套管及套管柱ppt课件
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套管及套管柱汇总
窜槽：由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，而使环形空间局 部出现未被水泥浆封固住的这种现象。
形成窜槽的原因：
• 套管不居中； • 井眼不规则；
• 水泥浆性能及顶替措施不当。
– 接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。
（2）水泥浆凝结过程中油气水上窜
引起油气水上窜的原因： ①水泥浆失重：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力 逐渐减小的现象。 ②桥堵引起失重，从而引起油气水上窜； ③水泥浆凝结后体积收缩；收缩率小于0.2%。 ④套管内原来有压力，放压后使套管收缩。 ⑤泥饼的存在，影响地层——水泥间（第二界面）的胶结。
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
第二节
一、套管规范
套管及套管柱
套管：优质无缝钢管。一端为公扣，直接车在管体上；一端为带
母扣的套管接箍。
套管的尺寸系列：
图
单根套管示意图
1——接箍
2——套管本体
API标准套管：4 1/2“，5”，5 1/2“，6 5/8”，7“， 7 5/8”， 8 5/8“， 9 5/8"，10 3/4"，11 3/4"，13 3/8"，16"，18 5/8"，20"；共14种。 壁厚：5.21～16.13 mm。 套管的钢级 API标准：H-40，J-55，K-55，C-75，L-80，N-80，C-90，C-95， P-110，Q-125。（数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。 连接螺纹的类型 API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型 （XL）
形成窜槽的原因：
• 套管不居中； • 井眼不规则；
• 水泥浆性能及顶替措施不当。
– 接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。
（2）水泥浆凝结过程中油气水上窜
引起油气水上窜的原因： ①水泥浆失重：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力 逐渐减小的现象。 ②桥堵引起失重，从而引起油气水上窜； ③水泥浆凝结后体积收缩；收缩率小于0.2%。 ④套管内原来有压力，放压后使套管收缩。 ⑤泥饼的存在，影响地层——水泥间（第二界面）的胶结。
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
第二节
一、套管规范
套管及套管柱
套管：优质无缝钢管。一端为公扣，直接车在管体上；一端为带
母扣的套管接箍。
套管的尺寸系列：
图
单根套管示意图
1——接箍
2——套管本体
API标准套管：4 1/2“，5”，5 1/2“，6 5/8”，7“， 7 5/8”， 8 5/8“， 9 5/8"，10 3/4"，11 3/4"，13 3/8"，16"，18 5/8"，20"；共14种。 壁厚：5.21～16.13 mm。 套管的钢级 API标准：H-40，J-55，K-55，C-75，L-80，N-80，C-90，C-95， P-110，Q-125。（数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。 连接螺纹的类型 API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型 （XL）
第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法
![第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法](https://img.taocdn.com/s3/m/8e98958c85254b35eefdc8d376eeaeaad1f316a5.png)
由套管性能表查得N－80、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为: 泥
σD1 =60.5MPa。
返 高
因此，实际安全系数为:
SD1
D1
Pco1
60.46 45.5
1.33
D1=3500
4.6.设计举例
3）确定第二段套管可下深度和第一段套管的使用长度。
由于外挤压力愈往上愈小, 根据既安全又经济的原则, 第
②N-80、10.36mm 水
泥
D2=3300
返
高①
D1=3500
4.6.设计举例
4）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。
显然第三段套管底部由于承受其下部套管
可下深的度重:量, 其抗挤强度必定下降, 下入深度就
不可能达到2600m, 否则其底部安全系数必 ＜1.125。
由于第二段比第三段强度大, 应将第二段套 管长度增长, 即减少第三段的下入深度, 提 高其底部的抗挤系数, 以补偿双向应力的影 响。
