1、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,6.1、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
2、井涌、井漏，保持井壁的稳定性。,6.2、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。, (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。
3、(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。,(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。, (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。
4、(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。, 6.3、套管的准备,1.搬运及储存套管注意事项(1)按API 5C1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。,2 井场套管的准备依据入井次序的
5、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。,(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。,(4)接箍检查。接
6、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。,(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
7、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。,(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
8、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。, 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
9、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。,2上扣(1)采用旋绳及普通套管钳上扣时，建议采用API 5C1中的推荐方法。1)在上至手紧位置后(4 7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
10、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。,(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。,4）应保待钳臂与尾绳成90直角。
11、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,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
12、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。,8)必须使用合乎规定标准的套管丝扣油，其标准应符合API 5A2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。,(3)正确使用丝扣油。1) 使用符合API标准的套管丝扣油，包括API改良丝扣油或API硅化螺纹密封脂。它在圆螺纹或梯形螺纹中的作用是，密封防止漏失，并
13、润滑螺纹防止丝扣擦伤。使用成品丝扣油不允许稀释后涂用。2) API高压改良螺纹涂料含有金属与非金属固体，在69MPa、149 c条件下能有效密封丝扣联接处间隙，并有润滑性能，防止擦伤且防水。API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，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；也不能几种涂料混合使用。国外常用涂料对比情况见表33。,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
14、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。, 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0.250.30 m/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
15、能不好时，其速度将减小至180200mh。,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
16、空流速不能大于钻井时的环空流速。,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。, 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
17、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。,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2.5 3m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
18、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。, 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Atlas Brad Brod 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。,(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
19、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API 6 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API 8 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。,(5)标准及应用：在上扣时，使用的扭矩和圈数满足最低要求
20、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。,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
21、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）。,图32 Ng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。,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）： 413 T=0.06251620 T=0.0833节距半径b:在至完全扣长度平面处 公扣扣端平面 （413）(1620),2）上扣达密封的上扣圈数式中 由
22、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)。,(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),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(ps
23、i)。,(3-3),(3-4),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),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),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。,(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。,
