第二章生产套管和油管
3_油管及生产套管尺寸选定
一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
3、自喷井及天然气井生产套笆尺寸的选定 （1）天然气井油、各管尺寸的确定 按下表选定相匹配的生产套管尺寸。
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一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
3、自喷井及天然气井生产套笆尺寸的选定 （2）自喷井油、套管尺寸的确定 首先从油井的生产优化出发，利用节点系统分析，确定
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一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
2、油管尺寸敏感性分析及优选 （1）优选油管尺寸的目标和方法 关于最佳油管尺寸有以下两种解释： a、在给定地面条件下(如分离器压力、井口压力或地而 出油管线尺寸)，能获得最大产量的油管尺寸为最佳尺寸； b、在一规定产量下，使生产气油比为最小、气体膨胀 能利用效率为最大、能保持自喷生产时间为最长的油管尺 寸为最佳尺寸。 这实际是优选油管尺寸的两种方法或两种不同的目标函 数。根据油田的具体情况，可以选择其中一种方法优选油 管尺寸，或者分别用这两种方法来确定最佳油管尺寸，最 后再综合进行选择。
10
一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
2、油管尺寸敏感性分析及优选 （1）优选油管尺寸的目标和方法 既然产量是优选油管尺寸的重要参数，不同产量下最佳 油管尺寸不同，因此所有的分析都把产量当成一变量。由
于从地层到井口乃至地面流动的过程中，产量与压力密切
相关，因此一般把压力当成另一变量。即通常都是在压力P 与产量Q的坐标图上来分析油管尺寸变化的影响。通常是采 用节点分析方法确定最佳油管尺寸。
3
一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
对于自喷油井，生产套管的选定更为复杂。 首先，油井自喷期是有限的，虽然可以确定自喷 阶段的油管尺寸和生产套管尺寸，但这个尺寸往 往偏小。 因为在自喷期结束后，油井要转入人工举升 开采。采用不同的举升方式（有杆泵、电动潜油 泵、水力活塞泵和气举）和考虑油井原油稳产的 要求，与之相配套的油管尺寸和生产套管尺寸肯 定和自喷期的油、套管尺寸不一样。
小直径高频焊管机组生产套管和油管工艺方案讨论
管主要 有 两种 工 艺 ， 一种是 定径 工 艺 ， 另一 种是 张力减 径 工艺 。分析 了国 内外焊接 套 管和 油管 生产概 况 ； 国外在 高频焊 管机组 中张力减径 机 的配 置 ； 国油 井 管钢 级使 用情 况 ， 我 以及 两种 工
艺生产 焊接 套 管和 油管的 质量 、 成本 、 资、 源 消耗 、 量等 情 况 。建议 大 多数 焊 管厂 家， 投 能 产 采
０ 前
言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
艺 装备 落后 的焊管 机组 ， 能减排 ， 节 控制 钢管 总产 量 ， 国家所鼓 励 的 。 是
２０ 年 ， 国钢管总产量 ４ １ ． ０８ 我 ４ ６ ５×１ ， 中 ０ ｔ其
焊管 生产 具有 建厂投 资少 、 品尺寸 精度 高 、 产
成本 和销 售价 格 比无 缝钢 管低 的特 点 。这 就使 国 内一些 大 型无缝 管企 业和 一些 大型热 轧带 钢厂也 愿意 和钢 管企业 合 作 ， 始 考 虑建 设 高 水 平 焊管 开
焊 管 ． ３ 卷第 ２ ．００ 月 第 ３ 期 ２１ 年２
小 直径 高频 焊 管机 组 生产 套 管 和 油 管
工 艺 方 案 讨 论
王 三云 ，王 利 民
（ 中冶京诚 工程 技术有 限公 司 ，北 京 １ ０ ７ ） ０ １６
第二章 生产套管和油管
第二章生产套管和油管套管设计及下套管作业是钻井工程中关系到完井作业质量的一项重要工作，油管设计是完井过程中要完成的一项主要工作。
从现代完井工程概念出发一个更为完美、合理的生产套管、油管设计不仅要满足钻井、完井工程本身的需要，还应能为油、气井采用适合的工艺技术生产及油气井在生产过程中由于油、气层能量的变化而采取相应措施留有余地。
因此在进行生产套管、油管设计时，应视油气井生产套管、油管参数为油气井最优化生产方式、调整措施及特殊工艺要求的函数值。
第一节生产套管的选择和计算海洋油气田开发工程中常规的套管程序包括：隔水导管、表层套管、中间技术套管（1～3层，视井深和工程情况而定）和生产套管。
生产套管（又称油层套管）是为地下储集层中的石油或天然气流至地面创造良好的流动通道。
生产套管的重要功能是用以保护井壁、隔离各层流体，以利于油气井分层测试、分层开采和分层改造。
