钻井工艺技术

注完水泥后，套管内留10～20m水泥塞，如果不是油层套管要 钻开。
★扶正器：弹簧钢片做成。
下 段 已 挂 重 量 （ 力 ）
（空气中每米质量）（减去泥浆在钢中占的比例） 下段已挂重量（力）
可悬挂长：LT 2
(692 3.6 9.8) 103 3744 664m （中间段） 9.8 17.9
【每米重（力）】 本段管柱质量：17.9×664=11900 （kg）
③J-55, 7.52
（2）抗拉强度计算 设 Ti —许用抗拉强度；
具有 T 1 抗拉强度的套管，可悬挂长度LT1。 即：本段,可承担管柱重 q1 LT 1 ； 具有 T 2 的管可悬挂LT2长，管重（ q2 LT 2）； T 3 的管可悬挂L 长，管重（ q3 LT 3）。 T3 原则：低抗拉强度套管放在管柱下段。 合理性考虑： 从LT2中取出一段用LT1代替，并非用 T 2 的套管直接下LT2段。
只需下深：2168-1960=208m （井口段下深）
（3）设计结果 将最上部一根管子用最小内径一 种，以防止修井时，所下工具外径 太大，下到中途下不去。
（按上段小径选择相应的工具， 无问题，且强度有保证。）
自上而下：N-80, →N-80, →J-55, →N-80, →N-80,
9.19 7.52 7.52
例，井深3000m，打井泥浆密度 m 1.6 103 kg / m3 ，
设计外经127mm（5”）油层套管柱，水泥返高500m。 库存套管J-55，N-80参数如下： 外径 钢级 壁厚 mm 6.43 J-55 127 mm
N-80
线密度 kg/m 19.34 22.32 22.32
抗挤强度
按抗挤计算结果：由上到下
J-55, 7.52
下深2168m
（满足强度要求的下深）
N-80, 7.52 加长2832-2168=664m
(减去上部已下深，到2832m)
N-80, 9.19 加长3000-2832=168m
(可下到4100m,只有3000m)
（2）按抗拉强度校核，安全系数n拉＝2（自下而上校核） ①N-80, 9.19 （最下段） 抗拉力
可下深： 由 p 9.8 m L （泥浆柱压力）
pc1 34 106 Lc1 =2168m 3 9.8 m 9.8 1.6 10
②选：N-80, 7.52
50 106 pc 2 44.4 106 Pa 许用抗挤压力： 1.125 44.4 106 可下深： Lc 2 9.8 1.6 103 =2832m ③选：N-80, 9.19 72.3 106 pc 3 64.3 106 Pa 许用抗挤压力： 1.125 6 64.4 10 Lc 3 可下深： 9.8 1.6 103 =4100m
第一章
第一节 一、套管
套管是加固井壁所用的钢管。
钻井工艺技术
井身结构
1. 套管材料：高合金钢，【含C，Mn，Mo，Cr，Ni，Cu，P，S，Si（硅）。】 2.钢级：【API
（美国石油学会标准）标准套管】
套管按强度高低分级，有：H-40，J-55，C-75 ，N-80，P-110等。
字母：含化学成份的分类代号；
四、套管设计
1. 2.
