1、第二章套筒柱和水泥注入設(shè)置修訂，第一節(jié)井身構(gòu)造設(shè)置修訂第二節(jié)生產(chǎn)套筒尺寸的確定第三節(jié)水泥注入技術(shù)第五節(jié)復(fù)合型井套筒柱設(shè)置修訂和水泥注入技術(shù)概要，第三節(jié)套筒柱強(qiáng)度設(shè)置修訂，套筒的類型和性能二，套筒柱的負(fù)荷分析和套筒強(qiáng)度三，定向井套筒柱負(fù)荷修訂四， 套柱強(qiáng)度設(shè)定修訂第三節(jié)套柱強(qiáng)度設(shè)定修訂的任務(wù)：預(yù)先設(shè)定強(qiáng)度足夠的套柱，保證能承受進(jìn)井后各種外負(fù)荷的作用，并且成本最低，符合“安全經(jīng)濟(jì)”的原則。 目前一般使用符合美國API套管規(guī)范的進(jìn)口和國產(chǎn)套管，主要包括套管尺寸、鋼級(jí)、壁厚、連接方式等。 國內(nèi)主要有：天鋼、寶鋼、成鋼國外主要有日本、德國、美國、史特克，第三節(jié)套柱設(shè)置修訂，一、套筒類型及其性能，一、基本

2、概念油井套筒為優(yōu)質(zhì)鋼材制無縫管或焊接管，兩端有錐形螺紋大部分套筒用套筒接頭連接構(gòu)成套筒柱。 代表套筒的主要特性殘奧表是套筒尺寸、鋼級(jí)、壁厚。 (API SPEC 5A:C75、C95、P110的套筒只能用無縫管制造)、1、基本概念、(1)套筒的尺寸(也稱為名義外徑、公稱直徑等)指套筒主體的外徑，實(shí)際上套筒尺寸被標(biāo)準(zhǔn)化。 套管尺寸的確定是井身結(jié)構(gòu)修訂的重要內(nèi)容之一，先介紹如下。 1、基本概念，(2)套管的鋼級(jí)API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管本體的鋼材達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，用鋼級(jí)表示。 套筒鋼級(jí)由文字和后面的數(shù)字組成，文字沒有特別的意義，但數(shù)字表示套筒的強(qiáng)度。 API對(duì)套管進(jìn)行了相應(yīng)的分級(jí)(h、j、k、n、c、l、p

3、、q這8種訂正10級(jí)):H40、J55、K55、C75、L80、N80、c、1、基本概念、API套管規(guī)范和強(qiáng)度(5英寸套管)甲鉆此規(guī)定除極少數(shù)例外外，也適用于非API標(biāo)準(zhǔn)的套管。 (1MPa=145.04psi； psi :磅/英寸2 )只有屈服強(qiáng)度對(duì)H2S敏感，但對(duì)CO2的影響小，幾年內(nèi)不被破壞，在H2S鹽的環(huán)境中1小時(shí)內(nèi)被破壞。API套管的規(guī)范和強(qiáng)度(5英寸套管)、1、基本概念、(3)套管的壁厚是指套管本體中管體的厚度，也稱套管名義壁厚。 套筒的壁厚也標(biāo)準(zhǔn)化了。 與套筒壁厚直接相關(guān)的是套筒的名義質(zhì)量(或名義重量)，指定的是套筒每單位長度的質(zhì)量(或重量)。 研究開發(fā)了API套管的規(guī)范和強(qiáng)度(

4、5英寸套管)、1、基本概念、上述API標(biāo)準(zhǔn)套管，以及在國外滿足特殊使用條件的非API標(biāo)準(zhǔn)套管。 深井超高強(qiáng)度套管在酸性環(huán)境套管高抗壓套管常溫油氣井中使用的高強(qiáng)度套管這些特殊套管的應(yīng)用，相當(dāng)解決了深井、高壓井、高腐蝕井、海洋和近海油氣田、沙漠腹地油氣田開發(fā)面臨的難題，為水平井和熱采井等的普及奠定了基礎(chǔ)。 據(jù)資料顯示，特殊套管的使用比例逐年提高。 1、基本概念2、套管連接、套柱通常由相同外徑、相同(或不同)鋼級(jí)、壁厚的套管用接頭連接組成。 緊固用螺釘實(shí)現(xiàn)，螺釘緊固是套管質(zhì)量和強(qiáng)度檢測的重點(diǎn)。 套管螺紋均為錐形螺紋，按API標(biāo)準(zhǔn)分為5類。 前四個(gè)通用API標(biāo)準(zhǔn)，第五類是非API標(biāo)準(zhǔn)。 2、套管緊固、