生产套管对油气井来说是其终身保护层，一旦下入以后再也无法调整，因此在进行设计时必须考虑周全，使所选的套管既能满足钻井需要又能适应以后生产要求。
海上油气田的特点之一是丛式定向井、大斜度井、水平井的广泛应用，且油气井的产量甚高。
海上油井大部分采用人工举升法开采，尤其是气举法，电潜泵更为广泛使用，同时一些工艺措施如油井防砂措施等也被广泛使用。
生产套管所受的主要载荷包括：管柱周围流体所产生的外挤压力，来自钻井液、储集层流体、井下工艺压力试验产生的内压力和自身重量等所产生的拉伸载荷。
生产套管必须经受钻井阶段、完井阶段和生产阶段的各种作业载荷，经受特定环境中的温度、压力和腐蚀的影响；生产套管还必须配备易于上扣并具备最佳密封效果的连接接头。
一、套管钢级1．API套管钢级API标准套管有十个钢级，即H40、J55、K55、T95、N80、C90、C95、L80、Pll0、125Q。
API规范中，钢级代号后面的数值乘以6894.757kPa （1000psi），即为套管以kPa （或psi）为单位的最小屈服强度。
石油油管、套管基本知识
按照API标准划分，API 准套管有十个钢级，即H40、J55、K55、T95、N80、C90、C95、
L80、P110、125Q。API规范中，钢级代号后面的数值乘以6894．757kPa(1000psi)，即为套
管以kPa(或psi)为单位的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的
API钢级套管如NKK 系列套管较宜于有硫化氢存在的环境下使用。在存在CO2环境下宜选用
API 无缝钢管而不宜选用电阻焊钢管，或选用抗腐蚀合金钢如Cr不锈钢管。
2、API 油管相关知识
根据油管的强度，API 油管以分为H40、J55、N80、L80、C90、T95 和P110，共七个钢
套管，非API 标准套管是根据钻井和采油工程需要而超出API 标准的进一步发展。
API 套管钢级的强度指标表
非API 标准套管各种钢级的强度指标表
常见套管螺纹扣型分类：
螺纹最高泄漏压力（Mpa）
硫化氢使钢体脆性断裂，即发生氢脆，在低温下API 高强度钢中氢脆现象更严重，而非
级。钢级代号的物理意义跟套管钢级中的规定相同。数字越大，表示该钢级油管的强度越高。
油管钢级颜色标记见下表。
1、套管基本知识
海洋油气田开发工程中常规的套管程序包括：隔水导管、表层套管、中间技术套管(1～
3层，视井深和下储集层中的石油或天然气流至地面创造良好的流动
通道,用以保护井壁、隔离各层流体，以利于油气井分层测试、分层开采和分层改造。
第2讲_井身结构设计
测技术得到发展，特别是近平衡钻井的推广和井控技术的掌
握，使井身结构中套管层次和下入深度的设计，逐步总结出 一套较为科学的设计方法。
在“六五”期间，我国开始应用这套方法．首先在中原
油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故 时间大幅度下降、建井周期缩短、钻井成本下降。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
2.2、发生溢流（井涌）时
f 2
剖面图中最大地层压力梯度点对应的深度（m）
p m ax
Sb S
f
D p m ax D 21
Sk
井涌条件允许值
地层设计破裂压当量密度
激动压力系数
剖面图中最大地层压力对应的当量密度值 破裂压力安全增值 中间套管下入深度的初始假定点深度（m）
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3、井身结构设计中所需要的基础数据
地层破裂安全增值Sf由地区统计资料得到，一般取 0.031 g/cm3； 井涌条件允许值Sk由地区统计资料得到，一般取 0.051-0.10 g/cm3； 最大回压pwh由工艺条件决定，一般取2.0-4.0MPa；
. 钻压差允许值 卡
7、水泥返深设计
对于油层，生产套管的管外水泥返深至少应该在油 层顶部200m以上。对于气层，生产套管的管外水泥 返深至少应该在油层顶部300m以上；
中间套管的管外水泥返深至少应该在复杂或大断层
100m以上； 尾管的管外水泥返深至少在尾管的悬挂器以上；
表层套管的管外水泥返到地面。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
（2）中间套管下入深度 的初始假定点D21 在压力剖面图的横坐标 上，找出前面已经确定的
第二章海洋钻完工艺系统
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完井技术
● 完井：从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、射
孔到试采等一系列生产过程的总称。
● 完井工程包括的内容：
（1）钻开生产层：钻井完井液设计、平衡压力钻井 （2）完井井底结构设计和完井方法选择 （3）安装井底：包括下套管固井或下入筛管、割缝衬管 （4） 连通井眼与产层（射孔、裸眼等） （5）防砂措施 （6）安装井口，完井测试
