0.60 0.80m2.4 组织施工一开作业施工前,首先仔细阅读钻井设计内容 ,如井身结构 、完钻层位、井深、下套管原则、井控设计等相关信息例如林526井，一开井眼© 346.10mm x213m，套管© 273。1mmX212m,二开井眼© 241.3mmX 1080m,套管 © 177.8mmx 1070m。然后确定联顶节长度5。73 5。80m,双公长度0。40m.套管及其附件联顶节、吊卡、双公、底法兰、四通到井后,先测量 其长度、外径等参数,再计算由此确定表层套管实际联入,

11、计算方法由 式 23 变为：Ls (Hb Hst) Hsg Hfl Hstw(式 2-4)式中,字母含义同式 23。代入林 526 井数据计算表层实际联入：Ls (Hb Hst) Hsg H fl Hstw 5.10 0.75 0.21 0.25 0.42 5.23m垫高Llds Ls 5.78 5.23 0.55m一开固完井后,候凝需要 4 小时以上,即可缷联顶节。安装好双公、 底法兰、四通、封井器以及两侧的管汇等 ,即转入二开作业 .2.5 组织施工二开作业确定二开理论联入准备套管附件,因一开实际到井附件与理论值有 些差异,因此用一开实际联入代入 22 式计算油层套管理论联入：L'

12、o Ls Hmo Hhg（式 2-5）代入林 5-26井一开数据 ,得油层理论联入及联顶节理论长度 :L'o LS Hmo H hg 5.23 0.25 0.05 4.93mLldo 4.93 0.53 5.46m结合理论计算参考固井设计，确定套管附件为：吊卡 3 只、环形钢 板1块、循环帽、低压灌泥浆管线、联顶节长度 5.50-5.60m,焊井口。代 入林 5-26 实测数据由 2-5 式可得：油层实际联入： Lo Ls H mo Hhg 5.23 0.23 0.05 4.91m油层垫高：Lldo Lo 5.58 4.91 0.67m垫物确定：吊卡2只（53cm），专用钳头框（12c

13、m）两边分别一块。下完套管循环好即进行焊井口作业。热采井井口一般使用双层不等 厚环形钢板,每层都由一块厚度为 50mm 的钢板和一层厚度为 20mm 的 钢板组成。下面一层环形钢板与外层（表层、技术）套管接箍上面焊接, 并使钢板正面向上；上面一层与油层套管接箍底面焊接,以此防止套管 的转动,如图 2-1。井口幅上坏形谄t&图2 1双层环形钢板焊接示意图图2 1双层环形钢板焊接示意图使用环形钢板的井，井口帽采用壁厚大于 5mm的钢管焊制，长度比 套管接箍长10 20mm，井口帽顶部以厚度不小于5mm的钢板封堵，下部 与外层套管的环形钢板焊接，并留有长度约5mm 一段不焊，作为观察口 .在

14、完成井井口表层套管接箍的东方向，以电焊焊上井号。井号中的汉字 用拼音的第一个字母表示.3套管头控制井口的高度套管头主要有两大作用，即悬挂油管承托井内全部油管柱的重量，密封油管、套管间的环形空间。其种类繁多，根据密封方式主要分为座封式套管头和卡瓦式套管头。3.1座圭寸式套管头概述座封式套管头根据心轴的类型又可以分为心轴式套管头、直通式套 管头（热采）。这两种套管头具有结构简单、现场施工方便的特点，得到广 泛使用。座封式套管头完井同焊井口一样都用双公与表套连接 ，不同的是 在完井后保留了双公的完整性.安装热采套管头参见图3-1,在外层套管母接箍之上连接双公、套管 头本体、升高法兰、四通和封井器。

15、井口高度控制方法同焊井口相似， 升高法兰代替了焊井口中双公的作用，因此可以简化为从一开理论联入 开始计算。图3 1热采套管头安装结构示意图3.2 座封式套管头确定一开理论联入升高法兰标准高度H'0.40m，即表层理论联入L's为：flL's （Hb Hst） Hsg Htgt H'fl Hstw（式3-1）式中，L's表层理论联入，单位 m。Hb补心高，常数（32塔式井架取5。1），单位m。Hst四通管汇距地面高度，单位m。H sg 双公有效长度 ,单位 m。Htgt 套管头本体高度，单位 m。（一般Htgt 0.40m）Hf-升高法兰标准高度，单位 m