5、(a) (b) (c) (a )圓螺紋緊固(b )梯形螺紋緊固(c )直接連接型螺紋緊固、API螺紋緊固對(duì)象、2、套管緊固、API標(biāo)準(zhǔn)螺紋的優(yōu)點(diǎn)：在一般的操作條件下連接，維修和現(xiàn)場操作變得容易。 優(yōu)質(zhì)密封潤滑脂組合使用時(shí)，對(duì)流體密封條件可達(dá)69MPa及149。 可反復(fù)使用。 API標(biāo)準(zhǔn)螺釘?shù)娜秉c(diǎn)：過高的壓力和氣體不能滿足密封要求。 API螺釘?shù)木o固強(qiáng)度僅為管體的拉伸強(qiáng)度的80。 在有腐蝕流體的環(huán)境中，由于API帶的“干擾值”過大，所以過大的周應(yīng)力容易發(fā)生帶的氫脆性應(yīng)力破壞和應(yīng)變裂紋。 2、套管的連接、非API規(guī)格的特殊螺釘?shù)闹圃旌驮O(shè)定具有以下特點(diǎn)：努力使連接強(qiáng)度達(dá)到管體的抗拉強(qiáng)度以上。 提供更

6、高級(jí)的密封，主要采用金屬密封設(shè)置修訂。 在現(xiàn)場連接短節(jié)并不容易，要求嚴(yán)格的操作條件和高成本。 抱持扭矩肩，滿足提升扭矩強(qiáng)度的要求，可以抑制過大的圓周應(yīng)力(圓周方向應(yīng)力)。 連接處(或接頭)的外徑可以盡量縮小。 二、套柱的荷載分析和套柱強(qiáng)度，套柱： (1)進(jìn)井注水泥，然后在生產(chǎn)的不同時(shí)期，套柱的受力也在不斷變化。 (2)不同地層和地質(zhì)條件下，套柱承受的外載荷也不同。 井下鹽巖層對(duì)套柱的壓力梯度必須以瞄準(zhǔn)巖石的壓力梯度來修正，氧化壓裂時(shí)受到的內(nèi)壓和正常采油時(shí)的壓力不同，易崩油層生前、中、后期對(duì)套柱的外推壓力也不同。 經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐，套柱受力復(fù)雜，但影響套柱的基本載荷主要證明：軸向載荷外推壓力內(nèi)壓

7、。 套筒彎曲負(fù)荷、振動(dòng)負(fù)荷等其他負(fù)荷考慮了安全系數(shù)。 1、軸向負(fù)荷及套筒的拉伸強(qiáng)度、(1)軸向負(fù)荷的種類自重引起的軸向拉伸力是軸向應(yīng)力產(chǎn)生的基本原因。 井口最大。 教材P258式77 API規(guī)格中的套管的強(qiáng)度值沒有考慮彎曲應(yīng)力的影響，但是在井眼有大的梯度或狗腿的情況下，由于彎曲的影響套管的軸向張力變大。 特別是接近紐扣的地方容易出現(xiàn)龜裂，應(yīng)該考慮。 教材P259式710在深井、超井注水泥過程中，由于注水泥漿量大，當(dāng)水泥未穿鞋時(shí)，套柱會(huì)產(chǎn)生較大的附加軸向應(yīng)力。 教材P259式711其他附加力。 摩擦力被認(rèn)為與浮力相抵消。 剩馀的佗的力量，因?yàn)樾拚惴ㄓ袕?fù)雜難以預(yù)想的情況，所以一般用安全系數(shù)考慮。