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自升式钻井平台导管架方式钻井 涠洲12-1油田B平台
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自升式钻井平台导管架方式钻井 东方1-1气田
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复位到采油井钻井
NH4 & W121A
NH4 & W121B
NH4 & W114B
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半潜式钻井平台预钻井
安 装 钻 井 基 盘
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修井机+支持船井 钻井
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第二章 海洋钻完井工艺系统
钻穿油、气层之后， 下油层套管至油、气 层底部固井。然后再 用专门的射孔器在油 、气层部位射孔，射 穿套管和水泥环并进 入地层一定深度，油 、气通过这些孔道进 入井内。
或下入尾管后射孔。
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射孔完井法示意图
尾管射孔完井法示意图
完井技术
三、完井井底结构和完井方法
（二）射孔完井法
● 主要优点：
（1）能有效地封隔不同压力的油、气、水层，消除互相干扰。可以进行分层测试、 分层开采、分层注水等作业。
优点：
可以确保油层套管下在油、气层顶部。
缺点：
（1）泥浆对油气层的浸泡时间长，易损害 油气层；
（2）同时也会受到水泥浆对油气层的损害 ，如油气层压力大时固井质量也不易保证。 这种完井法一般是在地层情况掌握不够的探 区采用。
(整理)第二章 井下作业设备及工具
课前复习提问1．完井方式有几种？什么是先期裸眼完井？什么是后期裸眼完井？2．什么是套管射孔完井？第二章井下作业设备及工具在生产过程中，油、水井经常会发生一些故障，如不及时修理和排除，就会导致井的停产或报废。
修井就是为恢复井的正常生产而进行的一系列维修和解除故障的工作。
第一部分：井下作业设备修井作业的设备比较多，按照性能和用途，可分为动力设备、起下设备、旋转设备、循环设备、井口控制装置等。
其详细规范、技术性能等可参阅《采油技术手册》。
§2—1 动力设备修井机是修井和井下作业施工中最基本、最主要的动力来源，按其运行结构分为履带式（通井机）和轮胎式（作业机）两种形式。
原理：就是在拖拉机或汽车上安装一部绞车，利用发动机带动绞车滚筒转动，通过钢丝绳把动力传递给提升系统。
一．履带式修井机（通井机）1．作用：履带式修井机一般统称通井机，是目前各油田修井作业中最常用的一种动力设备，作用：是用于起下油管、钻杆（抽油杆）以及井下打捞、抽汲等施工作业。
2．特点：履带式修井机不配带井架，越野性能好，其越野性能好，适用于低洼地带。
但它的缺点是行走速度慢，不适应快速转移施工的要求。
图8-1 AT—10型通井机图8-2 XT—12型通井机常用的通井机AT-10型、XT-12型通井机的外形如图8-1、8—2所示。
二．轮胎式修井机（俗称联合作业机或叫修井机）1．作用：修井机是修井施工中最基本、最主要的动力来源，完成起下管（杆）柱及井下工具，提捞、抽汲和打捞等任务，是一种轮胎式自带井架的修井设备。
2．特点：配带自背式井架，行走方便，安装简单，适用于快速搬迁施工作业，缺点是低洼、泥泞地带、雨季翻浆季节行走和进入井场相对受限制。
1）XJ250型，XJ350型轮胎式修井机XJ250型，XJ350型轮胎式修井机外形，如图8—3、图8—4所示。
XJ350型修井机井架高度31.7m，二层平台可立放钻杆（油管）立主3000m，转盘扭矩大，转速控制方便，适用于中深井、深井大修作业。
油管及生产套管尺寸选定
一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
2、油管尺寸敏感性分析及优选 （1）优选油管尺寸的目标和方法
自喷生产过程中油管内的流动可用垂直管流规律来分析。影 响多相垂直管流压力梯度分布最显著的因素有油管尺寸、产量、 气液比、粘度、含水率。 对于所设计的井，气液比、粘度、含水率基本是在一个范围 之内，而产量是可以控制和改变的。根据多相管流理论，每一产 量下都有一最佳油管尺寸使得油井中压力梯度或压力消耗最小。 给定产量时，油管尺寸太小，速度可能会过高，使得摩阻损失增 大；油管尺寸太大，流速偏低，气体的滑脱效应会很严重。 因此，只有油管尺寸适当时，才会使摩阻损失和滑脱损失保 持最佳状态，达到最大的能量利用效率。
（4）确定生产套管尺寸。
据上所选的泵径，可查相应的泵参数表， 得出联接油管尺寸和泵的最大外径。再考虑该 井是砾石充填防砂井还是非防砂井，以及是单 油管采油还是双油管采油来确定与各泵径相匹 配的生产套管尺寸。