③
D3=2300
2800
第二章 套管柱及注水泥设计
第1节 井身结构设计 第2节 生产套管尺寸的确定 第3节 套管柱强度设计 第4节 注水泥技术 第5节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介
第3节 套管柱强度设计
1. 套管、套管柱 2. 套管柱的载荷分析及套管强度 3. 定向井套管柱载荷计算 4. 套管柱强度设计
4.套管柱强度设计
特殊情况考虑；
API规定的安全系S数i : 1.10 ~ 1.33，一般取1.10 Sc 1.00 ~ 1.25，一般取1.00 St 1.60 ~ 2.00，一般取1.80
4.5.具体的设计步骤
Step3 计算内压载荷, 筛选符合内压强度的套管； 内压载荷由套管内外的流体综合产生。内压最大的情况一般出现在井 涌关井和特殊作业（压裂、…、注水）时, 内压的计算中间套管与生 产套管是不同的。 中间套管的计算方法如我们教材上P263介绍； 生产套管的计算方法在按补充方法进行。
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）
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
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
《建筑结构课件-柱的设计》
2
钢套管
在柱子外面加装钢套管，可以改善柱子的承载能力和抗力能力。
3
柱子加固
通过封闭和加固柱体，提高柱子的承载能力和抗击力能力。
柱的抗震设计原则
弹性缓冲
钢筋混凝土
柱设计时必须考虑到地震的冲击， 采用减震和防震处理。
使用钢筋混凝土结构，增加结构 的硬度和弹性，提高可靠性。
防震支撑
使用防震支撑和减震材料，以减 缓和分散震荡的能量。
柱不仅承担了结构上的作用，还 可以用于装饰和设计。
不同类型的柱
1
方柱
砖或混凝土建筑中常见的柱子形状，具
圆柱
2
有方形或长方形横截面。
圆柱形状适用于多种场合，因为它是最
能承受外力的结构形状之一。
3
多边形柱
多边形柱具有独特的外形和装饰效果， 适用于一些特殊的建筑结构。
柱的受力分析方法
1 目测法
使用经验和专业知识观察 柱的构造和破坏，诊断柱 的问题。
柱与梁的连接方式
1 焊接
柱子和梁之间可以采用焊 接方式固定，以增强柱子 和梁之间的连接强度。
2 嵌入固定
通过嵌入、卡压、卡钩等 方式，将柱子和梁之间结 合在一起。
3 钢板连接
使用钢板将柱子和梁进行 连接，可以提高结构牢固 性和耐久性。
柱在建筑结构中Βιβλιοθήκη 重要性全局强度的关键部分柱是整个建筑结构和框架承重的 重要组成部分，对全局的强度和 稳定性具有关键的影响。
建筑结构课件——柱的设 计
柱是建筑结构中重要的组成部分，起着支撑建筑物重量和传递荷载的作用。 在本课件中我们将深入探讨柱的设计原则和注意事项。
柱的定义及作用
历史
柱作为古代建筑的构件，从希腊 和罗马时代就开始广泛使用。
第六章__下套管作业ppt课件
精品课件
(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。
精品课件
§ 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。
精品课件
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 ½ ″~7″套管)，用大钳再紧三圈， 7 ⅝ ″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。
精品课件
(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。
(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。
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§ 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。
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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 ½ ″~7″套管)，用大钳再紧三圈， 7 ⅝ ″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。
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(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。
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。
套管及套管柱
水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。
•API标准：从开始混拌到水泥浆稠度达到 100 BC（水泥稠度单位）所 用的时间。