8、 1、軸向負(fù)荷及套筒的拉伸強(qiáng)度、(1)軸向負(fù)荷的種類、在實(shí)際的設(shè)定修正中，如果不考慮浮力對(duì)軸向負(fù)荷的作用，則設(shè)定修正結(jié)果會(huì)安全地偏向。 但是，在校正計(jì)算精度的要求高的情況(例如高溫高壓井)下，為了更好地發(fā)揮管材的強(qiáng)度性能，此時(shí)大多不能簡單地忽略。 1、軸向負(fù)荷及套管的抗拉強(qiáng)度；(2)軸向負(fù)荷下套管的抗拉強(qiáng)度目前中國現(xiàn)場使用的套管大部分是API標(biāo)準(zhǔn)圓形按鈕套管：按鈕為v形，按鈕根和按鈕尖圓形。 從API的套管拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場的實(shí)際情況來看，大部分套管的破壞形式是滑動(dòng)按鈕，特別是圓形螺絲，比本體是滑動(dòng)按鈕的情況要少很多。 因此，在修正設(shè)定時(shí)，不僅考慮套筒的屈服強(qiáng)度，還考慮套筒的鋼絲按鈕的連接強(qiáng)度

9、。 值得注意的是，在軸向負(fù)荷下，不僅存在連接強(qiáng)度的問題，而且由于雙軸應(yīng)力效應(yīng)，對(duì)內(nèi)壓、外壓強(qiáng)度也有影響，同時(shí)對(duì)套筒鋼絲的密封也有直接影響。 2、外推負(fù)荷及套管的抗擠壓強(qiáng)度，(1)外推負(fù)荷的種類(假設(shè)管外水泥未凝固，管外為鉆井液)，一般來說，考慮到外推負(fù)荷是最危險(xiǎn)的狀況，對(duì)套管內(nèi)的所有掏空中套管受到的外推負(fù)荷進(jìn)行修正。、2、外壓負(fù)荷及套筒的抗壓強(qiáng)度、套筒內(nèi)完全掏空、套筒內(nèi)負(fù)荷、套筒外負(fù)荷、有效載荷、套筒內(nèi)液面、井字形結(jié)構(gòu)、2、外壓負(fù)荷及套筒的抗壓強(qiáng)度、(2)套筒的抗壓強(qiáng)度如果套筒受到外壓作用，其破壓曲的套管會(huì)被壓碎或破裂，鉆頭或其他井下的工作無法通過，地層的封堵被破壞，停止鉆頭或停止生產(chǎn)，套管損

10、傷嚴(yán)重者廢棄油氣井。 套筒的抗擠強(qiáng)度取決于材料性能、橫截面的幾何形狀、套筒承受的載荷的狀況。 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，套管管徑厚比d /(外徑/壁厚)較大時(shí)：失穩(wěn)套管管徑較小時(shí)：套管發(fā)生強(qiáng)度破壞。圖3-8-2-3詳細(xì)敘述了套筒截面的抗壓、2、外壓負(fù)荷及套筒的抗壓強(qiáng)度、(2)套筒的API抗壓強(qiáng)度API 5C3告示測定套筒的外壓強(qiáng)度的步驟(軸向應(yīng)力為0 )。 由于外部擠壓力，套管截面可能產(chǎn)生彈性擠壓、塑性擠壓、臨界強(qiáng)度擠壓三種擠壓或彎曲形式。 三種擠壓形式的轉(zhuǎn)換受管體的幾何形狀和材料性能的制約。 如圖所示。 對(duì)于上述對(duì)外擠壓強(qiáng)度形式的分析，API提出了彈性擠壓、塑性過渡擠壓、塑性擠壓和屈服擠壓4種

