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1、石油工程设计固井工程设计杨明合杨明合石油工程学院石油工程学院村村戊戊要要锤锤婶婶期期刀刀搽搽隔隔惯惯丹丹镐镐箭箭辅辅蓟蓟洒洒迟迟岗岗沁沁韩韩罚罚的的首首因因锹锹仅仅穗穗权权膜膜皿皿樱樱章章【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)1一、套管的类型及其性能一、套管的类型及其性能二、套管柱的载荷分析及套管强度二、套管柱的载荷分析及套管强度三、套管柱强度设计三、套管柱强度设计四、注水泥工艺四、注水泥工艺常常翁翁当当壁壁胯胯跌跌输输垒垒芋芋眶眶李李烩烩熊熊袁袁痹痹递递拨拨诸诸阜阜死死盒盒汐
2、汐沛沛似似氮氮柜柜直直腹腹庭庭市市瑚瑚岂岂【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)2一、套管的类型及其性能一、套管的类型及其性能1 1、基本概念、基本概念油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两端均加工有锥形螺纹。油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接管，两端均加工有锥形螺纹。大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。大多数的套管是用套管接箍连接组成套管柱。表征套管的主要特性参数有表征套管的主要特性参数有套管尺寸、钢级和壁厚套管尺寸、钢级和壁厚。（API SPEC 5AAPI SP
3、EC 5A：C75C75、C95C95、P110P110的套管只能用无缝管制造）的套管只能用无缝管制造）上上亿亿拓拓垒垒筏筏肾肾北北鼎鼎忠忠柞柞蓟蓟缩缩砚砚嘲嘲瞥瞥忱忱狰狰氓氓缨缨稍稍俗俗述述啪啪怪怪淤淤棋棋遮遮帕帕宣宣违违母母猖猖【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)31、基本概念、基本概念（1）套管的尺寸）套管的尺寸 （又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外径，（又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外径，实际上套管尺寸已经标准化了。实际上套管尺寸已经标准化了。套管尺
4、寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。套管尺寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。纸纸知知双双敷敷疑疑哄哄乳乳疽疽卵卵狐狐陕陕靠靠慨慨锅锅假假鄙鄙尼尼侄侄江江与与拎拎倚倚届届亭亭欠欠渠渠砖砖截截暂暂逃逃腋腋呛呛【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)41、基本概念、基本概念（2）套管的钢级）套管的钢级 API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度，标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度，用钢级表示。用钢级表示。 套管钢级套管钢级由由字母字母及其后面
5、的及其后面的数码数码组成，字母没有特殊含义，但数码代组成，字母没有特殊含义，但数码代表套管的强度。表套管的强度。 API对套管进行了相应的分级（对套管进行了相应的分级（H、J、K、N、C、L、P、Q八种共十级）即：八种共十级）即： H40、J55、K55、C75、L80、N80、C90、C95、P110和和Q125，前，前6种类型为抗硫的，其余种类型为抗硫的，其余为非抗硫的。为非抗硫的。筐筐给给协协防防晌晌披披聂聂渍渍莱莱溅溅饱饱寥寥矫矫笺笺谅谅员员池池葱葱庆庆雇雇卜卜鞠鞠颇颇尝尝诗诗掂掂匝匝沽沽侩侩鞘鞘型型雍雍【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石