•API标准中规定在初始的 15～30 min时间内，稠化值应当小于 30 BC。 好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水泥浆的稠度在50 BC以内。
第三节
③水泥浆的失水 一般用30分钟的失水量表示。 ④水泥浆的稠化时间 • • 从液态转变为固态的时间。
L i---- 第I种套管的长度，m；
n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 2）外挤压力 •主要载荷：管外液柱的压力、地层中流体的压力、高塑性岩石（盐膏层、 泥岩层）的侧向挤压力等。 •常规情况下按套管全淘空时的管外压力计算：
p oc 9 . 81 m H
•有大段盐膏层的特殊情况下，有时将上式中的钻井液密度替换为上覆岩层 压力的当量密度进行计算。
套管柱附件由下到而上一般顺序：引鞋、回压阀、扶正器、泥饼刷、 联顶节。
第三节
• • • • • • • •
油井水泥
一、油井水泥的分类和水化作用 1.API水泥的分类
A级：深度范围 0～1828.8 m，温度76.7℃。 B级：深度范围 0～1828.8 m，属中热水泥，温度至 76.7℃，有中抗硫和 高抗硫两种。 C级：深度范围0～1828.8 m，温度至 76.7℃，高早期强度水泥，分普通、 中抗硫及高抗硫三种。 D级：深度范围1828.8～3050 m，温度76～127℃，用于中温、中压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 E级：深度范围 3050～4270 m，温度76～143℃，用于高温、高压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 F级：深度范围为 3050～4880 m，温度 110～160℃，用于超高温和超高 压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。 G级及H级：深度范围为 0～2440 m，温度0～93℃，分为中抗硫及高抗硫 两种。 J级：深度范围为 3660～4880 m，温度49～160。
•API标准：从开始混拌到水泥浆稠度达到 100 BC（水泥稠度单位）所 用的时间。
•API标准中规定在初始的 15～30 min时间内，稠化值应当小于 30 BC。 好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水泥浆的稠度在50 BC以内。
第三节
③水泥浆的失水 一般用30分钟的失水量表示。 ④水泥浆的稠化时间 • • 从液态转变为固态的时间。
L i---- 第I种套管的长度，m；
n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 2）外挤压力 •主要载荷：管外液柱的压力、地层中流体的压力、高塑性岩石（盐膏层、 泥岩层）的侧向挤压力等。 •常规情况下按套管全淘空时的管外压力计算：
p oc 9 . 81 m H
•有大段盐膏层的特殊情况下，有时将上式中的钻井液密度替换为上覆岩层 压力的当量密度进行计算。
套管柱附件由下到而上一般顺序：引鞋、回压阀、扶正器、泥饼刷、 联顶节。
第三节
• • • • • • • •
油井水泥
一、油井水泥的分类和水化作用 1.API水泥的分类
A级：深度范围 0～1828.8 m，温度76.7℃。 B级：深度范围 0～1828.8 m，属中热水泥，温度至 76.7℃，有中抗硫和 高抗硫两种。 C级：深度范围0～1828.8 m，温度至 76.7℃，高早期强度水泥，分普通、 中抗硫及高抗硫三种。 D级：深度范围1828.8～3050 m，温度76～127℃，用于中温、中压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 E级：深度范围 3050～4270 m，温度76～143℃，用于高温、高压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 F级：深度范围为 3050～4880 m，温度 110～160℃，用于超高温和超高 压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。 G级及H级：深度范围为 0～2440 m，温度0～93℃，分为中抗硫及高抗硫 两种。 J级：深度范围为 3660～4880 m，温度49～160。
19 采油工 套管头结构与工作原理ppt课件
四通；右侧旁通口为套压阀门及压力表，左侧不定， 可为堵头。 2、双层套管头：
第一层套管头：与单层套管头基本相同，上部连接 第二层套管头，也称表层套管头。
双层套管头的第二层套管头：安装在表层套管头之 上，并密封第二层套管上部并悬挂第三层套管；上部 为采油树四通；左、右侧旁通口都可安装套压阀门及 压力表，一般只安装右侧，左侧可为平板阀并带堵头。
38
螺栓上紧顺序
39
垫环BX-154起初安装时
40
接触
未接触
法兰未合拢 接触
未接触
法兰起初安装垫环BX-154轻轻接触时
41
法兰安装完成垫环BX-154压紧后
法兰合拢
四角均接触
42
垫环内置压力平衡孔
43
103-35 RX-39 法兰安装前后基本一样 44
18-70法兰 BX156垫环安装 问题在哪里？
1. 卡瓦与套管弧度不符
1. 检查悬挂器尺寸
