管柱结构设计讲义
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第7章 完井管柱资料
3
第一节 完井管柱
➢下入完井管柱使生产井或注入井开始正常 生产是完井工程的最后一个环节。
➢生产管柱设计的合理性直接关系到生产井 或注入井投产后能否正常生产。
➢完井管柱采油
采 油 方人 法工
举 升 采 油
有杆泵采油 无杆泵采油
气举采油
地面能量通过抽油杆提供给 抽油泵，将井底原油举升至 地面的采油方式。
第一节 完井管柱
主要优点
(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大; (2) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高
含蜡油井; (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
主要缺点
(1) 泵内存在严重的湍流和摩擦，系统效率相对较低（一般为15％～20 ％，最高不超过33％）；
(4) 按井下泵的安装方式分类
固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、
排量大，缺点是起泵必须起油管。
插入式安装：泵工作筒随大直径油管下入井内，而沉没
泵机组则用小直径油管下入，插到泵工作筒内。
投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作筒
随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入，使用液力 下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径受到限制， 排量较小。
• 偏心配水管柱按分割器分为：可洗井偏 心配水管柱和不可洗井偏心配水管柱。
40
第一节 完井管柱
(a)
(b)
不可洗井偏心配水管柱
可洗井偏心配水管柱
41
第一节 完井管柱
双管分层注水管柱
同心管分层注水示意图
42
第一节 完井管柱
三、天然气井完井管柱
• 天然气中往往含有H2S、CO2 等腐蚀性气体
• 须采用抗腐蚀气体管柱 • 在气层以上应下入抗H2S材料
第一节 完井管柱
➢下入完井管柱使生产井或注入井开始正常 生产是完井工程的最后一个环节。
➢生产管柱设计的合理性直接关系到生产井 或注入井投产后能否正常生产。
➢完井管柱采油
采 油 方人 法工
举 升 采 油
有杆泵采油 无杆泵采油
气举采油
地面能量通过抽油杆提供给 抽油泵，将井底原油举升至 地面的采油方式。
第一节 完井管柱
主要优点
(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大; (2) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高
含蜡油井; (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
主要缺点
(1) 泵内存在严重的湍流和摩擦，系统效率相对较低（一般为15％～20 ％，最高不超过33％）；
(4) 按井下泵的安装方式分类
固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、
排量大，缺点是起泵必须起油管。
插入式安装：泵工作筒随大直径油管下入井内，而沉没
泵机组则用小直径油管下入，插到泵工作筒内。
投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作筒
随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入，使用液力 下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径受到限制， 排量较小。
• 偏心配水管柱按分割器分为：可洗井偏 心配水管柱和不可洗井偏心配水管柱。
40
第一节 完井管柱
(a)
(b)
不可洗井偏心配水管柱
可洗井偏心配水管柱
41
第一节 完井管柱
双管分层注水管柱
同心管分层注水示意图
42
第一节 完井管柱
三、天然气井完井管柱
• 天然气中往往含有H2S、CO2 等腐蚀性气体
• 须采用抗腐蚀气体管柱 • 在气层以上应下入抗H2S材料
最新井下生产管柱 井身结构学习课件学习资料幻灯片课件
4、机械卡堵水生产管柱
⑵可调层机械堵水生产管柱 ①液压可调层堵水生产管柱 1）一次性调两层堵水管柱
1986年底实施部标准SY 5105-86地《油气田封隔器分类及型号编制方法》
规定，封隔器型号编制的基本方法是按封隔件分类代号、封隔器支撑方式、
坐封方式、解封方式及封隔器刚体最大外径五个参数依次排列而成的。其
型号的编制应符合下面的规定。
封隔器编号解释：
分
支
坐
解
类
撑
封
封
代
方
方
方
号
式
式
式
自封式 Z 压缩式 Y 楔入式 X 扩张式 K
扶正器，以保证封隔率。堵水层光油管通过，生产层装
有爆破阀，完成封隔器坐封后，提高油管压力打
开爆破阀，实现油套连通。
抽油泵 筛管 丝堵 丢手接头 配产器 封隔器
工作筒
4、机械卡堵水生产管柱
⑴常规机械堵水生产管柱