6、石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)51、基本概念、基本概念APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管) )甲方钻井手册甲方钻井手册P192P192坡坡姻姻贤贤字字竹竹祖祖塌塌寅寅唤唤笨笨狗狗鹤鹤介介措措戈戈首首僵僵粘粘谋谋钩钩囱囱抬抬乃乃适适蛰蛰堆堆磷磷笨笨醇醇啤啤境境坎坎【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)61、基本概念、基本概念值得注意的是：值得注意的是：值得注意的是：值得注意的是： API规定，钢级代号后面的数值
7、乘以规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以，即为套管（以kpsi为单为单位）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。（标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅：磅/英寸英寸2） 只有屈服强度只有屈服强度 对对H2S提敏感的，但对提敏感的，但对CO2则影响很小，则影响很小，可以数年内不破坏，而在可以数年内不破坏，而在H2S盐的环境中会在一小时内破坏。盐的环境中会在一小时内破坏。APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管) )盖盖霖霖边边联联拆拆搞搞挪挪掺掺催催抑抑犬犬甸
8、甸辟辟车车榷榷痒痒囱囱耀耀唉唉篮篮阀阀仑仑玖玖削削灌灌鱼鱼筋筋痞痞哼哼迫迫频频妙妙【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)71、基本概念、基本概念（3 3）套管的壁厚）套管的壁厚）套管的壁厚）套管的壁厚 是指套管本体处管体的厚度，又称为套管名义壁厚。是指套管本体处管体的厚度，又称为套管名义壁厚。套管的壁厚也已经标准化了。和套管壁厚直接相关联的就是套管的名义套管的壁厚也已经标准化了。和套管壁厚直接相关联的就是套管的名义质量（或名义重量），指定是套管单位长度的质量（或重量）。质量（或
9、名义重量），指定是套管单位长度的质量（或重量）。APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管) )盎盎牵牵晋晋谣谣棺棺驹驹嗽嗽库库斜斜佐佐浆浆墙墙侦侦蚜蚜宁宁厅厅擒擒签签舞舞腔腔叙叙妈妈拢拢夸夸厚厚绕绕乖乖悯悯袒袒骋骋匆匆鸥鸥【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)82、套管的联接、套管的联接套管柱通常都是由同一外径、相同（或不同）钢级、壁厚的套管用接套管柱通常都是由同一外径、相同（或不同）钢级、壁厚的套管用接箍联接组成的。箍联接组成的。联接是由螺纹来实现的，联接
10、是由螺纹来实现的，螺纹联接是套管质量和强度检验的重点螺纹联接是套管质量和强度检验的重点。套管螺纹都是锥形螺纹，在套管螺纹都是锥形螺纹，在API规范中分为五大类。前四类属规范中分为五大类。前四类属API 标准，标准，第五类系非第五类系非API标准。标准。 类类数数标标准准名称名称符号或代号符号或代号1API标标准准短短圆圆螺螺纹纹STC/ CSG/ C12长圆长圆螺螺纹纹LTC/ LCSG/ C23梯形螺梯形螺纹纹BTC/ BCSG/ C334直直连连形螺形螺纹纹XL/ XCSG/ CHX5非非API标标准准特殊螺特殊螺纹纹/悠悠芝芝纸纸咋咋卿卿滴滴暑暑痒痒阔阔侈侈拷拷亭亭掂掂客客甩甩痘痘即即应
11、应怖怖望望杂杂醒醒馈馈贵贵怜怜逮逮馏馏抑抑慎慎约约酝酝恳恳【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)9二、套管柱的载荷分析及套管强度二、套管柱的载荷分析及套管强度套管柱套管柱:（1）在入井、注水泥以及以后生产的不同时期，套管柱的受力也是不断）在入井、注水泥以及以后生产的不同时期，套管柱的受力也是不断变化的。变化的。（2）在不同的地层和地质条件下，套管柱所承受的外载荷也是不同的。）在不同的地层和地质条件下，套管柱所承受的外载荷也是不同的。如在井下的盐岩层对套管柱的压力梯度则要按上覆岩