3 套管无法悬挂
2. 卡瓦牙性能差 3. 套管椭圆度偏差较大
2. 检查卡瓦牙硬度及磨损情况 3. 测量修理套管外径
4. 套管不居中
4. 检查调整套管居中情况
1. 试压塞型号不符
1. 检查试压塞型号
2. 试压塞主密封圈失效
2. 更换试压塞主密封圈
4 试压塞试压失效
1. 密封件老化 2. 悬挂器安装不到位 3. 套管头坐封部位损伤
更换悬挂器 安装试压保护环
55
注意事项
1、防爆问题 气井：使用铍青铜或铝青铜的防爆工具。
2、窒息或中毒 随身携带烷烃+氧气检测仪。 进入封闭的圆井，必须双人操作，不能同时下井，必须一人在 地面上。 打开带压的设备一定不要面向设备的出口或飞出方向。
第一层套管头：与单层套管头基本相同，上部连接 第二层套管头，也称表层套管头。
双层套管头的第二层套管头：安装在表层套管头之 上，并密封第二层套管上部并悬挂第三层套管；上部 为采油树四通；左、右侧旁通口都可安装套压阀门及 压力表，一般只安装右侧，左侧可为平板阀并带堵头。
38
螺栓上紧顺序
39
垫环BX-154起初安装时
40
接触
未接触
法兰未合拢 接触
未接触
法兰起初安装垫环BX-154轻轻接触时
41
法兰安装完成垫环BX-154压紧后
法兰合拢
四角均接触
42
垫环内置压力平衡孔
43
103-35 RX-39 法兰安装前后基本一样 44
18-70法兰 BX156垫环安装 问题在哪里？
1. 卡瓦与套管弧度不符
1. 检查悬挂器尺寸
3 套管无法悬挂
2. 卡瓦牙性能差 3. 套管椭圆度偏差较大
2. 检查卡瓦牙硬度及磨损情况 3. 测量修理套管外径
4. 套管不居中
4. 检查调整套管居中情况
1. 试压塞型号不符
1. 检查试压塞型号
2. 试压塞主密封圈失效
2. 更换试压塞主密封圈
4 试压塞试压失效
1. 密封件老化 2. 悬挂器安装不到位 3. 套管头坐封部位损伤
更换悬挂器 安装试压保护环
55
注意事项
1、防爆问题 气井：使用铍青铜或铝青铜的防爆工具。
2、窒息或中毒 随身携带烷烃+氧气检测仪。 进入封闭的圆井，必须双人操作，不能同时下井，必须一人在 地面上。 打开带压的设备一定不要面向设备的出口或飞出方向。
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)。
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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。
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3.1、套管柱弯曲半径与套管安全入井的条件
酸化压裂管柱PPT课件
工作原理：从油管内投球,打压至 设计压力,打开球座,同时坐封封隔 器,封隔下部注水层与上部油套环 行空间,在高压注水时,对套管实现 保护。连通阀在必要时可实现环空 与油管内外的连通。
特点：该管柱由Y241型封隔器等 工具组成，可有效锚定和扶正管柱 并实现管柱伸缩补偿，满足 40MPa以上超高压注水的需要。
措施层
用途：主要用于深井或超深井酸压 下层施工。
伸缩管 连通阀
替酸器
Y241封隔器 坐封滑套
工作原理：同前。替酸器可在封器 器坐封后提供替酸通道，酸替完后 可以投球关闭。连通阀在必要时可 实现环空与油管内外的连通。
特点：该管柱液采用带卡瓦和锚瓦 的Y241封隔器可以牢靠地锚定管柱， 伸缩管补偿管柱因压力和温度变化 所产生的变形，消除应力，确保施 工成功。该管柱液压坐封，上提管 柱解封，反洗井、分层酸化压裂管柱。
措施层 措施层
水力锚
Y341可洗井封隔器 分层滑套 Y341可洗井封隔器 水力锚
坐封滑套 割缝管
工作原理：替液后先投ф35球至坐封球 座处，油管内蹩压坐封封隔器并将坐 封滑套芯子打至割缝喷砂器底部，然 后进行下层压裂施工；然后再投ф38球
至滑套分喷砂器处，油管内蹩坐压将滑套 喷砂器层的芯管和球打到座封封滑套球座 处施，工密完滑套封成下以层后，，再反进洗行井上洗压出滑套裂两施级工封；隔
特点：该管柱能够不动管柱进行两 层或三层酸化压裂施工，可以进行 反洗井排酸或冲砂，施工简单方便， 施工成本低。
第4页/共15页
二、分层注水工艺管柱
第5页/共15页
1)、套管保护分层注水管柱。
注水层 注注水水层层
套管保护液 Y341封隔器
偏配 Y341封隔器
偏配 952-1凡尔
特点：该管柱由Y241型封隔器等 工具组成，可有效锚定和扶正管柱 并实现管柱伸缩补偿，满足 40MPa以上超高压注水的需要。
措施层
用途：主要用于深井或超深井酸压 下层施工。
伸缩管 连通阀
替酸器
Y241封隔器 坐封滑套
工作原理：同前。替酸器可在封器 器坐封后提供替酸通道，酸替完后 可以投球关闭。连通阀在必要时可 实现环空与油管内外的连通。
特点：该管柱液采用带卡瓦和锚瓦 的Y241封隔器可以牢靠地锚定管柱， 伸缩管补偿管柱因压力和温度变化 所产生的变形，消除应力，确保施 工成功。该管柱液压坐封，上提管 柱解封，反洗井、分层酸化压裂管柱。
措施层 措施层
水力锚
Y341可洗井封隔器 分层滑套 Y341可洗井封隔器 水力锚
坐封滑套 割缝管
工作原理：替液后先投ф35球至坐封球 座处，油管内蹩压坐封封隔器并将坐 封滑套芯子打至割缝喷砂器底部，然 后进行下层压裂施工；然后再投ф38球