3）卡瓦悬挂式堵水生产管柱
该堵水管柱与生产管柱脱开，堵水管柱 由双向卡瓦封隔器悬挂，进行水力坐封，封 堵高含水层。
配注层 配注层 配注层
空心活动 式配水器 封隔器
单流球阀 筛管 丝堵
1、分层配水井管柱
1、固定式 2、空心活动式 3、偏心活动式
配注层 配注层 配注层
偏心活动 式配水器 封隔器 Y341-114-X-JH1-90/15
单流球阀 筛管 丝堵
2、自喷分层采油井管柱
1、同心配产管柱
配产层
2、偏心配产管柱
2.常用封隔器简介
⑴Y111-114型封隔器
结构：如图所示。
工作原理：按所需坐封高度上提 管柱，然后下放到预定位置。因 承压接头和封隔器下接头和尾管 (或卡瓦封隔器)相接，并以此为 支点，坐封剪钉在一定管柱重量 的作用下被剪断，上接头等下行 压缩封隔器胶筒，使胶筒的外径 变大，封隔油套管环形空间。解 封时上提管柱即可。
井下工艺管柱结构图文
6
钻铣 液压 下工具 热力
3
4
5
6
2. 工具简介
（1）．封隔器型号： 在分注工作过程中,该工艺主要使用的封隔器型号为: Y341-114-60-120/25P 各字母,数字代表含义: Y:分类代号，表示压缩式； 3:支撑方式，表示无支撑,悬挂式； 4:坐封方式代号，表示液压式； 1:解封方式，表示提放管柱解封； 114:封隔器外径，单位mm； 60:封隔器内径，单位mm； 120:所承受最高工作温度， 单位℃； 25:工作压差,单位MPa
一.目录
1.前言 2.工具简介 3.分注工艺流程 4.结束语
1.前言
在油田开发过程中，特别是进入高含水开发阶段后，由于 油藏沉积时的非均质性和开采过程中油层水流状况的不均匀 性，使开发层段的层间差异突出、层间干扰严重，水驱开采 难度增大，开发效果变差。因此，必须通过细分层系，多级 注水技术来提高水驱效率。细分注水是油田稳油控水、提高 采收率的必由之路，在油田开发工作中占有极为重要的地位。 越到油田注水开发后期，对细分注水的要求也越高、依赖性 越强。
长胶筒封隔器
2.工具简介
K344-110扩张式长胶筒封隔器工作原理：
封隔器坐封时，液体从中心管下端进液孔进入，推动下工作筒上行，
使胶筒压缩，同时，液体由中心管进液孔经中心管与胶筒之间缝隙进入胶 筒内，使胶筒扩张，当内压撤出后，导压锥体与上工作筒封住胶筒内的液 体，胶筒不再回弹，实现坐封。 封隔器解封时，洗井液从上部过滤套进入，推动释放活塞下行顶导压锥体，压 缩弹簧，使胶筒内腔与中心管排液孔联通，胶筒内液体流入中心管，胶筒 回弹，封隔器解封，可进行洗井或起出管柱作业。
2. 工具简介
在分注现场施工过程中， 我们主要使用的井下工具 为封隔器、配水器、筛管、 单流阀和丝堵。
管柱结构设计讲义
（3）煤岩性质：沁南3#煤层底部软煤层发育，煤粉远 远高于原生结构煤。
常 见 问
题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
活塞拉坏
杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正 对煤层中部，筛管下连接1根沉 砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
5~10米
杆。 缓解了卡泵，出现部分筛
管下部堵塞情况。
井身结构示意图
二级间隙泵 100目绕丝筛管
杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
第四种、 2010年9月
表层套管： 244.5mm*60.06m
回音标：200m
至11月
出煤粉多，筛管内部 堵塞的井，在筛管下 部增加了沉砂短节。
煤层井段： 709.30m-714.30m
排
采
高压射流泵（先导实验）
数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、 六、八型；管式泵为二级密封，泵径以 38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。
排采管柱结构现状及设计
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤层气排采工艺现状
励磁电机
抽油机+管式泵
普通抽油机
永磁节能电机
常 见 问
题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
活塞拉坏
杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正 对煤层中部，筛管下连接1根沉 砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
5~10米
杆。 缓解了卡泵，出现部分筛
管下部堵塞情况。
井身结构示意图
二级间隙泵 100目绕丝筛管
杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
第四种、 2010年9月
表层套管： 244.5mm*60.06m
回音标：200m
至11月
出煤粉多，筛管内部 堵塞的井，在筛管下 部增加了沉砂短节。
煤层井段： 709.30m-714.30m
排
采
高压射流泵（先导实验）