12、石的压力梯度计算；如在井下的盐岩层对套管柱的压力梯度则要按上覆岩石的压力梯度计算；在酸化压裂时承受的内压力与正常采油时的压力就不同；在易坍塌油层生前在酸化压裂时承受的内压力与正常采油时的压力就不同；在易坍塌油层生前的前、中、后期对套管柱的外挤压力也不尽相同。的前、中、后期对套管柱的外挤压力也不尽相同。经过长期的生产实践证明，虽套管柱的受力复杂，但是影响套管柱的基经过长期的生产实践证明，虽套管柱的受力复杂，但是影响套管柱的基本载荷主要有以下几种：本载荷主要有以下几种：轴向载荷；轴向载荷；外挤压力；外挤压力；内压力。内压力。其它载荷如套管弯曲载荷、振动载荷等都考虑到安全系数中去了。其它载荷如套管弯
13、曲载荷、振动载荷等都考虑到安全系数中去了。篷篷诽诽针针药药粳粳宛宛枚枚森森裂裂毖毖瞻瞻焉焉浇浇喇喇浪浪笔笔痘痘终终虚虚蛰蛰唬唬煽煽担担橙橙魂魂移移硫硫桥桥扮扮递递夸夸树树【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)101、轴向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度（1）轴向载荷种类）轴向载荷种类自重产生的轴向拉力，是轴向应力产生的基本原因。在井口最大。自重产生的轴向拉力，是轴向应力产生的基本原因。在井口最大。教材教材P258 式式77API标准中套管的强度值是没有考虑弯曲应力
14、的影响的，对于井眼上存在标准中套管的强度值是没有考虑弯曲应力的影响的，对于井眼上存在大的斜度或狗腿时，这样由于弯曲的影响就增大了套管的轴向拉力。特别大的斜度或狗腿时，这样由于弯曲的影响就增大了套管的轴向拉力。特别是在靠近扣处易形成裂缝损坏，故应给予考虑。是在靠近扣处易形成裂缝损坏，故应给予考虑。 教材教材P259 式式710在深井或超井的注水泥过程中，由于注水泥浆量较大，故在水泥还未返出在深井或超井的注水泥过程中，由于注水泥浆量较大，故在水泥还未返出套鞋处时，将对套管柱产生一较大的附加轴向应力。教材套鞋处时，将对套管柱产生一较大的附加轴向应力。教材 P259 式式711其它的附加力。摩擦力一般
15、认为是与浮力相抵消的。而剩余的力由于计算其它的附加力。摩擦力一般认为是与浮力相抵消的。而剩余的力由于计算复杂，有时难以预料，故一般用安全系数来进行考虑。复杂，有时难以预料，故一般用安全系数来进行考虑。步步说说骇骇监监桥桥棍棍叛叛痪痪过过逸逸容容凹凹套套脓脓杉杉鹤鹤句句侯侯津津抖抖卤卤啸啸赊赊蚁蚁马马榔榔遥遥忌忌黄黄尼尼姆姆奔奔【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)111、轴向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度（1）轴向载荷种类）轴向载荷种类实际设计中，一般不考虑浮力
16、对实际设计中，一般不考虑浮力对轴向载荷的作用，则设计结果偏于安轴向载荷的作用，则设计结果偏于安全。全。但在计算精度要求较高的情况下但在计算精度要求较高的情况下（如高温高压井），为了更好的发挥（如高温高压井），为了更好的发挥管材强度性能，此时往往不能简单的管材强度性能，此时往往不能简单的给予忽略。给予忽略。崔崔祁祁和和琢琢眼眼渡渡喧喧圣圣庭庭阮阮因因炭炭李李砒砒就就潭潭狄狄正正常常过过靴靴品品音音壤壤翁翁滞滞却却栏栏辗辗朗朗榨榨奥奥【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)121、轴
17、向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度（2）轴向载荷下套管抗拉强度）轴向载荷下套管抗拉强度目前我国现场中所用的套管绝大多数为目前我国现场中所用的套管绝大多数为API标准圆扣套标准圆扣套管：扣为管：扣为V型，扣根与扣尖为圆孤形。型，扣根与扣尖为圆孤形。从从API的套管抗拉强度试验和现场的实际可以看出，绝的套管抗拉强度试验和现场的实际可以看出，绝大部分套管的破坏形式是滑扣，特别是对于圆螺纹，大部分套管的破坏形式是滑扣，特别是对于圆螺纹，本体拉断的情况要比滑扣情况少的多。本体拉断的情况要比滑扣情况少的多。 所以一般在设所以一般在设计中，除了考虑套管的屈服强度外，还要考虑套管丝计中，除了考虑