至滑套分喷砂器处，油管内蹩坐压将滑套 喷砂器层的芯管和球打到座封封滑套球座 处施，工密完滑套封成下以层后，，再反进洗行井上洗压出滑套裂两施级工封；隔
特点：该管柱能够不动管柱进行两 层或三层酸化压裂施工，可以进行 反洗井排酸或冲砂，施工简单方便， 施工成本低。
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二、分层注水工艺管柱
第5页/共15页
1)、套管保护分层注水管柱。
注水层 注注水水层层
套管保护液 Y341封隔器
偏配 Y341封隔器
偏配 952-1凡尔
《套管强度校核》课件
套管强度校核的目的
保障安全
确保套管在各种工况下不会发生失效，以保护井筒和油气资源。
优化设计
根据强度校核结果，优化套管设计，提高使用寿命和成本效益。
满足规范
套管强度校核结果需要符合国家和行业的规范和标准。
套管强度校核的步骤
1
收集数据
获取井筒结构参数、套管和管柱材料特性等相关数据。
2
进行计算
利用力学原理和公式，对套管进行强度校核计算。
结论和要点
套管强度校核对于保障井筒的安全稳定和油气资源的开发具有关键作用。选 择适合的校核方法和准确的数据，能够提高套管设计的可靠性和成本效益。
3
评估结果
根据校核结果评估套管的可靠性和安全性。
常见的套管强度校核方法
1 解析法
基于力学方程和材料特性，通过解析求解的方法进行校核。
2 有限元法
利用有限元分析软件进行数值模拟，得到套管受力情况并进行校核。
3 经验公式法
根据经验公式和经验数据，估算套管的强度。
套管度校核的应用范围
海上油井
套管强度校核在海上油井中尤为 重要，因为海洋环境中的力荷载 更大。
《套管强度校核》PPT课 件
本PPT课件将介绍套管强度校核的基本概念、目的和步骤，常见的校核方法， 以及其应用范围和实际例子。通过图文并茂的讲解，帮助大家深入了解这一 重要技术。
强度校核的定义
强度校核是指对套管进行力学计算和分析，以确定其能否承受特定工况下的 力荷载。通过校核，可以评估套管的安全性，并确定其使用寿命和可靠性。
陆上油井
海上风电场
套管强度校核也适用于陆上油井， 以确保井筒的稳定和生产的安全。
套管强度校核也在海上风电场中 发挥重要作用，以保证风力发电 设施的可靠性。
钻井工程理论与技术 第七章 固井和完井
ρ pper
∆PN = + ρ p min − Sb 0.00981Dmin
在地层压力曲线上找出 的下深 D 。 2
ρpper 所在的深度即为中间套管
3、求钻井尾管下入深度的初选点 D 、 31
根据中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度 ρ f 2 ，求 出继续向下钻进时 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度： 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度：
五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度的初选点 、 （1）不考虑发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + Sg + S f ax 计算出 ρf ，在破裂压力曲线上查出 ρf 所在的井 即为中间套管下入井深的初选点。 深 D ，即为中间套管下入井深的初选点。 21 （2）考虑可能发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + S f + Sk * Dpm / D ax ax 21 用试算法求 D ；先试取一个 D ，计算 ρf ， 21 21 比较， 将计算出的 ρf 与 D 所查得的 ρf 比较，若计算值与实 21 际值相差不大且略小于实际值， 际值相差不大且略小于实际值，可以确定 D 为中间套管 21 的初选点，否则，重新进行试算。 的初选点，否则，重新进行试算。 一般情况下，在新探区，取以上（ ）、（ ）、（2） 一般情况下，在新探区，取以上（1）、（ ）两 的较大值。 种条件下的 D 的较大值。 21
：最小地层孔隙压力所处的井深，m （当有多个最小 最小地层孔隙压力所处的井深， 地层压力点时，取最大井深） 地层压力点时，取最大井深） • 若 ∆P < ∆P ，则确定 D 为中间套管的下入深度 D 。 21 2 N • 若 ∆P > ∆P ，则中间套管应小于初选点的深度，需根据压 则中间套管应小于初选点的深度， N 差卡钻条件确定中间套管的下深。 差卡钻条件确定中间套管的下深。 求在压差 ∆P 条件下所允许的最大地层压力为： N 条件下所允许的最大地层压力为：
∆PN = + ρ p min − Sb 0.00981Dmin
在地层压力曲线上找出 的下深 D 。 2
ρpper 所在的深度即为中间套管
3、求钻井尾管下入深度的初选点 D 、 31
根据中间套管鞋处的地层破裂压力当量密度 ρ f 2 ，求 出继续向下钻进时 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度： 裸眼井段所允许的最大地层压力当量密度：