数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、 六、八型；管式泵为二级密封，泵径以 38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。
排采管柱结构现状及设计
提纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善 2、地面设备载荷计算
煤层气排采工艺现状
励磁电机
抽油机+管式泵
普通抽油机
永磁节能电机
课件2：生产管柱结构设计
单管分采管柱
特点：
1.适合于两层系油藏进行单独分采、 不控制合采或控制合采，通过钢丝作 业加以实施；
2.既适合前期自喷生产，也可用于后 期的射流泵生产。
直接可取式分采管柱
滑套或油嘴
安全阀控制管线 生产油管
井下安全阀
循环滑套 分层封隔器 （单卡瓦） 套管 油层
插入可取式分采管柱
安全阀控制管线
井下安全阀
目录
一、井身结构 二、生产管柱设计原则及分类 三、自喷管柱 四、人工举升管柱 五、注水管柱 六、井下工具
完生产管柱设计原则
1、与井下状况及地面条件相适应； 2、满足油气田开发方案及正常生产工艺的要求； 3、满足生产测试和增产措施要求； 4、结构和施工尽可能简单，降低投资费用。
生产管柱分类
目录
二、滑套设计应尽可能靠近封隔器顶部，有利于投产诱喷和 修井循环等作业，也可在修井循环时冲洗掉封隔器顶部可能 的沉积物，容易解封。
三、管柱下入深度必须高于顶部油层顶界，底部必须使用带 喇叭口的导向管鞋，便于后期生产测井和连续油管作业、补 孔作业，整个管柱的通径也必须考虑这些作业。
四、管柱是否连接“化学剂注入阀”及其下人深度，视油井 的原油物性而定，如果原油析蜡点高，结垢严重或稠油则要 考虑下人“化学剂注入阀”；否则可以不要。
生产管柱结构设计
目录
一、井身结构 二、生产管柱设计原则及分类 三、自喷管柱 四、人工举升管柱 五、注水管柱 六、井下工具
目录
一、井身结构 二、生产管柱设计原则及分类 三、自喷管柱 四、人工举升管柱 五、注水管柱 六、井下工具
井身结构
油气（生产）套管 连通油气通道
井身结构
N H 4转 盘 面 ： 0m 1 1 " 套 管 头 ： 3 0 .1 6 m (油 管 四 通 端 面 ） 平 均 海 平 面 ： 5 0 .6 8 m 泥 面 ： 9 0 .6 8 m
油水管柱组配讲义
-
张 组配生产管柱 基本要求 发 展 • 2、机械采油管柱。 讲 • 常规机械采油管柱。 义 • 机械采油隔采管柱。 管 • A、封上采下隔采管柱。 柱 • B、封下采上隔采管柱。 组 • C、双封采中隔采管柱。 配 • D、双封采两头隔采管柱。
-
张 组配生产管柱 基本要求 发 展 • （三）采油井防砂管柱：（1天） • （1）滤砂管防砂管柱。 讲 • （2）金属绕丝筛管砾石防砂管柱。 义 • （四）增产措施管柱：（（1天）。 • 1、单封直压管柱。 管 • 2、双封选压管柱。 柱 • 3、多层分压管柱。 组 • 4、三封卡双层管柱。 • 5、四封卡三层管柱。 配
-
张 画下井管柱结构示意图 发 展 3、第三级封隔器实配深度 讲 第三级封隔器实配深度=第二级封隔器实配深 义 度+第二级封隔器下部长度+选用油管长度+配产 （水）器长度+第三级封隔器上部长度。 管 4、底部球座实配深度 柱 底部球座实配深度=第三级封隔器实配深度+第 组 三级封隔器下部长度+选用油管长度+配产（水） 配 器长度+底部球座长度。
-
张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
-
张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
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张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
-
张 发 展 讲 义 管 柱 组 配
管柱
胶筒座 滤网罩
下接头
㈡配套工具
▪
为了简明与统一，井下管柱中的分层作用工具均
以代号标记，其具体编号方法与封隔器的统一编号基
本相似。（旧）分层作用工具的类型代号是：
▪ 01—零杂工具类； ▪ 03—活动接头类 ▪ 05—锚类
02—凡尔与开关类 04—喷砂器类 06—配水器与配产器类
▪
例如：DQ0653型偏心配产器，表示大庆(DQ)研
▪ 第一讲：井身结构 ▪ 第二讲：井下生产管柱
第一讲 井身结构
一、什么是井？
井是石油开采的永久性通道。 一口油井从开钻到完井交付生产，要经过的工艺程序一般 是：钻井——测井——下套管柱——注水泥固井——射开油层 （井底完成）——下油管柱、装井口装置——诱导油流投产。
二、井身结构
在裸眼井内下入的直径不同、长度不等的多层套管，封固各套管 环形空间水泥环等所形成的轴心线重合的套管柱组合。
管柱结构如图 工艺特点：该堵水管柱与生产管柱脱开，可任 意多级使用，封堵多个高含水层。由于封隔器 处于自由悬挂状态，坐封时，封隔器居中，密 封率高，泵抽生产和检泵作业对堵水管柱无影 响。缺点是管柱结构复杂，施工周期长，易砂 卡。 适用范围： 该管柱适用于大泵井和电泵井多层堵水。
生产层 堵水层 生产层
配注层 配注层 配注层
空心活动 式配水器 封隔器