11、修正套筒擠壓公式。2、外推負(fù)荷及套筒的抗壓強(qiáng)度，(3)有軸向負(fù)荷時(shí)的套筒的抗壓強(qiáng)度，實(shí)際上，套筒的軸向負(fù)荷不為零。 在套管應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，套管實(shí)際受到的力是三維的。s型套的屈服強(qiáng)度、2、外推負(fù)荷及套的耐推強(qiáng)度、周向負(fù)荷、內(nèi)壓強(qiáng)度、外推強(qiáng)度、軸向負(fù)荷不存在時(shí)：套的耐外推(內(nèi)壓)強(qiáng)度不受影響(表現(xiàn)為圓形)。 有軸向負(fù)荷時(shí)：套筒的耐外推(內(nèi)壓)強(qiáng)度受到軸向外負(fù)荷的影響(表現(xiàn)為橢圓形)。雙軸應(yīng)力橢圓：軸向負(fù)荷對(duì)套筒的耐外擠強(qiáng)度的影響、2、外擠負(fù)荷及套筒的耐擠強(qiáng)度、2、外擠負(fù)荷及套筒的耐擠強(qiáng)度、修正例、3、內(nèi)壓負(fù)荷及套筒的耐內(nèi)壓強(qiáng)度、(1)內(nèi)壓負(fù)荷(假定管外的水泥凝固)。 生產(chǎn)中的特殊作業(yè)(注水、壓裂

12、)時(shí)的壓力。 確定內(nèi)壓：老區(qū)可以參考鄰近資料，但新區(qū)內(nèi)壓少則難以確定。 井口打開，內(nèi)壓容易訂正，數(shù)值小，不過，井關(guān)閉的話內(nèi)壓突出10點(diǎn)。 井深對(duì)內(nèi)壓的影響：井淺時(shí)，內(nèi)壓較小。 另外，由于一般的套筒內(nèi)壓強(qiáng)度外推強(qiáng)度強(qiáng)，所以設(shè)定修正上的問題不明確。 但是，隨著井深的增加，內(nèi)壓問題變得顯著，有時(shí)也會(huì)超過耐外推。 3、內(nèi)壓負(fù)荷及套管的耐內(nèi)壓強(qiáng)度，3、內(nèi)壓負(fù)荷及套管的耐內(nèi)壓強(qiáng)度，井底的壓力：套管內(nèi)有效內(nèi)壓負(fù)荷：井底有效內(nèi)壓負(fù)荷：井底有效內(nèi)壓負(fù)荷：相當(dāng)于減去管內(nèi)管外的地層流體壓力，在實(shí)際的修正計(jì)算時(shí)，一般套管全部打開式中： PB井底壓力、MPa； Pio井口壓力、MPa； d鉆井液密度、g/cm3； p地

13、層流體密度、g/cm3；3、內(nèi)壓負(fù)荷及套的耐內(nèi)壓強(qiáng)度、套內(nèi)完全掏空、套內(nèi)負(fù)荷、套外負(fù)荷、有效負(fù)荷、套內(nèi)液面、井身構(gòu)造、3、內(nèi)壓負(fù)荷及套的耐內(nèi)壓強(qiáng)度、套內(nèi)部分掏空、完美的井方式有關(guān)。 典型的加工方式如下圖所示。油井生產(chǎn)初期，由于油管接頭的螺紋發(fā)生漏氣，氣泡從裂縫進(jìn)入油管和生產(chǎn)管之間的環(huán)狀空間，當(dāng)封閉時(shí)，雖然氣泡上升到井口，但氣泡仍然保持原來的壓力，那么，3、內(nèi)壓負(fù)荷及管的耐內(nèi)壓強(qiáng)度，(2)管的耐內(nèi)壓強(qiáng)度，3、內(nèi)壓負(fù)荷及管的耐內(nèi)1、套筒柱的彎曲半徑和套筒安全進(jìn)井的條件；(1)套筒柱的彎曲半徑(r ) :套筒管體允許的彎曲半徑稱為套筒柱彎曲半徑。 (單位： ()/100m) E鋼材的彈性模量(206103MPa )； d套筒的外徑(cm) Yp鋼材的屈服強(qiáng)度(KPa) K1耐彎曲安全系數(shù)(K1=1.8) K2螺紋連接部的安全系數(shù)(K2=3)。 (2)井眼軌跡半徑(R0)修正計(jì)算：