第四章 油井完成(5)

2018-12-21 13:38

上面两种方法中使用的永久封隔器一经下入后就不能再取出来,但用4-8小时即可钻掉。 另一种方法是在尾管顶部装有尾管顶插座(Liner top receptacle)。油管下部的长密封管可在其中起密封作用并能上下移动

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,见图10-14。尾管顶插座是尾管柱的组成部分和尾管一起下入

井内,其严重缺点是不能更换。图10-15和图10-16是更为完善的方法。图10-15是在油管底部接有长密封管插座,它可接在永久封隔器上面的空心管配合起密封作用。图10-16系在永久封隔器上部装有密封孔插座(Seal bore receptacle),它与油管底端的长密封管起密封作用。此外还有一些其他能使油管移动并能保持密封的深井井底装置

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下面介绍一下深井油管移动计算问题[7-1]。选定合适的深井完井方法之后,下一步就应当考虑油管移动问题。油管在井内的膨胀和收缩是一个非常复杂的问题。为了油田实际应用方便,可将其计算适当简化。由于无法对油井深处的油管受力精确测量,所以小于0.254毫米的变形和低于444.8牛顿的力都可不必计算。

除轴向拉力和轴向压力直接使井内油管柱产生轴向伸长或缩短外,由流体或泵压引起油管内压力增加将使油管缩短;油管外环形空间外压力增加将使油管伸长;油管内泵入低湿流体会使油管缩短;而温度升高将使油管伸长,因此可以把油管移动分为以下四类。

(1)△L1——由活塞力(Piston force)引起的移动。

(2)△L2——由油管内外压差引起的螺旋弯曲移动(Buckling movement)。 (3)△L3——由膨胀力(Balooning force)引起的移动。 (4)△L4——由温度力(Temperature force)引起的移动。

因此只要计算出各种条件对油管所产生的作用力,即可根据下式计算相应的油管变形,即油管移动数值

?LLF (10-12)

2.1?1011AS式中△L——油管移动,米;

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L——密封装置所在深度,米; F——油管受力,牛顿; A·——油管横断面积,米。 作用在油管柱上各种力的计算如下:

(1)活塞力F1依油管内外压力的不同,使油管向上和向下移动的力也不同,活塞力是这两个方向力的差值。当油管内径小于密封孔内径时,增加油管内压力将产生使油管向上移动的力;增加环形空间压力将产生使油管向下移动的力。(见图10-17)于是活塞F1为

F1=△Pi(Ap-Ai)-△Po(Ap-Ao) (10-13) 式中△Pi——密封装置处油管内压力变化,帕; △Po——密封装置处环形空间压力变化,帕; △Ap——密封装置通孔横断面积,米; △Ai——油管内横断面积,米; △Ao——油管外横断面积,米。

上式中△Pi(Ap-Ai)项表示油管压力变化所产生的活塞力。

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(2)膨胀力F3为油管内、外压力变化引起的膨胀力和反膨胀力的累计影响所决定。

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F3可由下式计算

F3=0.6[(△Pia)(Ai)-(△Po2)(Ao) (10-14) 式中F3——膨胀力,牛顿;

△Pi——油管内压力平均变化值,帕;

△Po2——油管外环形空间压力平均变化值,帕。

上式中△Pi2Ai表示使油管缩短的膨胀力;而△Po2Ao表示使油管伸长的反膨胀力。 (3)温度力F4为由温度变化在油管柱上所产生的力,其值为 F4=BEAs△Ta (10-15) 式中F4——温度力,牛顿; △Ta——油管平均温度变化; △As——油管横断面积,米。

把前面各式中的F1、Fs和F4代入公式(10-12)中即可计算出各种条件变化所产生的油管移动值。

由温度变化所引起的油管移动△L4也可由下式直接计算 △L4=BE△Ta (10-16) 式中B——钢的热膨胀系数。

(4)弯曲力F2由油管内压力大于管外压力使管柱出现螺旋弯曲而在油管柱上产生的力。由F2所引起的油管移动△L2的计算如下

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?L2?2r2Ap(?Pi?P0)28EI(WS?Wi?Wo) (10-17)

式中△L2——由于管柱螺旋弯曲所引起的油管螺旋弯曲移动,米; r——油管外径和套管内径之间的径向间隙,米; Ap——密封装置通孔内横断面积,米; E——钢弹性系数,2.1×10帕; I——油管断面惯性矩,米; Ws——油管单位长度重量,牛顿/米; Wi——油管内单位长度流体的重量,牛顿/米; Wo——单位长度顶替流体的重量,牛顿/米。

在特定条件下,下式中rAp/8EI(Ws+Wi+Wo)为常数。必须注意的是,当环形空间压力大于油管内压力时,油管不会发生螺旋弯曲,因此只有在管内压力大于管外压力的压差作用下油管才有弯曲移动。计算中所用的温度、压力变化值无为与原始条件相比而求出。所谓原始条件系指把密封装置安放在封隔器内时的温度和压力条件。此外还要以可能出现的最坏条件进行计算。例如压裂作业时的压力要以最高地面注入压力并不减除沿程压力损失来计算压力,同时还要考虑最大冷却作用的

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影响。

七、高含硫气井完井方法

四川地区的气层一般都含有腐蚀性很强的硫化氢和二氧化碳气体。据统计一般每立方米天然气中含硫化氢30余克,而卧龙河气田的含硫量则为77.17克/米,中坝地区更高达118-204.3克/米。这些高含硫的天然气对人员和设备的危害极大。因此在完井方法上采用了一些必要的措施。

(1)在气层上部油管上装封隔器,以封隔油管与套管的环形空间,保护封隔器上部的套管。

(2)在封隔器上部的油管上装有循环阀,如图10-18所示,用以循环抗硫化氢的缓蚀剂液体。例如四川威远、卧龙河等气田采用了4-甲基吡啶釜残、粗吡啶和页氮等缓蚀剂。4-甲基吡啶釜残是一种制药废料,系棕

褐色、流动性好并具有臭味的流体。粗吡啶是炼焦副产品,是具有强烈臭味和流动性好的棕褐色流体。页氮是页碉油精炼过程的废料。其粘度大,常以工业酒精稀释(1:1)使用。试验和实践证明,上述缓蚀剂的缓蚀作用效果均在90%以上,井内设备的腐蚀速度大大降低。缓蚀剂下井是采用自动流入法(如图10-19所示)。把气体本身的压力引至缓蚀剂注入罐A内,当压力平衡后,缓蚀剂依靠自重由套管环形空间流入井内,随采出的天然气自油管返出,这样就对油管的内外壁和套管内壁都起到保护作用。

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