单流球阀 筛管 丝堵
1、分层配水井管柱
1、固定式 2、空心活动式 3、偏心活动式
配注层 配注层 配注层
偏心活动 式配水器 封隔器 Y341-114-X-JH1-90/15
单流球阀 筛管 丝堵
2、自喷分层采油井管柱
1、同心配产管柱
配产层
2、偏心配产管柱
适用范围：该管柱适用于Ф56mm以下无自 喷能力的深井堵水，最多只能封堵两个层 段。
下接头
㈡配套工具
▪
为了简明与统一，井下管柱中的分层作用工具均
以代号标记，其具体编号方法与封隔器的统一编号基
本相似。（旧）分层作用工具的类型代号是：
▪ 01—零杂工具类； ▪ 03—活动接头类 ▪ 05—锚类
02—凡尔与开关类 04—喷砂器类 06—配水器与配产器类
▪
例如：DQ0653型偏心配产器，表示大庆(DQ)研
▪ 第一讲：井身结构 ▪ 第二讲：井下生产管柱
第一讲 井身结构
一、什么是井？
井是石油开采的永久性通道。 一口油井从开钻到完井交付生产，要经过的工艺程序一般 是：钻井——测井——下套管柱——注水泥固井——射开油层 （井底完成）——下油管柱、装井口装置——诱导油流投产。
二、井身结构
在裸眼井内下入的直径不同、长度不等的多层套管，封固各套管 环形空间水泥环等所形成的轴心线重合的套管柱组合。
管柱结构如图 工艺特点：该堵水管柱与生产管柱脱开，可任 意多级使用，封堵多个高含水层。由于封隔器 处于自由悬挂状态，坐封时，封隔器居中，密 封率高，泵抽生产和检泵作业对堵水管柱无影 响。缺点是管柱结构复杂，施工周期长，易砂 卡。 适用范围： 该管柱适用于大泵井和电泵井多层堵水。
生产层 堵水层 生产层
配注层 配注层 配注层
空心活动 式配水器 封隔器
单流球阀 筛管 丝堵
1、分层配水井管柱
1、固定式 2、空心活动式 3、偏心活动式
配注层 配注层 配注层
偏心活动 式配水器 封隔器 Y341-114-X-JH1-90/15
单流球阀 筛管 丝堵
2、自喷分层采油井管柱
1、同心配产管柱
配产层
2、偏心配产管柱
适用范围：该管柱适用于Ф56mm以下无自 喷能力的深井堵水，最多只能封堵两个层 段。
井下管柱图讲稿(绘制井下管柱图)
＊选择适当的特殊符号，按适当比例，在代表下井
管柱的两条垂线上适当位置画出设计管柱的下井 工具。此即代表完井管柱结构。
＊在表示井壁的右侧垂线上与表示下井工具符号底
界（或顶界）平齐的位置各引出一横线，并在其上 标注下井工具名称。至此完成下井管柱结构示图。
＊按设计管柱要求，依据油管记录数据和测量得到
的下井工具数据，计算管柱中各下井工具之间的 油管根数及工具完成深度，并标注在下井管柱结 构图上。
ⅹⅹ井封中间采两头生产管柱图
油管Φ73mm 套管Φ139.7mm 水泥返高
抽油杆Φ22mm× m＋Φ19mm
Ｘm
Ｘm
Φ38mm管式泵 Φ38mm管式泵
Ｘm
Ｘm
Φ73筛管
Ｘm
Ｙ111-114封隔器 Ｘm
Φ73筛管
Ｙ111-114封隔器 Ｘm
Ｘm
Ｙ211-114封隔器 Ｘm
Φ89丝堵 人工井底 套管深度 钻井井深
液压 下工具
Y111-114封隔器
Y211-114封隔器
Y341-114封隔器
Y211-114封隔器
配产器
偏心配产器
配水器
偏心配水器
固定球座（或单流阀）
活动球座
撞击接头
活动接头
泄油器
回音标
中间丝堵
导向丝堵
深井泵
筛管
人工井底
抽油杆
油管
套管
射孔套管
套管鞋
＊在白纸上部适当位置写上名称：
课目：绘制井下管柱图 教师：XXX
授课时间：2006年11月
授课对象：采油工应试人员
教学目的：使接受培训的人员了解掌握井下 各种常用工具管柱标准的绘制，并且能够依 据所给井下管柱数据准确地绘制出符合施工 要求的管柱图。
生产井井下工艺管柱结构原理和工具功能的介绍
二、井下安全阀<SCSSV>
1、井下安全阀作用
井下安全阀<SSSV>用于井口自由控 制油井的生产,保证油井生产的安全进行. 当油井生产时对井口液控管线加压开启 安全阀板.当油井需要停产时,从井口泄压. 井下安全阀是井中流体非正常流动的控 制装置,海上生产设施发生火灾,管线破裂 等非正常情况时,能自动关闭,实现井中流 体的流动控制,是海上完井生产管柱的重 要组成部分.
井下生产管柱类型
自喷分采管柱
直接可取式分采管柱
安全阀控制管线 生产油管 井下安全阀 循环滑套 分层封隔器 （套单管卡瓦） 油层
油层 座落接头
NO-GO 导向器 油层
人工井底
插入可取式分采管柱
安全阀控制管线
井下安全阀
生产油管
循环滑套
定位密封接头
防砂封隔器
油
生产滑套
层
生产筛管
分层密封
隔离封隔器
油
套管
层
UT盘
3 9-5/8 56 54
210
UT盘
4 9-5/8 63 60
216
UT盘
Y堵
5 7 52 50
150
UT盘
一、Y接头工具介绍
第 一 代
第 二 代
第 三 代
一、Y接头工具介绍
3、配套工具〔三代生产Y堵结构图
一、Y接头工具介绍
4、配套锁芯堵塞器
锁芯生产Y堵
工作筒
26
一、Y接头工具介绍
4、测试堵塞器
二、井下安全阀<SCSSV>
2、井下安全阀工作原理
通过地面加压,压力经液控管线传 至两个密封盘根之间的传压孔到活塞 上,推动活塞向下移动,并压缩弹簧,将 活瓣打开,如果保持控制管线的压力,安 全阀处于打开的位置,释放控制管线的 压力,靠弹簧的张力向上推动活塞上移, 此时阀处于关闭状态.