↑1-2
决定下套管层Leabharlann Baidu。（根据地质情况） 确定套管尺寸
确定完井最小井眼，各层套管尺寸；
选不同钢级、不同壁厚的套管组成管柱。 3. 设计原则 按三准则计算：抗拉安全系数： 抗挤安全系数： n安=1.62～2.0 n安=1.0～1.25
抗内压安全系数：n安=1.0～1.33
管柱载荷：顶部受拉力最大，下部受内、外压最大， 应合理设计管柱。
992 许用抗拉力： PT 3 2 496 kN
抗拉力
1.6 103 在泥浆中每米质量： 22.32(1 7.85 103 ) 17.9kg / m
（空气中每米质量）（减去泥浆在钢中占的比例）
下 两 段 已 挂 重 量
下二段已挂重量（力） (496 3.6 9.8 11.9 9.8) 103 LT 3 1960 2168 m m 9.8 17.9 可悬挂长：
4. 等安全系数法
普遍用等安全系数法设计套管柱。 即：管柱由数段不同强度套管组成，各段安全系数相同。 （具有的强度能力/实际承担载荷能力）
（1）抗外挤强度计算 外挤计算法：按管内掏空（无内压），计算一定深度管柱所 承受的外压力。
外挤压力值：按（打井时）泥浆密度计算。
p 9.8 m L （确定所受外压力）
（3）套管接 头螺纹受力分 布规律 在轴向拉力作 用下，近似于 抛物线，接头 螺纹两端扣牙 受力大，中间 部位大多数扣 牙受力很小。
轴 向 拉 力
套管接头扣牙
二、井身结构
下不同层次的套管固结井壁就构成了 井身结构。（参看图1-16） 1.导管：防止表土坍塌，引入钻头。 【一口井中最大尺寸套管（20-40m）】。 2.表层套管：加固上部疏松岩层井壁。 封隔浅层水；【安装防喷器、套管头、采油树
《石油工程与装备》
机自07级 3-11周：机自0701-04,西环105 机自0705-08,南堂117 共48学时 讲课教师：高学仕 工作单位：机电工程学院机电系
2010年9月13日
引
言
“石油工程与装备”包括两大部分：
石油工程（油田开发）和石油装备（石油机械） 石油工程：包括钻井工程（工艺），采油工程 （工艺）。即如何打井，怎样采油。 石油装备：是钻井、采油机械的概括。装备可认 为是机械工程（机械系统），并应包括电器设备。 本课主要内容：钻井、采油机械各半。 【07年9月21日报道我国是世界最大钻机生产国，年产钻机
T 3也如此，从LT3中取出一段用L
和L
T2’代替。
T1
（3）套管柱设计与校核 抗挤计算：从井口到井底逐段计算， 下部选抗挤强度最大的套管。
抗拉计算：从井底到井口逐段计算， 上部选抗拉强度最大的套管。
可采用二者可分别计算的方法。
目前用法：先用抗挤计算设计各段， 再用抗拉计算校核。 强度分段：越多越经济，受品种限制， 分四～五段为宜。
井口段抗拉强度不够（只能悬挂1960m长）； 余者改用N-80, 7.52 ④N-80,
7.52
下三段已挂重量（力）
[692 (3.6 11.9 35.1 9.8] 103 ） 1118 m 可悬挂长： LT 4 9.8 17.9
【每米重（力）】
本段管柱质量：21.4×168=3600 （kg）
②N-80, 7.52 （中间段）
1384 692 kN 许用抗拉力： PT 2 2
抗拉力 能够承受的拉力
1.6 103 在泥浆中每米质量： 22.32(1 ) 17.9kg / m 3 7.85 10
MPa
抗拉强 度 kN 809.6
992
28.5 38.3 50.0
7.52 7.52
1384
9.19
26.78
72.3
1760
解（1）按抗挤计算下深，安全系数n挤＝1.125 ①选J-55, 7.52 38.3 106 许用抗挤压力： p 34 106 Pa
c1
1.125
1760 许用抗拉力： PT 1 2 880 kN
泥浆密度
能 够 承 受 的 拉 力
本段许用拉力（重力）
1.6 103 ) 21.4kg / m 在泥浆中每米质量： 26.78(1 3 7.8510
钢的密度
（空气中每米质量）（减去泥浆在钢中占的比例） 本段许用拉力（重力）
880 103 可悬挂长：LT 1 4200 168m （最下段） 9.8 21.4
