地热井套管施工方案

地热井套管施工方案演讲人（创作者）：省院刀客特万目录01.工程概况与套管施工目标07.应急预案与后期维护03.套管柱组合与下管工艺05.质量控制与检测标准02.施工前准备工作04.固井作业实施要点06.安全风险控制措施08.总结与优化方向01工程概况与套管施工目标项目基础参数本项目位于华北地热田核心区，设计地热井深度3500m，热储层为蓟县系雾迷山组碳酸盐岩，地温梯度3.5℃/100m，热储层埋深2800-3200m，预计井口出水温度95℃，日开采量2500m³。井身结构设计为：一开φ444.5mm钻头钻至300m，下入φ339.7mm表层套管；二开φ311.1mm钻头钻至2000m，下入φ244.5mm技术套管；三开φ215.9mm钻头钻至3500m，下入φ177.8mm生产套管。套管施工核心目标1.确保套管柱在高温（最高120℃）、高压（地层压力系数1.15）、腐蚀性流体（Cl⁻含量8000mg/L）环境下长期安全运行，设计寿命≥30年；2.实现套管居中度≥65%（生产套管段），保障固井质量，防止环空窜流；3.控制下管作业时间≤48小时，避免井壁垮塌风险；4.固井水泥返高覆盖技术套管鞋以上200m，生产套管水泥返至地面。02施工前准备工作技术准备1.完成地质分层数据复核，重点确认易垮塌层（1800-1900m泥岩段）、漏失层（2500-2600m裂隙发育带）位置，针对性优化套管柱设计；2.编制《套管柱强度校核报告》，采用API5C3标准计算抗拉、抗内压、抗外挤强度，生产套管选用P110钢级（屈服强度758MPa），技术套管选用N80钢级（屈服强度552MPa）；3.组织技术交底会，明确下管顺序（先表层后技术，最后生产）、管柱组合（每根套管配1个扶正器，漏失层段加密至每2根1个）、浮箍浮鞋安装位置（生产套管底部以上3根）。物资准备1.套管验收：核对到货套管的钢级、壁厚（生产套管壁厚9.19mm）、长度（单根长度9.6-10.2m）、螺纹类型（偏梯形螺纹，API5B标准），逐根进行通径（通径规直径φ161mm）、磁粉探伤检测，不合格品标记隔离；2.附件准备：扶正器（弹性片式，外径φ203mm，适用生产套管）500个、浮箍（双凡尔结构，承压15MPa）2套、引鞋（锥形，长度1.2m）3个、水泥头（双塞式，承压35MPa）1套；3.辅助材料：螺纹密封脂（高温型，耐温150℃）20kg、套管吊卡（与套管外径匹配的φ177.8mm型）4副、液压大钳（扭矩范围5000-20000Nm）2台。设备调试1.井架检查：天车、游车、大钩的滑轮组运转灵活，刹车系统制动力矩≥80kN，防碰装置灵敏度测试（模拟10m/s下降速度触发制动）；2.泥浆循环系统：泥浆泵（F-1600型）排量30L/s时压力稳定，振动筛（直线型）筛网目数200目，除砂器（处理量500m³/h）分离效率≥90%；3.仪表校验：指重表（量程0-5000kN）误差≤±1%，扭矩仪（量程0-25000Nm）校准至标准值，测斜仪（电子单点式）精度±0.1。03套管柱组合与下管工艺套管柱结构设计1.表层套管（φ339.7mm×10.92mm，J55钢级）：底部3根接双级箍（第一级位置280m，第二级位置250m），用于分段固井；顶部2根设置悬挂器（承重500kN），与井口装置连接；2.技术套管（φ244.5mm×8.94mm，N80钢级）：漏失层段（2500-2600m）每根套管加装刚性扶正器（外径φ280mm），增强居中效果；底部5根采用加厚螺纹（VAMTOP特殊扣），提高抗扭性能；3.