油气井杆管柱力学课件
在核能工程领域，油气井杆管柱可用于核反应堆冷却剂输送，需要具备高强度、 耐高温和耐辐射等特点。源自THANK YOU。
05
油气井杆管柱的应用 实例
油气井杆管柱在石油工程中的应用实例
1 2 3
石油开采
油气井杆管柱在石油开采过程中起到关键作用， 用于支撑井壁、传递扭矩和压力，确保石油顺利 开采。
钻井工程
油气井杆管柱作为钻杆的重要组成部分，用于输 送钻井液、传递钻压和扭矩，同时起到保护钻头 和井壁稳定的作用。
油气分离
材料检测与评估
对杆管柱的材料进行检测和评估，以确保其质量和可靠性。
油气井杆管柱的工艺优化设计
工艺流程优化
01
对杆管柱的制造工艺流程进行优化，以提高生产效率和降低成
本。
工艺参数优化
02
对杆管柱的制造工艺参数进行优化，以提高其质量和性能。
工艺质量控制
03
建立完善的工艺质量控制体系，以确保杆管柱的质量和可靠性
油气井杆管柱的强度分析
材料强度分析
研究杆管柱材料的强度特性，如抗拉、抗压、抗弯等。
结构强度分析
研究杆管柱结构的强度特性，如连接处、弯曲处等。
03
油气井杆管柱的稳定 性分析
油气井杆管柱的静态稳定性分析
静态稳定性分析
研究杆管柱在静止状态下的稳定 性，分析其受到的静力平衡状态 ，以及在各种外力作用下的稳定
有限元分析
利用有限元分析方法，对杆管柱的结构进行仿真 分析，以评估其力学性能和优化设计方案。
参数化设计
采用参数化设计方法，对杆管柱的结构参数进行 优化，以实现最优的结构设计。
油气井杆管柱的材料优化设计
材料选择
根据油气井的工况和要求，选择合适的材料，以提高杆管柱的力 学性能和使用寿命。
05
油气井杆管柱的应用 实例
油气井杆管柱在石油工程中的应用实例
1 2 3
石油开采
油气井杆管柱在石油开采过程中起到关键作用， 用于支撑井壁、传递扭矩和压力，确保石油顺利 开采。
钻井工程
油气井杆管柱作为钻杆的重要组成部分，用于输 送钻井液、传递钻压和扭矩，同时起到保护钻头 和井壁稳定的作用。
油气分离
材料检测与评估
对杆管柱的材料进行检测和评估，以确保其质量和可靠性。
油气井杆管柱的工艺优化设计
工艺流程优化
01
对杆管柱的制造工艺流程进行优化，以提高生产效率和降低成
本。
工艺参数优化
02
对杆管柱的制造工艺参数进行优化，以提高其质量和性能。
工艺质量控制
03
建立完善的工艺质量控制体系，以确保杆管柱的质量和可靠性
油气井杆管柱的强度分析
材料强度分析
研究杆管柱材料的强度特性，如抗拉、抗压、抗弯等。
结构强度分析
研究杆管柱结构的强度特性，如连接处、弯曲处等。
03
油气井杆管柱的稳定 性分析
油气井杆管柱的静态稳定性分析
静态稳定性分析
研究杆管柱在静止状态下的稳定 性，分析其受到的静力平衡状态 ，以及在各种外力作用下的稳定
有限元分析
利用有限元分析方法，对杆管柱的结构进行仿真 分析，以评估其力学性能和优化设计方案。
参数化设计
采用参数化设计方法，对杆管柱的结构参数进行 优化，以实现最优的结构设计。
油气井杆管柱的材料优化设计
材料选择
根据油气井的工况和要求，选择合适的材料，以提高杆管柱的力 学性能和使用寿命。
第4讲 套管柱设计(大部分)
长江大学石油工程学院油气井工程系
3.4、上提管柱安全系数计算公式
套管抗拉强度 Y Y s = = 轴向载荷 Q+F (W+ w A)+ (fw sin )
长江大学石油工程学院油气井工程系
4、套管伸长与缩回计算
长江大学石油工程学院油气井工程系
4.1、套管在外力作用下伸长计算
（1）在自重作用下伸长量计算公式： （2）在钻井液中的伸长计算经验公式：
原有的压
2.3、内压力及抗内压强度
长江大学石油工程学院油气井工程系
长江大学石油工程学院油气井工程系
2.4、套管的（腐蚀）损坏
H 2 S 氢脆 化学的腐蚀损坏 CO2 盐物质 NaC1 盐层的流动导致变形 地层力断层区间的非均匀力 断层的滑移 物理损坏 摩擦力如定向井中 流体的动静力 施加的外力 注水诱发力 人为的损坏
（1）套管柱的弯曲半径(R)：套管管体允许的弯曲半径称为套管柱弯曲 半径。
ED R K1K2 200Yp
（单位：(ο)/100m）
E——钢材弹性模量（206×103MPa）；D——套管的外径（cm）； Yp——钢材的屈服强度（KPa）；K1——抗弯安全系数(K1=1.8)； K2——螺纹连接处的安全系数(K2=3)。
长江大学石油工程学院油气井工程系
套管的 损坏从 总体上
来分
3、定向井套管柱载荷计算及其强度设计
定向井套管柱强度设计总体上与直井相同。
在弯曲井段，由于弯曲效应增大了套管柱的拉力 载荷，套管的弯曲应力对套管柱抗拉强度影响较大。
长江大学石油工程学院油气井工程系
3.1、套管柱弯曲半径与套管安全入井的条件
常用生产管柱结构
CFD11-2A-5 井 生 产 管 柱 结 构 示 意 图
≈1691m A部
Non-Ported 座落接头，2.812” „BX‟Profile，3-1/2” New Vam B×P Fluid Loss Control Valve，5.0”×3.310”，3500psi 剪切 打开值 化学注入管线（2） ‟Y„接头，3-1/2“New Vam B×B×B 可调接头，W/2.750” „A‟ Profile，3-1/2” New Vam，P×2-7/8“ ST-L P ESP总成，1584.607m (泵顶深) 带孔管，4-1/2” EU B×P 弹性爪锚定密封（‘S-22‟ Snap Lach），4-1/2“ EU B×Stinger W/12000# Snap 0ut „RC‟防污阀(„RC‟Reservoir Cotrol Valve)，4-1/2” New Vam B Down ‟E-22„剪切释放锚爪 密封件 „CD-6000‟生产滑套，2.312” ID,2-7/8”EU B×P