18、套管的屈服强度外，还要考虑套管丝扣的连接强度。扣的连接强度。值得注意的是，值得注意的是，在轴向载荷下，不仅存在连接强度的在轴向载荷下，不仅存在连接强度的问题，而且还由于双轴应力效应对抗内压、抗外压强问题，而且还由于双轴应力效应对抗内压、抗外压强度都有影响，同时对套管丝扣的密封也有直接的影响。度都有影响，同时对套管丝扣的密封也有直接的影响。赠赠唤唤边边肘肘熊熊钻钻煌煌卵卵覆覆肤肤哦哦腮腮脆脆别别入入彪彪钡钡荐荐冉冉缉缉母母数数纲纲滞滞熙熙哥哥椰椰厌厌搅搅仿仿全全常常【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其
19、其强强度度设设计计(1)132、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度（1）外挤载荷种类）外挤载荷种类 （假设管外水泥没有凝固，管外是钻井液）（假设管外水泥没有凝固，管外是钻井液）一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空来计算套管承受的外挤载荷。来计算套管承受的外挤载荷。浅浅熄熄墩墩憎憎萤萤亢亢芹芹绦绦套套层层萍萍征征扣扣歉歉贷贷缕缕钝钝竣竣畜畜嫉嫉准准娱娱驮驮翠翠肉肉嗓嗓蹦蹦录录厚厚艘艘综综绪绪【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设
20、计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)142、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度套管内全掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷套管外载荷套管外载荷载荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井身结构井身结构三三代代搞搞损损厚厚凸凸蜡蜡凤凤鸟鸟汕汕绞绞娟娟丢丢望望逢逢箍箍名名佃佃涟涟明明半半伪伪蚀蚀蝇蝇笋笋艾艾逼逼遣遣瓤瓤汐汐咒咒饰饰【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)152、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的
21、抗挤强度（2）套管的）套管的API抗挤强度抗挤强度抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管受外挤作用时，受外挤作用时，其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破坏。坏。失稳后的套管被挤扁（轻者）或破裂，使钻头或其它井下失稳后的套管被挤扁（轻者）或破裂，使钻头或其它井下工作不能通过，地层封隔遭到破坏，将被迫停钻或停产，套工作不能通过，地层封隔遭到破坏，将被迫停钻或停产，套管损坏严重者油气井报废。管损坏严重者油气井报废。 套管抗挤强度取决于材料性能、横截面的几何形状和套套管抗挤强度取决于材料性能、横截面的
22、几何形状和套管所承受负荷的状况。理论分析和实验研究表明，管所承受负荷的状况。理论分析和实验研究表明，套管径厚比套管径厚比d / （外径（外径/壁厚）较大时：失稳破坏；壁厚）较大时：失稳破坏；当套管径厚比较小：套管将发生强度破坏。当套管径厚比较小：套管将发生强度破坏。图图3-8-2-3 套管套管截面的挤毁截面的挤毁绕绕嗡嗡叭叭缆缆句句坑坑什什蝶蝶港港豢豢潍潍华华钧钧但但磕磕纸纸椿椿聘聘寥寥垂垂逻逻尉尉哎哎纳纳奉奉恿恿亮亮绦绦催催长长患患铸铸【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)1
23、62、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度（2）套管的）套管的API抗挤强度抗挤强度API 5C3通告详细叙述了测定套管抗外挤强度的程序通告详细叙述了测定套管抗外挤强度的程序（轴向应力为（轴向应力为0 ） 。在外挤压力作用下，套管断面可能发生三种挤压或弯曲形式：弹性挤压、在外挤压力作用下，套管断面可能发生三种挤压或弯曲形式：弹性挤压、塑性挤压和临界强度挤压。三种挤压形式的转化受管体几何形状和材料性能的塑性挤压和临界强度挤压。三种挤压形式的转化受管体几何形状和材料性能的制约。如图所示。制约。如图所示。 针对以上对抗外挤强度形式针对以上对抗外挤强度形式针对以上对抗外挤强度形式针对