生产套管（φ177.8mm×9.19mm，P110钢级）：热储层段（2800-3200m）每根套管配弹性扶正器，居中度目标70%；底部安装浮鞋（导流孔φ25mm×4个），顶部接水泥头（双塞结构，上塞压胶塞，下塞隔离水泥浆）。下管作业流程1.通井与泥浆调整：下管前用Φ215mm通井规（生产套管段）通井至井底，循环泥浆2周（16小时），调整性能至密度1.25g/cm³、粘度45s、失水≤5mL/30min，防止井壁垮塌；013.螺纹连接：使用液压大钳上扣，扭矩按API推荐值（P110套管上扣扭矩12000Nm），上扣后用扭矩仪复检（允许偏差±5%），并在螺纹外漏1-2扣处标记，防止倒扣；032.套管下放：采用“二吊一”方式（2台吊卡交替使用），单根下放速度≤0.5m/s，每下10根核对指重表读数（理论悬重=单根重量×根数×0.98，允许偏差±5%），异常时立即停止；02下管作业流程4.居中控制：每下5根套管安装1个扶正器（漏失层段加密至每2根），下放过程中观察指重表波动（正常波动≤10%），若波动超过20%，上提2-3m活动管柱，待泥浆返出正常后继续。04固井作业实施要点水泥浆体系设计1.基础配方：G级油井水泥（比表面积320m²/kg）+15%硅粉（防高温强度衰退）+4%分散剂（FDN-5）+2%缓凝剂（SXY-2，缓凝时间8小时）+0.5%消泡剂（XP-1）；2.性能参数：密度1.85g/cm³（表层）、1.90g/cm³（技术套管）、1.95g/cm³（生产套管）；稠化时间（80℃×30MPa）≥6小时；失水量≤50mL/30min；24小时抗压强度≥15MPa（表层）、20MPa（技术套管）、25MPa（生产套管）。注灰与替浆工艺1.注灰前准备：安装水泥头，连接地面管线（φ73mm高压管汇），试压至20MPa（30min压降≤0.5MPa）；2.注灰过程：采用双泵车并联（排量400L/min），先注入前置液（3m³，密度1.05g/cm³，清洗井壁），再注入水泥浆（表层25m³、技术套管35m³、生产套管40m³），最后注入后置液（2m³，密度1.10g/cm³，隔离泥浆）；3.替浆控制：替浆排量与注灰排量一致（400L/min），替浆量按“环空体积×1.05”计算（生产套管环空体积=π×(0.2159²-0.1778²)/4×3500≈41m³，替浆量43m³），替浆过程中监控泵压（正常≤15MPa），若泵压突升（>20MPa），立即停泵检查是否堵塞。候凝与碰压验证1.碰压确认：替浆完成后，投放下胶塞（生产套管用φ165mm胶塞），泵压升至8MPa时启动水泥头，上胶塞（φ168mm）下行，当泵压突降（从12MPa降至5MPa）且井口返出水泥浆，确认胶塞碰压成功；2.候凝要求：表层套管候凝24小时（地面温度25℃），技术套管候凝36小时（井温60℃），生产套管候凝48小时（井温95℃）；候凝期间每2小时监测环空压力（正常压降≤0.1MPa/h），若压降过快（>0.5MPa/h），采取补挤水泥措施。05质量控制与检测标准材料质量控制1.套管：每批次抽样3根进行静水压试验（试验压力=抗内压强度×0.8，P110套管抗内压强度65MPa，试验压力52MPa，稳压5min无渗漏）；2.水泥：每50t抽样检测细度（0.08mm筛余≤10%）、标准稠度（28-32%）、初凝时间（≥120min）；3.扶正器：抽样10%进行弹性测试（压缩至外径80%后恢复率≥95%）、抗压测试（承受10kN径向力不变形）。过程质量监控1.