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二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定
（1）常规管式泵（整体泵筒）与油管、套管的匹配关系
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一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
第三，增产措施、防砂的需要对油管、套管尺寸 也有不同的要求。 因此，对自喷油井要从以上3个方面综合分析
才能最终确定油管和套管尺寸。对一开始就不能
自喷的油井，也要从上述的后两个方面去综合分
析并选定油、套管尺寸。
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一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定
硕士2004级
现代完井工程
油管及生产套管尺寸选定
概述
自喷井、天然气井油管及生产套管尺寸的选定 人工举升井油管及生产套管尺寸的选定
增产措施对油管及生产套管尺寸的选择的影响
第2章 压力管道元件——管子重点复习题
第2章压力管道元件2.2 管子（含制造检验）2.2.1 根据《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）的规定，在进行蒸汽管道、集箱金属材料的选材时，应根据工作温度，优先考虑钢材的热强性和组织稳定性。
对于同一钢号钢材，用于蒸汽管道时所允许的最高使用温度应比用于过热器管的耐热温度。
a. 低一些b. 高一些答：a 索引：《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）4.1.1.42.2.2 根据《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）的规定，说明蒸汽管道、集箱和锅炉受热面钢管常用钢号20（20G）（GB/T 699—1999；GB 5310—2008）的主要应用范围。
a. 壁温≤425℃的蒸汽管道、集箱；壁温≤450℃的受热面管子及省煤器管等；b. 壁温≤500℃的蒸汽管道；壁温≤530℃的过热器管。
答：a 索引：《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）附录A 表1☆2.2.4 根据《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）的规定，说明蒸汽管道、集箱和锅炉受热面钢管常用钢号15CrMoG（GB 5310—2008）的主要应用范围。
a. 壁温≤425℃的蒸汽管道、集箱；壁温≤450℃的受热面管子及省煤器管等；b. 壁温≤500℃的蒸汽管道；壁温≤530℃的过热器管；c. 壁温≤510℃的蒸汽管道、集箱；壁温≤540℃的受热面管子。
答案：c 索引：《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）附录A 表1☆2.2.7 《火力发电厂金属材料选用导则》（DL/T 715—2000）对蒸汽管道、集箱金属材料的蠕变强度、持久强度、持久塑性是如何要求的？答：蒸汽管道、集箱金属材料应具有足够高的蠕变强度、持久强度、持久塑性。
通常以1×105h或2×105h的高温持久强度作为强度设计的主要依据，再用蠕变极限进行校核。
合理油、套管尺寸确定
合理油、套管尺寸确定生产套管尺寸合理的选定，其顺序应当是根据油层能量大小并考虑采油工程的要求先确定不同采油方式下的合理油管尺寸，而后再选定可能的最小生产套管尺寸。
这样可以克服传统作法中采油工程受生产套管尺寸的限制、许多油井无法采用适合的工艺技术、以及一些增产措施难以进行的缺限。
生产套管尺寸的选定要考虑到油井开采全过程的油井类型、采油方式、增产措施、原油特性及采油工程要求等因素的影响。
具体地说，对于常规采油井，其油管和生产套管尺寸应当是：常规采油井油、套管尺寸=max{t1，t2，t3，t4}式中t1——自喷阶段从生产优化目标出发所得的油、套管尺寸；t2——所选人工举升方式下所获得的油、套管尺寸；t3——满足增产措施要求的油、套管尺寸；t4——其他特殊工艺要求的油、套管尺寸。
一、油管直径选择选择油管直径必须从整个开采系统综合考虑。
这是因为在投入开发以后，增产措施、强度要求、采油工艺配套技术等都会影响油管的尺寸。
1.根据产能和压力损失选择油管直径节点分析方法是以油井产量最大或以油井自喷期的生产时间最长为目标，根据油井产能以及不同管径的压力损失，合理匹配油、套管直径。
这已成为采油工程常规的分析方法。
节点分析中应采用油井生产历程中可能达到的最大产量。
根据辽河油田某井的油管尺寸敏感度分析，油井产量对油管尺寸非常敏感，油管尺寸从38mm上升到40.8mm和50.3mm时，产量明显上升，再增加油管尺寸至62mm则产量会大幅度下降。
2.根据强度要求选择油管直径在油管柱设计中，要根据油井的参数对油管抗挤、抗内压力和抗拉强度进行计算校核。
