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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 前 言1 1井口高度控制概述1 2双公控制井口的高度4 2.1预算油层理论联入4 2.2确定表层理论联入5 2.3确定双公与联顶节长度6 2.4组织施工一开作业7 2.5组织施工二开作业7 3套管头控制井口的高度9 3.1座封式套管头概述9 3.2座封式套管头确定一开理论联入10 3.3座封式套管头组织一开11 3.4座封式套管头组织二开12 3.5卡瓦式套管头概述13 3.6卡瓦式套管头组织一开15 3.7卡瓦式套管头组织二开15 4结论与建议16 附录一 参考文献17 附录二 32533SL井口高度控制计算数据18 iii 见习论文钻井施工过程中的井口高度控制 前 言 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0.20m，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。 图1-1 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SY5127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套管头完井井口装置示意图。 图1-2 套管头完井井口装置示意图 井口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1-31、图1-32。 图1-31 第二次开钻井口装置示意图 图1-32 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，油层理论联入是井口要求高度Hd与钻台补心高Hb共同决定的，即 式2-1 式中， 油层理论联入，单位m。 钻台面与地面的距离，即补心高，单位m。 完井井口要求高度，常数，单位m。 根据是否整拖井，完井井口要求高度取值不同。单井油层套管接箍顶面应高于自然地面0.20m，0.2m；整拖井井口低于自然地面0.20m，-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，表层理论联入为 式2-2 式中， 表层理论联入，单位m。 油层理论联入，单位m。 油层套管母接箍长度，单位m。 两层套管之间环形钢板总厚度，单位m。 一般为常数，一般生产井只用厚度为50mm的环形钢板1块，即。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。 例如，林5-26井要求焊井口，已知补心高，非整拖井0.2m，外径177.80mm的油套母接箍长度。可求得油层理论联入与表层理论联入 如果是整拖井，-0.2m，可以求得 2.3 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 （式2-3） 式中， 四通管汇距地面高度，单位m。 表层理论联入，单位m。 补心高，常数（32塔式井架取5.1），单位m。 双公理论有效长度，单位m。 底法兰高度，单位m。 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），底法兰高度，四通有效厚度为。由式2-3可求得双公理论有效长度为 列等式 求解得 一开联顶节理论长度为表层理论联入加上两个吊卡的高度，即。 对于整拖井，按企业标准可以求得 在实际生产过程中，对整拖井双公的要求为， 2.4 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5-26井，一开井眼φ346.10mm213m，套管φ273.1mm212m，二开井眼φ241.3mm1080m，套管φ177.8mm1070m。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，计算方法由式2-3变为 （式2-4） 式中，字母含义同式2-3。代入林5-26井数据计算表层实际联入 垫高 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2-2式计算油层套管理论联入 （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 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 油层垫高 垫物确定吊卡2只53cm，专用钳头框（12cm）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。 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1020mm，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 座封式套管头概述 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。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，即表层理论联入为 式3-1 式中， 表层理论联入，单位m。 补心高，常数（32塔式井架取5.1），单位m。 四通管汇距地面高度，单位m。 双公有效长度，单位m。 套管头本体高度，单位m。一般 升高法兰标准高度，单位m。（一般） 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 （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 （式3-3） 验证井口高度 （式3-4） 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 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。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 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喇叭口建立循环通道。 定义为悬挂器顶面高出套管头的距离。于是可得， 油层理论联入 （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，TFX103/451/2-35J心轴式单级套管头0.40m，，于是可得， 油层联入 联顶节长 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3-21 螺纹式底部连接套管头 图3-22 卡瓦式底部连接套管头 图3-23 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″5000PSI BX160，下部与133/8″套管连接，侧口21/16″5000PSI R24，带11/2″VR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3-5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TF95/8″7″-5000PSI安装示意图 3.6 卡瓦式套管头组织一开 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完井井口高度都取决于套管本体高度，与座封式套管头不同的是，卡瓦式套管头需要先固井，在凝固好后将油套露在套管头上面部分割掉。 螺纹式底部连接套管头一开联入长度计算方法同座封式套管头一样，计算可得一开数据， 理论联入 双公长度 联顶节长 对于卡瓦式底部连接套管头、焊接式底部连接套管头均不需要双公与表套连接，故一开数据为， 理论联入 联顶节长 3.7 卡瓦式套管头组织二开 一般情况下均使用底部卡瓦式连接套管头，并且卡套管本体，因此不需要使用联顶节。从井底特殊附件要求开始计算套管下放情况,最后确定联入与垫高。只有早期套管头需要使用联顶节，现几乎已不使用。与焊井口及座封式套管头相比，计算更简便。 4 结论与建议 本文在现场生产中总结出焊井口与使用套管头两种完井工艺中的井口高度控制方法，此方法计算简单、适用性强。 本文总结出了符合32钻机、塔式钻机施工的经验数据，大大提高了工作效率。供同行在今后的生产中参考使用。 建议井队技术员总结一套适合本队井架、钻机参数的井口高度计算数据，供生产参考使用。 附录一 参考文献 1. 钻井质量第4部份完井井口质量，中国石化集团胜利石油管理局企业标准，Q/SHSLJ005.4-2002 2. 钻井与完井工程陈平等编著，石油工业出版社 3. 钻井工程技术手册赵金洲、张桂林主编，中国石化出版社。 18