弹性扣 ② 防污阀
（‘RC’ Reservoir Control Valve）
防 污 阀 总 成
密封圈
③ 滑套
锁定块爪
密封件
锁块 密封件
④ 堵塞器
弹性扣 密封件
封隔器
① 弹性扣
（S-22’Snap Latch Assembly）
弹性扣 ② 防污阀
（‘RC’ Reservoir Control Valve）
防 污 阀 总 成
密封圈
③ 滑套
锁定块爪
密封件
锁块 密封件
④ 堵塞器
弹性扣 密封件
封隔器
① 弹性扣总成
（S-22’Snap Latch Assembly）
常用生产管柱结构
直接可取式合采管柱
安全阀控制管线 井下安全阀
插入可取式合采管柱
安全阀控制管线 井下安全阀
生产油管
套管
循环滑套 可取封隔器 座落接头 NO-GO 导向器 油层 人工井底
生产油管 套管 循环滑套 定位密封接头
座固落定接封头隔器
NO-GO
导向器 油层 人工井底
直接可取式合采管柱
安全阀控制管线 井下安全阀 生产油管
常用生产管柱结构
目录
一、设计生产管柱的基本原则 二、自喷管柱
1、合采管柱 2、分采管柱
三、机采管柱 四、注水管柱
1、合注管柱 2、分注管柱
一、设计生产管柱的 基本原则
1、符合安全要求； 2、满足正常生产工艺要求； 3、满足生产测试和增产措施要求； 4、结构简单，施工容易；
二、自喷管柱
1、合采管柱
NO-GO 导向器 油层
人工井底
插入可取式分采管柱
安全阀控制管线
井下安全阀
生产油管
循环滑套
定位密封接头
防砂封隔器
油
生产滑套
层
生产筛管
ห้องสมุดไป่ตู้
分层密封
隔离封隔器
油
套管
层
坐落接头
油
NO-GO
层
导向器
底部封隔器
直接可取式分采管柱
插入可取式分采管柱
安全阀控制管线 控
井下安全阀
制
管
生产油管
线
伸缩接头
液
循环滑套
压 滑
导向器
层
油层
人工井底
生产油管 定位密封接头 防砂封隔器 偏心工作筒 生产筛管 分层密封 隔离封隔器 套管
导向器 底部封隔器
常用生产管柱ppt课件
带孔管 NO-GO
密封筒
生产油管
油层
油层
定位密封 固定封隔器
座落接头 带孔管 NO-GO 导向器
带孔管 循环滑套
密封筒
p人p工t课井件底完整
油层
油层
定位插入密封 固定封隔器
座落接头 带孔管 NO-GO 导向器
人工井底 12
三、机采管柱
分采/合采
ppt课件完整
13
螺杆泵管柱
抽油杆扶正器 生产油管 抽油杆 套管 扶正器 螺杆泵总成 限位器 尾管
油
套管
层
油层
油
油层
层
生产油管 定位密封接头 防砂封隔器
导向器 隔离封隔器 套管 生产筛管
油层
油 层
人p工p井t课底件完整
底部封隔器
20
2、分注管柱
ppt课件完整
21
直接可取式 偏心分注管柱
插入可取式 偏心分注管柱
生产油管
套管
分层封隔器
（单卡瓦）
油
偏心工作筒
层
油层
油
油层
层
座落接头
NO-GO
油
导向器
生产油管
油层
定位密封 固定封隔器
座落接头
油层
带孔管 负压阀
斜 向 器
器固 定 封 隔
定位密封 封隔器 生产滑套
油层
座落接头
人工井底 ppt课件完整
11
直接可取式分采管柱
安全阀控制管线 井下安全阀 生产油管
SPM 循环滑套 双管封隔器 9-5/8“套管
座落接头
循环滑套
“Y”接头分采管柱
安全阀控制管线 井下安全阀 生产油管 循环滑套 可取封隔器 9-5/8“套管 “Y”接头
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励磁电机 普通抽油机 抽油机+管式泵 永磁节能电机 数字化抽油机（先导实验） 一级减速（3：1） 螺杆泵 二级减速（9：1） 直驱驱动头 有 杆 排 采
煤 层 气 排 采 工 艺
电潜离心泵
无 杆 排 采
同心管无杆泵（先导实验）
高压射流泵（先导实验） 数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
2、螺杆泵
螺杆泵主要用于水平井排采，型号主要有：GLB40-25、GLB75-25、 GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。
螺杆泵地面驱动头有3种 ：
驱动头 DV1 国产 直驱 减速方式 皮带一级 齿轮+皮带二 级 无 减速比 3:1 9:1 无 电机功率（kW） 7.5、11、12.5、15 11、15、22、30 8.4、12、15.18.22
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、
六、八型；管式泵为二级密封，泵径以
38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。 分公司98.1%井使用抽油机+管式 泵排采工艺。
活塞拉坏
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正
对煤层中部，筛管下连接1根沉
砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
HUABEI oilfield CBM branch company
理论转速 （转/分 ） 0-500 0-300 0-200