24、以上对抗外挤强度形式的分析，的分析，的分析，的分析，APIAPIAPIAPI提出了四种计算套管提出了四种计算套管提出了四种计算套管提出了四种计算套管挤压公式：弹性挤压、塑性过渡挤压公式：弹性挤压、塑性过渡挤压公式：弹性挤压、塑性过渡挤压公式：弹性挤压、塑性过渡挤压、塑性挤压和屈服挤压。挤压、塑性挤压和屈服挤压。挤压、塑性挤压和屈服挤压。挤压、塑性挤压和屈服挤压。 惟惟琅琅审审撵撵模模要要君君尘尘落落哉哉泌泌雨雨匹匹甸甸涧涧庄庄岁岁砌砌涩涩暇暇缉缉哑哑蜜蜜冬冬崎崎钦钦咳咳卯卯杠杠炎炎顽顽率率【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设
25、设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)17其中扁扁乐乐辣辣死死再再号号贤贤圾圾樱樱钢钢萌萌虾虾磺磺恕恕坏坏窃窃膳膳娟娟缸缸膛膛撤撤申申丢丢炬炬锦锦虽虽捧捧舟舟原原虎虎绵绵层层【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)182、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度（3）有轴向载荷时的套管抗挤强度）有轴向载荷时的套管抗挤强度在实际的情况中，套管的轴向载荷是不为零的。从在实际的情况中，套管的轴向载荷是不为零的。从套管的应力分析基础出发，实际上套管的受力是三维的
26、。套管的应力分析基础出发，实际上套管的受力是三维的。标准双轴应力椭标准双轴应力椭圆公式圆公式s s套管的屈服强度套管的屈服强度扳扳纹纹囱囱炭炭柬柬路路晓晓床床丙丙誓誓膨膨板板铃铃舀舀烩烩匀匀幅幅翁翁禁禁阮阮仿仿垮垮楞楞痒痒豹豹忠忠班班动动耍耍峙峙绍绍臂臂【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)192、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度轴向载荷轴向载荷拉拉伸伸压压缩缩周向载荷周向载荷内压强度内压强度外挤强度外挤强度无轴向载荷时：套管的抗外无轴向载荷时：套管的抗外
27、无轴向载荷时：套管的抗外无轴向载荷时：套管的抗外挤（内压）强度为一常数（表现挤（内压）强度为一常数（表现挤（内压）强度为一常数（表现挤（内压）强度为一常数（表现为圆形）。为圆形）。为圆形）。为圆形）。有轴向载荷时：套管的抗外有轴向载荷时：套管的抗外有轴向载荷时：套管的抗外有轴向载荷时：套管的抗外挤（内压）强度受轴向外载荷影挤（内压）强度受轴向外载荷影挤（内压）强度受轴向外载荷影挤（内压）强度受轴向外载荷影响（表现为椭圆形）响（表现为椭圆形）响（表现为椭圆形）响（表现为椭圆形） 。双轴应力椭圆：轴向载荷对套管抗外挤强度的影响驭驭诧诧馆馆穴穴金金繁繁潞潞煎煎愈愈辈辈湍湍佬佬乌乌尉尉岸岸墩墩介介衙衙
28、省省似似呼呼钒钒摸摸巳巳谭谭免免丘丘右右稍稍槽槽矣矣勃勃【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)202、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度受受砚砚六六搀搀恨恨诊诊贩贩伴伴月月情情屯屯治治医医酞酞咋咋配配楔楔民民二二珠珠囤囤六六驭驭角角偶偶萄萄战战境境事事旬旬裹裹盏盏【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)212、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压
29、载荷及套管的抗挤强度计计计计算算算算实实实实例例例例创创鲍鲍伟伟萨萨款款痊痊保保琼琼准准妻妻舰舰闲闲碳碳缝缝额额挪挪说说锈锈贝贝拭拭碎碎但但烁烁遁遁息息恩恩考考耀耀酪酪浪浪阻阻握握【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)223、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度（1）内压载荷）内压载荷（假设管外的水泥已凝固，管外的压力用地层流体计算）假设管外的水泥已凝固，管外的压力用地层流体计算）内压力的来源：内压力的来源：地层流体进入套管产生压力；生产中的特殊作业地层流体进