16、。（一般H；0.40m）Hstw -四通有效厚度 ,单位 m。例如，滨511平2井是滨南采油厂的一口使用座封式套管头整拖井。在开钻前联系厂家得到套管头本体高度0.40m，升高法兰高度0。40m。本井是由32533承包施工，补心高为5.10m,四通管汇距地面高度为0.75m。代入数据由3 1式可得，表层联入： L's （Hb Hst） Hsg Hstw 0.80 Hsg Hstw 5.15 （式 3-2）选择双公长度0.12m,四通有效厚度取经验值0.25m,代入数据由3-2 式可得，表层理论联入：L's Hsg Hstw 5.15 0.12 0.25 5.15 5.52m（式

17、3式 3-4）3）验证井口高度： Hd=Hb （L's Hsg Htgt） 0.10m按照企业标准，需要使用更高的升高法兰，但是井口高度已经小于 交井标准高度并且井口高度小于基础高度，能够进行整拖作业,因此可以选择高度为 0.40m 的标准升高法兰 .代入数据可得 ,联顶节长度： Llds 5.52 0.53 6.05m 代入实测数据与理论值相差很小，通过调节垫高来微调井口高度。3.3 座封式套管头组织一开将计算出的理论数据汇报给调度室，确认包含升高法兰及钢圈等附 件.接着根据实测数据，再次确定外层套管的真实联入，通过调节垫高来 达到要求。另外联系好套管头厂家上井服务，做好工序的衔接。

18、由滨 511 平2井实测数据，双公0。12m、套管头0。40m、升高法兰0.40m,四 通有效高度0.23m代入数据由3-1式得：一开实际联入 :Ls (5.10 0.75) 0.12 0.40 0.40 0.23 5.50m 在下完套管固井之后,厂家上井服务安装套管头.接着安装封井器节流压井管汇,接好液控管线,准备接受二开验收,通过二开验收即转入 二开作业。3.4 座封式套管头组织二开已经获取一开真实的联入,在二开完钻前需要确定出理论联顶节长 度。在实际施工过程中根据水泥是否返地面 ,循环通道可以有不同的选择。 如果水泥不返地面,除了在套管头上接排液管线循环,也可以将套管提出 一定的高度通过

19、喇叭口建立循环通道定义h为悬挂器顶面高出套管头的距离。于是可得，油层理论联入：L。 Ls Hsg Htgt h(式3 5)代入孤南12-斜 102井实测数据，表层联入5。54m,双公0。12m,TFX103/4 X 51/2-35J心轴式单级套管头 0。40m, h 0,于是可得，油层联入：Lo Ls Hsg Htgth 5.54 0.12 0.40 5.10m联顶节长:L Lo 0.53 5.10 0.53 5.63m本井水泥不返地面，在下完套管后固井可以装排流管线，也可以提起油套从套管头上部建立循环。相对而言，从套管头上部建立循环操作更 简便.在固井完成后，下放心轴式座封并拧紧顶丝，防止缷

20、联顶节时将油 套倒扣。装上井口帽便可以进入交井程序了。使用套管头对于整拖井及单井均满足施工要求，如果要符合企业标准则需要与之相符的升高法兰.3.5卡瓦式套管头概述卡瓦式套管头根据与表套的连接方式不同可分为螺纹式底部连接套 管头、卡瓦式底部连接套管头、焊接式底部连接套管头三大类，见图3-2 其中，现场使用以前两种为主图3-2 (1)螺纹式底部连接套管头图3-2(2)卡瓦式底部连接套管头图3 2(3)焊接式底部连接套管头单层卡瓦式套管头安装组合见图3 3。其组成为：上法兰133/8 X 5000PSBX160,下部与 133/8 套管连接侧口 21/16 X 5000PSIR24,带T/2 V堵螺纹。套管头与95/8表层套管推荐采用“ WD型套管 悬挂器连接，具有安装方便、操作可靠等优点，与焊接式比较，卡瓦式结构不但大大缩短了安装时间(缩短时间 35倍)，而且其安装不受外界 恶劣环境限制。在 WD型悬挂器上方还带有两道 “BT密封，能有效的密 封表层套管，防止套管环空串压.7 套管悬挂器均采用“W”型卡瓦结构，这 种悬挂器具有承载能力大、安装便捷等特点。套管头及套管四通侧口均 带有VR堵螺纹，便于现场更换阀门.图3-3单层卡瓦式套管头TF95/8X 7 -5000PSI安装示意图3.6卡瓦式套管头组织一开螺纹式底部