在管柱带有封隔器的情况下，还应计算活塞效应、螺旋弯曲效应、膨胀效应、温度效应产生的作用力和伸长，以及危险点处轴向应力和弯曲应力校核。
一般情况下，当预定油管的强度达不到要求时，可采用外加厚油管或提高油管钢级，强度仍然不能满足求，此时就必须改换油管直径。
3.从采油工艺配套技术方面选择油管直径选择油管直径除考虑上述因素外，还应从油层开采配套技术的应用方面进行选择。
套管与油管的技术参数
套管与油管的技术参数1. 套管的技术参数套管是石油钻井过程中常用的一种管道工具，用于固定井壁、控制井停、封隔地层并提供剪切力来截取出井内工具。
以下是套管的一些常见技术参数：1.1 外径（OD）套管的外径是指套管的最大直径，通常以英寸（in）为单位进行测量。
套管的外径取决于钻井井眼的直径及井壁的稳定性需求。
常见的套管外径包括4.5英寸、5.5英寸、7英寸、9.625英寸等。
1.2 壁厚（Wall Thickness）套管的壁厚是指套管壁的厚度，也是以英寸为单位测量。
壁厚的选择取决于井深、井温、压力等因素。
套管的壁厚直接影响套管的强度和抗压能力。
1.3 材料（Material）套管通常使用高强度不锈钢材料制造，以满足复杂的井况要求。
常见的套管材料包括碳钢套管、铬钼合金钢套管等。
选择适当的套管材料可以提高其抗腐蚀性、耐磨性和机械性能。
1.4 套管级别（Grade）套管的级别是根据其强度、抗腐蚀性和耐磨性来分类的。
常见的套管级别包括K55、N80、P110等。
不同的套管级别适用于不同的井况和工作环境。
1.5 连接方式（Connection）套管的连接方式直接影响套管的耐压性、密封性和可靠性。
常见的套管连接方式包括API线程连接、预应力套管连接、扣型套管连接等。
确保连接方式的可靠性可以避免套管脱离或泄漏。
2. 油管的技术参数油管是用于输送石油和天然气的管道工具，它通常与套管相配合使用。
以下是油管的一些常见技术参数：2.1 外径（OD）油管的外径是指油管的最大直径，通常以英寸为单位进行测量。
油管的外径取决于井内液流量、压力、温度等因素。
常见的油管外径包括2.375英寸、2.875英寸、3.5英寸等。
2.2 壁厚（Wall Thickness）油管的壁厚是指油管壁的厚度，也是以英寸为单位进行测量。
壁厚的选择取决于井深、井温、压力等因素。
油管的壁厚直接影响油管的强度和抗压能力。
2.3 材料（Material）油管通常使用碳钢材料制造，以满足石油和天然气的输送要求。
油管、套管用途和分类
石油专用管用途和类别石油专用管主要用于油、气井的钻探及油、气的输送。
它包括石油钻管、石油套管、抽油管。
石油钻管主要用于连接钻铤和钻头并传递钻井动力。
石油套管主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。
抽油管主要将油井底部的油、气输送到地面。
[1] 石油套管是维持油井运行的生命线。
由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。
一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。
按钢材本身的强度套管可分为不同钢级，即J55、K55、N80、L80、C90、T95、P110、Q125、V150等。
井况、井深不同，采用的钢级也不同。
在腐蚀环境下还要求套管本身具有抗腐蚀性能。
在地质条件复杂的地方还要求套管具有抗挤毁性能。
石油套管强韧化热处理工艺27MnCrV是生产TP110T钢级石油管套的新型钢种，常规生产TP110T钢级石油管套钢种是29CrMo44和26CrMo4。
相对于后两者，27MnCrV含有较少的Mo 元素，可以极大地降低生产成本。
然而采用正常的奥氏体化淬火处理工艺生产27MnCrV后存在明显的高温回火脆性，造成冲击韧性偏低且不稳定。
解决此类问题通常采用两种方法处理：一是采用回火后快速冷却的方法避免高温脆性，获取韧性。
、二是亚温淬火法通过钢种的不完全奥氏体化以有效地改善有害元素及杂质，提高韧性。
第一种方法，对热处理设备要求相对严格，需要添加额外成本。
27MnCrV钢的AC1=736℃，AC3=810℃，亚温淬火时加热温度在740-810℃之间选取。
亚温淬火选取加热温度780℃，淬火加热的保温时间15min；淬火后回火选取温度630℃，回火加热保温时间50min。
由于亚温淬火在α+γ两相区加热，在保留部分未溶解铁素体状态下进行淬火，在保持较高强度的同时，韧性得到提高。
同时低温淬火较常规温度低，减小了淬火的应力，从而减小了淬火的变形，这样保证了热处理的生产的顺利操作，而且为后续的车丝加工等提供了很好的原料。
自喷井的井口装置和工艺流程第2章第1节课件
进液孔
偏心配产器工作原管柱结构
密封圈
中 心 管
通道
2、井下油嘴的选择
经验法（或称调试法） 优点是简单，但准确性 较差，调试所花时间长。 嘴损曲线法
嘴损曲线法所需的资料： 给定每层的配产量。 嘴损曲线。 分层指示曲线。
嘴损曲线图版
3、井上计量供热、分离器与加热炉联合装置的 井场流程