30、入套管产生压力；生产中的特殊作业（注水、压裂）时的压力。（注水、压裂）时的压力。内压力的确定：内压力的确定：在老区可以参考邻近的资料，但在新区，内压少就在老区可以参考邻近的资料，但在新区，内压少就很难确定。当井口开时，内压力易于计算，且数值较小，但当井涌很难确定。当井口开时，内压力易于计算，且数值较小，但当井涌关井时则内压力就显的十分突出。关井时则内压力就显的十分突出。井的深浅对内压力的影响：井的深浅对内压力的影响：当井较浅时，内压力是比较小的。且一当井较浅时，内压力是比较小的。且一般的套管内压强度般的套管内压强度 抗外挤强度，故设计中问题不明显。但随着井抗外挤强度，故设计中问题不明显。但随着
31、井深的增加，内压问题就很突出，有时甚至超过了抗外挤。深的增加，内压问题就很突出，有时甚至超过了抗外挤。蝗蝗溜溜阁阁翔翔蚀蚀种种余余刑刑翟翟碑碑售售吓吓姐姐恍恍谐谐框框爸爸鸦鸦峡峡刘刘蛊蛊撼撼技技哥哥贴贴忌忌羡羡赃赃搔搔眯眯呛呛炙炙【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)233、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度歇歇凭凭岩岩暑暑船船愿愿举举播播靡靡象象欲欲撑撑拾拾舒舒养养见见另另康康亡亡圆圆何何嫁嫁剔剔迹迹浊浊哀哀猫猫岂岂氨氨枢枢峪峪妆妆【石石油油工工程程课课程
32、程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)243、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度 井底的压力：井底的压力：套管内有效内压载荷套管内有效内压载荷：井口井口有效内压载荷：有效内压载荷：井底井底有效内压载荷：有效内压载荷：等于管内的减去管外的地层流体压力等于管内的减去管外的地层流体压力在实际的计算时，一般是按套管全部掏空的情况考虑的。在实际的计算时，一般是按套管全部掏空的情况考虑的。在实际的计算时，一般是按套管全部掏空的情况考虑的。在实际的计算时，一般是按套管全部掏空的情况考虑的。 式中
33、：式中：PB井底压力，井底压力，MPa；Pio井口压力，井口压力，MPa；d钻井液密度，钻井液密度，g/cm3；p地层流体密度，地层流体密度，g/cm3；等于零等于零等于零等于零轩轩性性格格甲甲融融绕绕缮缮盛盛役役吻吻远远妹妹挂挂冈冈悍悍剂剂沫沫验验谚谚协协词词买买冒冒缸缸妮妮懈懈吨吨蛔蛔潦潦坚坚砷砷矫矫【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)253、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度套管内全掏空套管内全掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷
34、套管外载荷套管外载荷载荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井身结构井身结构脊脊孕孕囚囚丢丢汹汹继继污污莹莹架架壁壁力力而而腋腋狡狡颅颅美美椽椽频频恒恒棕棕落落琳琳侯侯蓄蓄频频劲劲弯弯崭崭滁滁柿柿崎崎舍舍【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)263、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度套管内部分掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷套管外载荷套管外载荷载荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井底井底井身结构井身结构袋袋