五、井身结构设计方法 1、求中间套管下入深度的初选点 、 （1）不考虑发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + Sg + S f ax 计算出 ρf ，在破裂压力曲线上查出 ρf 所在的井 即为中间套管下入井深的初选点。 深 D ，即为中间套管下入井深的初选点。 21 （2）考虑可能发生井涌 ） 由 ρf = ρpm + Sb + S f + Sk * Dpm / D ax ax 21 用试算法求 D ；先试取一个 D ，计算 ρf ， 21 21 比较， 将计算出的 ρf 与 D 所查得的 ρf 比较，若计算值与实 21 际值相差不大且略小于实际值， 际值相差不大且略小于实际值，可以确定 D 为中间套管 21 的初选点，否则，重新进行试算。 的初选点，否则，重新进行试算。 一般情况下，在新探区，取以上（ ）、（ ）、（2） 一般情况下，在新探区，取以上（1）、（ ）两 的较大值。 种条件下的 D 的较大值。 21
：最小地层孔隙压力所处的井深，m （当有多个最小 最小地层孔隙压力所处的井深， 地层压力点时，取最大井深） 地层压力点时，取最大井深） • 若 ∆P < ∆P ，则确定 D 为中间套管的下入深度 D 。 21 2 N • 若 ∆P > ∆P ，则中间套管应小于初选点的深度，需根据压 则中间套管应小于初选点的深度， N 差卡钻条件确定中间套管的下深。 差卡钻条件确定中间套管的下深。 求在压差 ∆P 条件下所允许的最大地层压力为： N 条件下所允许的最大地层压力为：
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2018/11/24
②阻止钻井液进入套管内，减轻套管柱的重量。
类型：浮箍、差压充满浮箍及带挡圈的浮箍 3.套管扶正器
作用：扶正套管，提高固井质量。
4.磁性定位套管 5.联顶节 作用：用来在下套管后到固井作业结束之前，悬挂套管柱的套管短节。 联顶节方入：联顶节在转盘面以下的长度，它要保证四通、防喷器等 装置安装的拆卸的要求。
2018/11/24
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
• 第三象限：轴向压应力与外挤压力联合作用。 在轴向受压条件下套管抗外挤强度增加。
• 第四象限：轴向拉应力与外挤压力联合作用。
轴向拉力的存在使套管的抗挤强度降低。 由于这种情况在套管柱中是经常出现的。因此在套管柱设计中应当 考虑轴向拉力对抗挤强度的影响。 2018/11/24
第二节
2.套管的破坏
1）拉伸破坏 (1)丝扣（接箍）滑脱
σ
z
σ t >>σ r , σ r 可以忽略。变为双向应
力问题。 由第四强度理论： σ
z 2
+σ
t
2
-σ zσ t =σ
s
2
σ
r
变换为椭圆方程：
σ
t
2018/11/24
2 2 t z t z 1 2 s s s
按拉为正、压为负，根据以上方程可画出椭圆图形。
• 套管柱设计时按最危险情况考虑。
1、轴向拉力 1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
2018/11/24
第二节
n i 1
套管及套管柱
n i 1
3 3 d F q L ( 1 ) 10 q L k 10 m i i m i is s
2018/11/24
p 9 . 81 H oc m
第二节
3）内压力
套管及套管柱
内压力是径向力，其方向是由套管轴线垂直指向内壁，它取决于地层流体压 力和挤注作业时挤入的流体压力。
4）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向 的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管，
套管及套管柱
(2)丝扣断裂
(3)管体断裂 (4)氢脆
2）挤压破坏
三、套管柱附件 在实际施工过程中，安装在套管柱上的一些附加部件统称为套管柱 附件。 1.引鞋 作用：引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁
2018/11/24 类型：引鞋、浮鞋、差压灌注鞋
第二节
2.回压阀
套管及套管柱
作用：①阻止水泥浆回流，保证水泥浆的上返高度；
第二节
套管及套管柱
2018/11/24
第二节
标。
套管及套管柱
在椭圆图上， σt/σs 的百分比为纵坐标，σz /σs 的百分比为横坐
由强度条件的双向应力椭圆可以看出：
• 第一象限：拉伸与内压联合作用。
轴向拉力的存在下使套管的抗内压强度增加。 • 第二象限：轴向压缩与内压联合作用。
在轴向受压条件下套管抗内压强度降低。
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N；
L i---- 第I种套管的长度，m；
n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 2）外挤压力
•主要载荷：管外液柱的压力、地层中流体的压力、高塑性岩石（盐膏层、 泥岩层）的侧向挤压力等。
•常规情况下按套管全淘空Байду номын сангаас的管外压力计算：
•有大段盐膏层的特殊情况下，有时将上式中的钻井液密度替换为上覆岩层 压力的当量密度进行计算。
套管柱附件由下到而上一般顺序：引鞋、回压阀、扶正器、泥饼刷、 联顶节。 2018/11/24