采油 树
分离器 加热炉
三、自喷井的分层开采
三大矛盾
层间差异 平面差异 层内差异
注入水突进示意图
1、分层配产管柱
油管 封隔器 配产器 套管
底堵
分层开采井下管柱示意图
配 产 器 封 隔 器
撞击筒 尾管 底堵
偏心配产管柱
工作原理
偏心配产器
打捞头
堵塞器 密封圈
控制和调节油井产量
录取油井的动态资料
对油井产物和井口设备加热保温
1、站上计量并供热流程
采油树
热载体控制阀门 供热载体管线
井站 管线
2、站上计量井站联合供热流程
1－总闸门
2－生产闸门
3－油嘴及油嘴保温套 4－加热炉
5－分气包
6－出油管线 7－热油管线
8－套管闸门
9－水套炉供气管线 10－火嘴
11－热水管线 12－防喷管保温套 13－井口房散热片 14－井口房回水管线
其上方可连接清 蜡方喷管等，清 蜡时才打开。
总阀门：控
制着油气流入采 油树的通道。正 常生产是打开， 需要关井时关闭。
采油树示意图
节流器：控
制自喷井产量
生产阀门：控制
油气流向出油管线， 正常生产时打开， 更换检查油嘴停产 时关闭
4、采油树的附件—油嘴
石油套管
、石油套管1）定义：石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管，以保证钻井过程进行和（1完井后整个油井的正常运行。
每一口井根据不同的钻井深度和地质情况，要使用几层套管。
套管下井后要采用水泥固井，它与油管、钻杆不同，不可以重复使用，属以上。
套管按使用情70%于一次性消耗材料。
所以，套管的消耗量占全部油井管的况可分为：导管、表层套管、技术套管和油层套管。
保护表层石油套管 - （2）分类：在石油开采过程中使用的不同类型的套管：钻井，使其避免受浅水层及浅气层污染，支撑井口设备并保持套管的其他层重量。
以- 分隔不同层面的压力，以便钻液额度正常流通并保护生产套管，技术石油套管将石油层石油套管（生产套管） - 便在钻井内安装反爆裂装置、防漏装置及尾管。
油和天然气从地表下的储藏层里导出，用于保护钻井，将钻探泥浆分层。
石油套管毫米。
生产时，外径通常为毫米到508导套：主要用于海洋、沙漠中钻井，用以隔开海水和砂子，保证钻井顺利①进行，这层套管的主要规格为：?762mm(30in ) ×、?762mm(30in) ×。
表层套管：主要用于第一次开钻，钻开地表松软地层到基岩，为了封隔这②：要主规格固封。
表层套管的管用坍地部分层不致塌，需表层套进行等。
下管深度取决于(9-5/8in)、、(16in)(13-3/8in)、(10-3/4in)、508mm(20in)K5580~1500m。
其承受的外压和内压都不大，一般多采用松软地层的深度，一般为N80钢级。
钢级或③技术套管：用在复杂地层的钻进过程中，当遇到坍塌层、油层、气层、水层、漏失层、盐膏层等复杂部位时，都需要技术套管封固，否则钻井就无法进行。
有的井地层深而复杂，而且下井深度达数千米，这种深井需要下好几层技术套管，其力N80学性能和密封性能要求都很高，采用的钢级也较高，除K55以外，更多是采用。
技术套管的主钢级，有些深井还采用P110Q125甚至更高的非API钢级如V150和(7in)、、(8-5/8in)、(7-?5/8in)?(10-3/4in)要规格有：(13-3/8in)、、(9-5/8in)等，需用油层套管将油气层(含油、气的层位)?④?油层套管：当钻井钻到目的层及上部裸露地层全部封住，油层套管内部是油管。
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第二章生产套管和油管套管设计及下套管作业是钻井工程中关系到完井作业质量的一项重要工作，油管设计是完井过程中要完成的一项主要工作。
从现代完井工程概念出发一个更为完美、合理的生产套管、油管设计不仅要满足钻井、完井工程本身的需要，还应能为油、气井采用适合的工艺技术生产及油气井在生产过程中由于油、气层能量的变化而采取相应措施留有余地。
因此在进行生产套管、油管设计时，应视油气井生产套管、油管参数为油气井最优化生产方式、调整措施及特殊工艺要求的函数值。
第一节生产套管的选择和计算海洋油气田开发工程中常规的套管程序包括：隔水导管、表层套管、中间技术套管（1～3层，视井深和工程情况而定）和生产套管。
生产套管（又称油层套管）是为地下储集层中的石油或天然气流至地面创造良好的流动通道。
生产套管的重要功能是用以保护井壁、隔离各层流体，以利于油气井分层测试、分层开采和分层改造。
生产套管对油气井来说是其终身保护层，一旦下入以后再也无法调整，因此在进行设计时必须考虑周全，使所选的套管既能满足钻井需要又能适应以后生产要求。
海上油气田的特点之一是丛式定向井、大斜度井、水平井的广泛应用，且油气井的产量甚高。
海上油井大部分采用人工举升法开采，尤其是气举法，电潜泵更为广泛使用，同时一些工艺措施如油井防砂措施等也被广泛使用。
生产套管所受的主要载荷包括：管柱周围流体所产生的外挤压力，来自钻井液、储集层流体、井下工艺压力试验产生的内压力和自身重量等所产生的拉伸载荷。