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
3、同心管无杆排采
工作原理为通过地面高压驱动液通过中 心管驱动同心管泵的泵筒，使通过为解决油 管排采设备的杆管偏磨问题，分公司在华固
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
杆管设计优化过程
井身结构示意图
第三种、2008~2010年9月
以有限防砂理念为指导， 提出综合防卡泵工艺：即采用 二级间隙抽油泵+100目绕丝筛 管+吸入口深度在煤层以下
二级间隙泵
5~10米，采用无防腐漆的抽油
发 电 机 6
通的，这样，地层流动就会被抽吸上来，
泵压越高流速越快，产生负压越大，对流 体抽吸力就越大，相应产量就越高。 目前分公司在郑试平3H和郑1平3H井 进行射流泵先导实验，目前郑试平3H日 产水量1方，日产气100方，煤没度75米， 郑试1平3H刚投产，日产水量3方，动液 面469米。
7/20
杆 。 缓解了卡泵，出现部分筛 管下部堵塞情况。
5~10米 100目绕丝筛管
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
表层套管： 244.5mm*60.06m 回音标：200m
第四种、 2010年9月
至11月
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
杆管设计优化过程
第二种方式（2008年前） 筛管改用气锚，深度位于煤层
以上5m左右，气锚下连接1根沉
砂管。气锚虽能防止气锁现象的 产生，但在动液面下降接近煤层 时，泵吸入口大量串气，严重影 响井下泵的正常工作，卡泵问题 仍未解决。
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
5、数控电潜管式泵
高 压 危 险
控制 柜
井口 泄ห้องสมุดไป่ตู้油器 固 定阀
油管 潜 油电 缆
数控电潜管式泵配套采油技术主要
柱 塞总 成 推杆 进 液口 防砂 器 套管 筛管 光杆 直线 电机 动 子 直 线电 机 定子 平衡 腔 油层
40-10井、樊试U1H、樊试U2H、郑2-053使用
同心管无杆排采设备，从整体实验效果看， 该工艺技术效果较好，目前有进一步推广实 验和使用的价值。
6/20
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
4、射流泵
工作原理为从地面的高速动力液经过 水力泵后，在喷嘴与喉管之间形成负压， 由于喉管外与外管之间的夹缝与地层是连
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
煤灰煤粉
压裂砂
井筒固体颗粒
铁 屑
煤粒煤块
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
固相颗粒较多：主要是煤层产出的煤粉煤屑，也有压 裂砂和偏磨产生的铁屑。 （1）压裂液作用：压裂液及支撑剂对煤层裂缝表面的 磨蚀及冲击作用产生大量煤粉、煤屑。
（2）应力作用：排采降压，煤基质应力改变，煤岩的
弹性自调节效应导致煤粉、煤屑的产生。 （3）煤岩性质：沁南3#煤层底部软煤层发育，煤粉远 远高于原生结构煤。
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
常 见 问 题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
8
HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
由直线潜油电机、柱塞式抽油泵、潜
油电缆、电缆保护配件、地面配套控 制系统组成。目前在华固40-2、华固
40-12试验运行，效果还有待观察。
提
纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善
2、地面设备载荷计算
排采管柱结构现状及设计
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
提
纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善
2、地面设备载荷计算
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华北油田煤层气分公司
煤层气排采工艺现状
煤 层 气 排 采 工 艺
电潜离心泵
无 杆 排 采
同心管无杆泵（先导实验）
高压射流泵（先导实验） 数控电潜管式泵等其它新式举升工艺
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HUABEI oilfield CBM branch company 华北油田煤层气分公司
一、煤层气排采工艺现状
2、螺杆泵
螺杆泵主要用于水平井排采，型号主要有：GLB40-25、GLB75-25、 GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。
螺杆泵地面驱动头有3种 ：
驱动头 DV1 国产 直驱 减速方式 皮带一级 齿轮+皮带二 级 无 减速比 3:1 9:1 无 电机功率（kW） 7.5、11、12.5、15 11、15、22、30 8.4、12、15.18.22
煤层气排采工艺现状
1、抽油机+管式泵
抽油机型号主要为：三、四、五、