第三节
• • • • • • • •
油井水泥
一、油井水泥的分类和水化作用 1.API水泥的分类
A级：深度范围 0～1828.8 m，温度76.7℃。 B级：深度范围 0～1828.8 m，属中热水泥，温度至 76.7℃，有中抗硫和 高抗硫两种。 C级：深度范围0～1828.8 m，温度至 76.7℃，高早期强度水泥，分普通、 中抗硫及高抗硫三种。 D级：深度范围1828.8～3050 m，温度76～127℃，用于中温、中压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 E级：深度范围 3050～4270 m，温度76～143℃，用于高温、高压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 F级：深度范围为 3050～4880 m，温度 110～160℃，用于超高温和超高 压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。 G级及H级：深度范围为 0～2440 m，温度0～93℃，分为中抗硫及高抗硫 两种。 J级：深度范围为 3660～4880 m，温度49～160。
套管及套管柱
2018/11/24
第二节
套管及套管柱
• 套管柱：由同一外径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组
成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。
二、套管柱受力分析及破坏
• 套管柱在井内所受外载复杂。在不同时期（下套管过程中、注水泥 时、后期开采等过程中）套管柱的受力也不同。
• 在分析和设计中主要考虑基本载荷：轴向拉力、外挤压力及内压力。
• 水化反应缓慢，强度增长慢；
• 对水泥的最终强度有影响。
2018/11/24
第三节
2）水泥的水化
油井水泥
•水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化 产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和凝结，形成水泥石。
水泥的硬化分为三个阶段：
•溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产 物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶 体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。 •凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微 晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水 泥浆变绸，直到失去流动性。 •硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强 度增加，硬化成为水泥石。
②阻止钻井液进入套管内，减轻套管柱的重量。
类型：浮箍、差压充满浮箍及带挡圈的浮箍 3.套管扶正器
作用：扶正套管，提高固井质量。
4.磁性定位套管 5.联顶节 作用：用来在下套管后到固井作业结束之前，悬挂套管柱的套管短节。 联顶节方入：联顶节在转盘面以下的长度，它要保证四通、防喷器等 装置安装的拆卸的要求。
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第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
• 第三象限：轴向压应力与外挤压力联合作用。 在轴向受压条件下套管抗外挤强度增加。
• 第四象限：轴向拉应力与外挤压力联合作用。
轴向拉力的存在使套管的抗挤强度降低。 由于这种情况在套管柱中是经常出现的。因此在套管柱设计中应当 考虑轴向拉力对抗挤强度的影响。 2018/11/24
第二节
2.套管的破坏
1）拉伸破坏 (1)丝扣（接箍）滑脱
σ
z
σ t >>σ r , σ r 可以忽略。变为双向应
力问题。 由第四强度理论： σ
z 2
+σ
t
2
-σ zσ t =σ
s
2
σ
r
变换为椭圆方程：
σ
t
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2 2 t z t z 1 2 s s s
按拉为正、压为负，根据以上方程可画出椭圆图形。
• 套管柱设计时按最危险情况考虑。
1、轴向拉力 1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
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第二节
n i 1
套管及套管柱
n i 1
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p 9 . 81 H oc m
第二节
3）内压力
套管及套管柱
内压力是径向力，其方向是由套管轴线垂直指向内壁，它取决于地层流体压 力和挤注作业时挤入的流体压力。