生产套管必须经受钻井阶段、完井阶段和生产阶段的各种作业载荷，经受特定环境中的温度、压力和腐蚀的影响；生产套管还必须配备易于上扣并具备最佳密封效果的连接接头。
一、套管钢级1．API套管钢级API标准套管有十个钢级，即H40、J55、K55、T95、N80、C90、C95、L80、Pll0、125Q。
API规范中，钢级代号后面的数值乘以6894.757kPa （1000psi），即为套管以kPa （或psi）为单位的最小屈服强度。
这一规定除了极少数例外，也适应于非API标准的套管。
API套管钢级的强度指标见表2-1-1。
目前，世界上能生产API标准套管的有38个工厂，分布于14个国家，表2-1-2列出了API 承认的厂家名单。
2．非API套管钢级有的API标准套管的生产厂家也生产非API标准系列套管，非API标准套管是根据钻井和采油工程需要而超出API标准的进一步发展。
非API标准套管各种钢级的强度指标见表2-1-3。
表2-1-1 API标准套管钢级的强度指标①待编入API标准。
表2-1-2 套管生产厂家及代号（商品名）二、套管的联接单根的套管由接头联接成套管柱，较大直径的套管都采用接箍联接。
联接是由螺纹来实现的，因此，螺纹联接是套管质量和强度检验的重点。
表2-1-4 套管抗挤额定值1．螺纹的分类及代号套管螺纹在API规范中分为五大类，如表2.1.5所示。
前四类属API标准，第五类系非API 标准。
表2-1-5 螺纹的分类及代号API标准螺纹的优点是：1）加工容易，一般精度，油田现场容易加工配接有关短节，成本低。
2）采用一般操作条件联接，易于修扣和现场处理。
3）在有优质密封脂配合使用，对流体密封条件可达69MPa及149℃。
4）可以重复上扣使用。
其缺点有：1）过高压力及气体不能满足密封要求。
2）API螺纹的联接强度仅是管体抗拉强度的80％。
3）在有腐蚀流体的环境，因API接箍的“干扰值”过大，过大的圆周应力容易产生接箍的氢脆应力破坏或发生应变裂纹。
出于特殊条件需要，各钢管制造厂家推出各种非API标准的特殊螺纹见表2.1.6。
螺纹的制造和设计具有以下特点：l）力求联接强度大于或等于管体抗拉强度。
2）提供更高级密封，主要采取金属对金属的密封设计。
3）降低连接螺纹的“干扰值”。
4）容易对扣和上扣，并且内孔壁光滑，避免产生涡流。
5）不容易在现场配接短节，要求严格的操作条件和成本高。
6）具有扭矩台肩，满足上扣扭矩强度要求，可控制过大的圆周应力（周向应力）。
7）联接处（或接箍）的外径能够达到尽可能小的程度。
2．螺纹最高泄漏压力API标准的三种螺纹的最高抗泄漏压力，见表2.1.7。
从螺纹抗泄漏压力比较，长圆螺纹与短圆螺纹其压力是一致的。
而梯形螺纹抗泄漏压力大。
因此BTC更不易漏失。
3．螺纹的镀层套管螺纹的镀层有锌，锡和磷化层，它们对上扣扭矩值有一定影响，最佳镀层是锡层，但因其成本高，常用于高级螺纹或有特殊要求的地方。
三、API套管试压标准1995年4月1日，美国石油学会修订并出版了第五版“套管和油管”API技术规范（5CT），规定了套管抗内压的标准和压力试验步骤。
表2-1-6 特殊螺纹代号及厂家一览表表2-1-7 螺纹最高泄漏压力（Mpa）规范指出，不论是套管、油管和尾管，还是相应的短节，在出厂前都必须进行压力试验最大试验压力计算公式是：p=2(f×Y P×t)/D式中p ——静态液压试验压力值，Mpa;f ——套管试压系数，详见表2-1-8；Y P——管材的屈服强度，MPa；T ——管材壁厚，mm；D ——管材外径，mm。
厂家向用户提供管材时务必同时递交根据API规定的检验报告。
表2-1-10列出了不同规格套管的最小工作特性，除常用的生产套管外，还选辑了小直径套管，便于不同类型油井的设计和查阅。
四、生产套管的选择设计选择出来的套管应该在最经济条件下，使生产井在特定时间和环境内得到可靠的保护，其受到的最大应力处于允许的安全范围内，因此在套管选择时应考虑如下因素：1．套管尺寸选择的要求生产套管尺寸的选择，在首先满足钻井工程要求的前提下，还应满足以下几方面要求：1）油井产能及人工举升设备和管柱；2）注水井注水量和测试工艺；3）油水井增产增注措施。
2．套管的强度要求生产套管承受地层高温高压，在定向井还承受不可忽视的弯曲应力等因素的影响。
这些因素都会直接影响套管的强度。
因此，强度计算中，对抗拉、抗挤、抗内压安全系数要得当，一般来说，探井应比开发井高。
生产套管一般不宜选用低于J一55级钢管。
3．非API钢级套管的选用非API钢级套管具有高压缩强度、高连接强度、高抗漏等性能。
（1）深井生产套管的选择深井套管承受较大的拉伸负荷和高压缩强度的作用，通常API钢级套管很难满足，因此尽可能不使API而采用非API钢级套管，尤其不要使用API圆螺纹套管。
若套管内压超过34.5MPa (5000psi）时宜选用无缝钢管而不用电阻焊钢管。
（2）高温高压气井套管的选择高温高压气井易使套管受热变形和弯曲，连接部分易发生气体漏失。
现行API标准钢级尤其是螺纹尚不能满足高温高压井的需要。
而非API标准钢级和扣型如NKK系列套管具有高连接强度及高抗漏特性。