700多台，先研制出打12000m井深控制系统。】
教材：《石油钻采机械概论》35元； 参考书：《采油机械设计计算》 考试：学校统一安排考试，闭卷，侧重概念 性、知识性内容，涉及面广。考试以笔记 内容为准，平常注意听课，最后集中总结 一下即可。 听课笔记，只记标题、彩体字。 作业甚少，算总成绩，一次作业5～10分。
设计套管外挤压力时，认为管内掏空，管外 按泥浆柱计算外挤压力。 对于高塑性地层（如膨胀性页岩）和岩盐层 ，外挤压力以上覆岩层压力为计算依据。
2. 内压力 井口开时，等于管内液柱或气柱压力; 井口关时，等于井口压力与管内液柱或气柱压力之 和。 井喷和压裂时受内压。 注水和注热蒸汽内压（从套管内注入）。 3. 拉力载荷 主要由套管自重引起。 泥浆浮力、注水泥流动阻力； 下套遇卡提力； 下套刹车动载等。 4.击震载荷：完井时，射孔。（固井后射孔使油流入井筒） 5.热应力、腐蚀应力。
作用：防止套管下端插入井壁。
易钻材料（水泥）。
★套管鞋：在引鞋上部，一厚壁短 节。内下部有锥面，防止起钻时， 钻头、钻杆拉住。 ★回压阀：套管引鞋之上。
★阻流环（承托环）：承托下胶塞
注水泥时，要用下胶塞和上胶塞。
★下胶塞：中间为空，上部有一层隔膜，外层为橡胶`。
注水泥时，先（在套管内）放入下胶塞，再注水泥，下塞与水 泥一起下行。下塞遇承托环不动，压力升高使薄膜破裂，使水 泥形成通道。 ★上胶塞（实心） 注足水泥后，放入上胶塞，上塞上方 注泥浆，上塞下部是水泥。上塞与水 泥一起下行，上塞使水泥和泥浆分开 。上塞遇到下塞，将循环通路堵塞， 泵压升高，称碰压，注水泥完成。
m
p —外挤压力，Pa；
—环空泥浆密度，kg/m3； L—管柱长（井深）。
具有 c1 抗挤强度的套管可下深Hc1； c2 可下深Hc2 c3 可下深Hc3 c1 < c 2 < c 3 。
可下深的合理性分析： 用 c 2 ，下0～Hc2深，不合理； 用 c 3 ，下0～Hc3深，更不合理。 应该用： c1 的套管下 0～Hc1深； c 2 的套管下H ～H 深； c1 c2 c 3 的套管下Hc2～Hc3深。 结果：三段套管抗挤强度不同，安全系数相同 （ c1 ， c 2 ， c 3 中安全系数相同）。 原则：低抗挤能力的管放在管柱上段。
2 数字：最小屈服极限，单位：KSI（ 千磅 / 英寸 ）。
【1 PSi（磅 / 英寸2 ）=6.89kPa=0.00689MPa】 3.制造方法：无缝套管，用热轧，上海宝钢； 焊接套管，用钢板卷筒直焊缝，宝鸡钢管厂。 4. 尺寸规格：用外径表示。
生产直径400mm以上的中大口径无缝管坯
无缝管：先穿孔。穿孔是靠外径布置的轧辊和心塞头的作用来实现的。
（30～100m）】。
3.技术套管：封隔上部油、水、气层、 坍塌层。【根据地质情况下n层技术套管】。 4.油层套管（生产套管）：最后一层 套管，形成井筒，使油气入内。内放 油管。
三、套管在井下的承载情况 套管在下井、固井、完井（射孔）过程中， 承受复杂载荷。 1. 外挤压力 固井时，管外泥浆和水泥浆液柱压力； 地层对套管施加的静水压力（均匀外压）； 地层中的油、气、水压力；
7.52 9.19
，10m , 198m ，1960m ，664m ，168m。
五、下套管固井
下完套管后注水泥。
↑1-2
上接套管柱
套管与井壁的环空注水泥封固，称为固井。
【普通井油层套管加固到油层上100～200米，热采 井加固到井口（防止热应力膨胀举升井口）。】
为了工作顺利，开钻方便，套管柱下部要 有附加装置。 ①套管柱下部结构 ★引鞋：在管柱最下端，锥形。
石油套管
石油套管
套管端
接箍端
5.套管螺纹连接
主要有：
三角螺纹连接； 偏梯形螺纹连接； 特殊螺纹连接。
偏梯形螺纹
5. 套管螺纹连接 （1）三角螺纹连接 承载面：齿侧角30°；在轴向拉力下，产生较大径向分力。 连接强度：为管体强度的60～75%。 密封方式：齿间干涉及丝扣油堵塞，密封性差。
（2）偏梯形螺纹连接 承载面： 3°；导向面：10°； 增强了齿形，减少了径向力。 连接强度：为管体强度的85%。 密封方式：齿间干涉和丝扣油堵 塞，密封性差。