下管记录：实时记录每根套管的长度、钢级、螺纹编号，形成《套管下入记录表》，与设计管柱对比（长度误差≤±0.5m）；012.固井参数：通过自动记录仪采集泵压、排量、水泥浆密度数据，生成《固井施工曲线》，要求水泥浆密度波动≤±0.03g/cm³；023.居中度检测：下管完成后，使用超声波测井仪（MIT）测量套管与井壁的间隙，计算居中度（居中度=2×最小间隙/(最大间隙+最小间隙)×100%），生产套管段要求≥65%。03效果检测与评价1.声波变密度测井（CBL/VDL）：候凝完成后，对生产套管固井段（2800-3500m）进行测井，优质段（CBL≤15%，VDL套管波弱、地层波强）比例≥80%，合格段（CBL≤30%）比例≥95%；2.环空压力测试：井口安装压力表（量程0-20MPa），监测30天，压力稳定（波动≤0.5MPa）视为无窜流；3.套管完整性检测：投产前进行打压测试（试验压力=地层压力×1.2=1.15×3500×0.0098×1.2≈47MPa），稳压30min压降≤0.5MPa为合格。06安全风险控制措施下管作业安全211.防卡措施：下管前确保井眼畅通（通井规顺利到底），泥浆含砂量≤0.5%，每下50根循环泥浆1小时（排量30L/s），活动管柱（上提2-3m，下放1-2m）；3.吊装安全：吊卡与套管扣合深度≥2/3（φ177.8mm套管吊卡扣合深度≥60mm），大钩摆动幅度≤0.5m，风速>6级（13.8m/s）时停止吊装。2.防落物管理：井口设置防落物网（孔径5cm），工具（榔头、扳手）系安全绳，套管内口用盖板封闭（φ160mm钢板）；3固井作业安全1.高压管线防护：注灰管线使用φ73mm×8mm高压管（承压40MPa），弯头处设置防护栏（高度1.5m，钢板厚度5mm），非操作人员距管线≥5m；2.水泥浆防喷：替浆时井口安装防喷器（FZ35-35型），若发生井涌（泥浆返出量>注入量10%），立即关闭半封闸板，启动压井流程（泵入重泥浆，密度1.35g/cm³）；3.人员防护：作业人员穿戴防酸碱工作服（耐温150℃）、护目镜（防水泥飞溅）、防尘口罩（N95级），水泥搅拌区设置雾炮降尘（降尘效率≥80%）。01020307应急预案与后期维护风险识别与应急响应1.套管遇阻（概率15%）：表现为指重表悬重突增（>20%），下放困难；应急措施：上提管柱至遇阻点以上5m，小排量循环泥浆（10L/s）30分钟，逐步增加排量至20L/s，活动管柱（上下活动幅度3-5m），若3小时未解决，起出套管，重新通井（使用扩眼器扩大井径至φ220mm）；2.固井漏失（概率10%）：表现为泵压突降（>5MPa），井口返出量减少；应急措施：立即停泵，注入堵漏浆（水泥+锯末+棉籽壳，比例10:2:1）5m³，候凝4小时后重新注灰，调整水泥浆密度至1.80g/cm³；3.套管断裂（概率5%）：表现为悬重突降（>50%），指重表显示自由悬重；应急措施：起出未断裂部分套管，下人打捞工具（公锥，φ170mm），抓捞断口（抓捞深度误差≤0.5m），打捞成功后回接套管（使用回接筒，长度2m），重新固井。后期维护要求1.投产初期（前3个月）：每月检测套管头压力（正常≤2MPa）、环空温度（正常≤井口温度+5℃），发现异常（压力>5MPa或温度突升10℃）立即关井检查；2.定期维护（每1年）：进行超声波测厚（测量点每100m1个，共35个点），套管壁厚减薄率≤10%为正常，超过15%需补焊或更换；3.腐蚀防护：向环空注入缓蚀剂（咪唑啉类，浓度500mg/L），每季度1次，监测环空流体pH值（保持6.5-8.5）、Cl⁻浓度（≤10000mg/L