4）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向 的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管，
套管及套管柱
(2)丝扣断裂
(3)管体断裂 (4)氢脆
2）挤压破坏
三、套管柱附件 在实际施工过程中，安装在套管柱上的一些附加部件统称为套管柱 附件。 1.引鞋 作用：引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁
2018/11/24 类型：引鞋、浮鞋、差压灌注鞋
第二节
2.回压阀
套管及套管柱
作用：①阻止水泥浆回流，保证水泥浆的上返高度；
第二节
套管及套管柱
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第二节
标。
套管及套管柱
在椭圆图上， σt/σs 的百分比为纵坐标，σz /σs 的百分比为横坐
由强度条件的双向应力椭圆可以看出：
• 第一象限：拉伸与内压联合作用。
轴向拉力的存在下使套管的抗内压强度增加。 • 第二象限：轴向压缩与内压联合作用。
在轴向受压条件下套管抗内压强度降低。
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N；
L i---- 第I种套管的长度，m；
n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 2）外挤压力
•主要载荷：管外液柱的压力、地层中流体的压力、高塑性岩石（盐膏层、 泥岩层）的侧向挤压力等。
•常规情况下按套管全淘空Байду номын сангаас的管外压力计算：
•有大段盐膏层的特殊情况下，有时将上式中的钻井液密度替换为上覆岩层 压力的当量密度进行计算。
套管柱附件由下到而上一般顺序：引鞋、回压阀、扶正器、泥饼刷、 联顶节。 2018/11/24
第三节
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油井水泥
一、油井水泥的分类和水化作用 1.API水泥的分类
A级：深度范围 0～1828.8 m，温度76.7℃。 B级：深度范围 0～1828.8 m，属中热水泥，温度至 76.7℃，有中抗硫和 高抗硫两种。 C级：深度范围0～1828.8 m，温度至 76.7℃，高早期强度水泥，分普通、 中抗硫及高抗硫三种。 D级：深度范围1828.8～3050 m，温度76～127℃，用于中温、中压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 E级：深度范围 3050～4270 m，温度76～143℃，用于高温、高压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 F级：深度范围为 3050～4880 m，温度 110～160℃，用于超高温和超高 压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。 G级及H级：深度范围为 0～2440 m，温度0～93℃，分为中抗硫及高抗硫 两种。 J级：深度范围为 3660～4880 m，温度49～160。
套管及套管柱
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第二节
套管及套管柱
• 套管柱：由同一外径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组
成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。
二、套管柱受力分析及破坏
• 套管柱在井内所受外载复杂。在不同时期（下套管过程中、注水泥 时、后期开采等过程中）套管柱的受力也不同。
• 在分析和设计中主要考虑基本载荷：轴向拉力、外挤压力及内压力。
• 水化反应缓慢，强度增长慢；
• 对水泥的最终强度有影响。
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第三节
2）水泥的水化
油井水泥
•水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化 产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和凝结，形成水泥石。
水泥的硬化分为三个阶段：
•溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产 物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶 体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。 •凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微 晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水 泥浆变绸，直到失去流动性。 •硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强 度增加，硬化成为水泥石。