六、八型；管式泵为二级密封，泵径以
38mm、44mm、57mm、70mm为主， 少量使用24mm、28mm、32mm、 83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、 D22mm、D25mm。 分公司98.1%井使用抽油机+管式 泵排采工艺。
活塞拉坏
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杆管设计优化过程
第一种方式（2008年以前） 采用割缝筛管或普通筛管孔 径为5~10mm，下入深度基本正
对煤层中部，筛管下连接1根沉
砂管。抽油泵的抽吸力水平作 用于煤层，造成大量煤粉进入 泵筒，易发生卡泵。
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理论转速 （转/分 ） 0-500 0-300 0-200
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一、煤层气排采工艺现状
3、同心管无杆排采
工作原理为通过地面高压驱动液通过中 心管驱动同心管泵的泵筒，使通过为解决油 管排采设备的杆管偏磨问题，分公司在华固
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杆管设计优化过程
井身结构示意图
第三种、2008~2010年9月
以有限防砂理念为指导， 提出综合防卡泵工艺：即采用 二级间隙抽油泵+100目绕丝筛 管+吸入口深度在煤层以下
二级间隙泵
5~10米，采用无防腐漆的抽油
发 电 机 6
通的，这样，地层流动就会被抽吸上来，
泵压越高流速越快，产生负压越大，对流 体抽吸力就越大，相应产量就越高。 目前分公司在郑试平3H和郑1平3H井 进行射流泵先导实验，目前郑试平3H日 产水量1方，日产气100方，煤没度75米， 郑试1平3H刚投产，日产水量3方，动液 面469米。
7/20
杆 。 缓解了卡泵，出现部分筛 管下部堵塞情况。
5~10米 100目绕丝筛管
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杆管设计优化过程
华蒲1-13-1完井井身结构示意图
表层套管： 244.5mm*60.06m 回音标：200m
第四种、 2010年9月
至11月
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杆管设计优化过程
第二种方式（2008年前） 筛管改用气锚，深度位于煤层
以上5m左右，气锚下连接1根沉
砂管。气锚虽能防止气锁现象的 产生，但在动液面下降接近煤层 时，泵吸入口大量串气，严重影 响井下泵的正常工作，卡泵问题 仍未解决。
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5、数控电潜管式泵
高 压 危 险
控制 柜
井口 泄ห้องสมุดไป่ตู้油器 固 定阀
油管 潜 油电 缆
数控电潜管式泵配套采油技术主要
柱 塞总 成 推杆 进 液口 防砂 器 套管 筛管 光杆 直线 电机 动 子 直 线电 机 定子 平衡 腔 油层
40-10井、樊试U1H、樊试U2H、郑2-053使用
同心管无杆排采设备，从整体实验效果看， 该工艺技术效果较好，目前有进一步推广实 验和使用的价值。
6/20
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一、煤层气排采工艺现状
4、射流泵
工作原理为从地面的高速动力液经过 水力泵后，在喷嘴与喉管之间形成负压， 由于喉管外与外管之间的夹缝与地层是连
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煤灰煤粉
压裂砂
井筒固体颗粒
铁 屑
煤粒煤块
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固相颗粒较多：主要是煤层产出的煤粉煤屑，也有压 裂砂和偏磨产生的铁屑。 （1）压裂液作用：压裂液及支撑剂对煤层裂缝表面的 磨蚀及冲击作用产生大量煤粉、煤屑。
（2）应力作用：排采降压，煤基质应力改变，煤岩的
弹性自调节效应导致煤粉、煤屑的产生。 （3）煤岩性质：沁南3#煤层底部软煤层发育，煤粉远 远高于原生结构煤。
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
常 见 问 题 煤泥堵塞油管
浦南3-6出煤粉
固定凡尔堵死
8
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由直线潜油电机、柱塞式抽油泵、潜
油电缆、电缆保护配件、地面配套控 制系统组成。目前在华固40-2、华固
40-12试验运行，效果还有待观察。
提
纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善
2、地面设备载荷计算
排采管柱结构现状及设计
HUABEI oilfield CBM branch company
华北油田煤层气分公司
提
纲
一、煤层气排采工艺现状 二、排采工艺完善历程 1、井筒工艺完善
2、地面设备载荷计算
HUABEI oilfield CBM branch company
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煤层气排采工艺现状