（3）在硫化氢环境下的套管选择硫化氢使钢体脆性断裂，即发生氢脆，在低温API高强度钢中氢脆现象更严重，而非API 钢级套管如NKK系列套管较宜于有硫化氢存在的环境下使用。
从工程力学角度认为硫化氢的分压大于0.2068kPa （0. 03psi）绝对压力，生产套管就应考虑使用防硫化氢的材料。
在API钢级套管中有六种具备抗硫性能（表2-1-9），非API钢级套管中S一80，SS一95等属抗硫套管。
API技术规范5A 5AC 5AX 5AQ适用于含硫化物的地区H—40J—55K—55C—75L—80C—90不适用于含硫化物的地区N—80 C—95 P—110 Q—125（4）二氧化碳（C02）环境下的套管选择在存在CO2环境下宜选用API无缝钢管而不宜选用电阻焊钢管，或选用抗腐蚀合金钢如Cr9、Crl3、Cr23或Cr25级别的不锈钢管如图2-1-1所示。
（5）大斜度井套管选择由于大斜度井的造斜井段曲率较大，会大大增加套管的弯曲应力，而可能引起套管接箍断裂。
因此应选用较高钢级的API套管。
4．生产尾管的设计原则生产尾管是一种顶端不延伸到井口而悬挂在上一层套管内的特殊生产管柱，具有既节约套管成本又减轻管柱的轴向载荷等优点。
故不论陆上还是海上油气田井身结构设计中都被广泛采用。
常规的生产尾管与套管组合程序是：7in套管悬挂51/2in（或41/2in）尾管95/8in套管悬挂7in(或51/2in)尾管133/8 in套管悬挂95/8in套管尾管长度一般在500~1500m之间海上钻井，常规的生产套管为95/8in（244.5mm）技术套管悬挂7in(177.8mm)生产尾管。
管最小特性表对于后一方案，244.5nn(95/8)套管的下入浓度应遵循下列原则：1）套管鞋坐在目的层之前：表２-1-11 腐蚀环境的特殊应用举例表2-1-12NKK特殊钢级管材选用范围之一2)套管鞋必须坐在压实条件较好的固结地层；3)保证下方215.9mm（81/2in）井眼段有合理的长度。
而177.5mm（7in）尾管应考虑如下因素：1）与244.5mm（95/8in）套管有足够的重叠长度以确保244.5mm(95/8in)套管内水泥固结强度（常规开发井推荐重叠长度为100~150mm）；１）油井压力试验时，尾管不致于挤扁；２）尾管与井眼的间隙不影响固井质量；３）适当的尾管长度，避免固井时水泥浆窜槽等问题。
表2-1-13 NKK特殊钢级管材选用范围之二最小屈服强CO2环境下使用在有CO2的含硫环境下使用度，kpsi80 NKCR9 NKCR13 NKCR28 NKNIC32 NKNIC3285 NKCR9 NKCR139095 NKCR9 NKCR13105 NKCR22 NKNIC25 NKNIC32 NKNIC42110 NKCR22 NKNIC25 NKNIC32 NKNIC42 NKNIC42M NKNIC52 125 NKNIC42M135 NKCR22 NKNIC52 140150第二节油管的选择和计算油管设计及下油管作业是完井工程中一项极重要环节。
油管设计是油、气井合理生产、提高采收率的有力依据，是关系到采油、采气工艺技术水平提高的大事。
油管不仅是油流从井底到地面的通道，而且是人工举升所需井下工具的载体。
油管由外螺纹、本体和内螺纹（接箍）三部分组成。
一、油管分类1．API油管API油管是根据美国石油工程学会（API）制定的标准来制造的油和。
（1）油管长度第一类是每根油管长6.10~7.32m(20~24ft)第二类是每根油管长8.53~9.75m(28~32ft)油田一般都是采用第二类，这样可减少接箍数量。
（2）A PI油管规范API油管的强度、应力和硬度规范见表2-2-1，油管最小工作特性见表2-2-2。
表2-2-1 API油管强度、应力和硬度要求组钢级类型屈服强度，MPa最小最大抗拉强度，Mpa最小最大硬度HRC BHN规定壁存mm允许硬度变化HRC1 23 4H40J55K55N80L80L80L80C90C90C90C90C95T95T95T95P110Q125Q125Q12519Cr13Cr1.21.21.21.21.21.21.21—11—11—1276379379552552552552621621621621655655655655758862862862552552552758655655655724724724724758758758758965103410341034414517655689655655655689689689689724724724724826931931931————23.023.023.025.425.425.425.4—25.425.425.4————————241241241255255255255—255255255————≤12.7012.71～19.0419.05～25.39≥25.40≤12.7012.71～19.0419.05～25.39≤12.7012.71～19.04≤19.053.04.05.06.03.04.05.03.04.05.0(3)API油管通径规要求API油管的尺寸误左要求见表2-2-3。