35、竭竭策策匈匈扇扇典典融融剩剩列列逊逊瓮瓮瞧瞧毒毒导导草草测测宠宠良良庐庐昔昔块块揪揪堑堑晌晌价价驭驭张张暂暂菌菌溺溺乓乓拧拧【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)273、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度生产套管生产套管内压力计算则与其它不同。内压力计算则与其它不同。其与完井方式有关。典型的完井方式如其与完井方式有关。典型的完井方式如下图。在油井的生产初期，油管接头螺下图。在油井的生产初期，油管接头螺纹产生漏气，气泡由裂缝进入油管和生纹产生漏气，气泡由裂缝进
36、入油管和生产套管之间的环形空间，在封闭的情况产套管之间的环形空间，在封闭的情况下，气泡上升到井口，但气泡仍然保持下，气泡上升到井口，但气泡仍然保持原有的压力，那么原有的压力，那么臼臼绅绅睹睹萍萍旺旺瑶瑶椿椿轩轩兽兽兹兹威威吾吾央央匝匝伞伞掘掘孤孤汁汁请请践践槽槽箭箭砒砒农农嫡嫡丑丑弄弄荒荒塌塌澳澳沥沥慑慑【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)283、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度（2 2）套管抗内压强度）套管抗内压强度）套管抗内压强度）套管抗内压强度驱驱
37、午午结结倔倔饯饯揩揩赎赎吊吊癸癸咯咯胀胀棘棘匙匙萝萝哮哮模模重重空空峨峨嗡嗡烦烦判判摊摊条条蝎蝎第第收收鞋鞋瘦瘦淑淑瑰瑰辞辞【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)293、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度计计计计算算算算实实实实例例例例怕怕胆胆雷雷退退缠缠渝渝枕枕厉厉艺艺堰堰絮絮救救虾虾右右耽耽柑柑抄抄琢琢败败玫玫苦苦佩佩失失否否规规余余陨陨溶溶揍揍画画顺顺渐渐【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课
38、课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)304、套管柱强度设计、套管柱强度设计4.14.1、套管强度设计的原则、套管强度设计的原则、套管强度设计的原则、套管强度设计的原则总的原则：总的原则：总的原则：总的原则：在最经济的条件下使井眼得到可靠的保护。在最经济的条件下使井眼得到可靠的保护。在最经济的条件下使井眼得到可靠的保护。在最经济的条件下使井眼得到可靠的保护。这个设计不但要能保证在钻进时的安全性，更要能保证在整个油这个设计不但要能保证在钻进时的安全性，更要能保证在整个油这个设计不但要能保证在钻进时的安全性，更要能保证在整个油这个设计不但要能保证在钻进时的安全性，更要能保证在整
39、个油井使用期间的安全性。从这二点来讲，套管的设计是相当复杂的一个井使用期间的安全性。从这二点来讲，套管的设计是相当复杂的一个井使用期间的安全性。从这二点来讲，套管的设计是相当复杂的一个井使用期间的安全性。从这二点来讲，套管的设计是相当复杂的一个工作。工作。工作。工作。 对开发井，可以设计出成本最低的套管柱（以成本优先）；对开发井，可以设计出成本最低的套管柱（以成本优先）； 对勘探井，则往往需按最大估算应力来设计（安全为主）。对勘探井，则往往需按最大估算应力来设计（安全为主）。总之，安全的保障越大，那么费用就越高的，因为这个费用大约总之，安全的保障越大，那么费用就越高的，因为这个费用大约总之，安
40、全的保障越大，那么费用就越高的，因为这个费用大约总之，安全的保障越大，那么费用就越高的，因为这个费用大约占总费用占总费用占总费用占总费用20%20%左右。左右。左右。左右。淌淌伸伸绚绚苑苑糙糙滑滑杰杰武武偿偿慌慌翟翟七七睦睦炯炯铰铰疟疟叫叫暗暗聊聊俺俺衍衍燃燃滴滴宦宦肿肿曹曹赠赠园园狱狱幌幌授授糟糟【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)314.1、套管强度设计的原则、套管强度设计的原则（1 1）能满足）能满足）能满足）能满足钻井作业钻井作业钻井作业钻井作业、油气层开发油气层开发
41、油气层开发油气层开发和和和和产层改造产层改造产层改造产层改造的需要。的需要。的需要。的需要。钻进：不同压力层的隔离，异常压力段，坍塌地层等；油气层的开发：地层压力随开采的变化，及岩层的蠕变等；产层的改造：注水、注气等导致的压力和温度的变化等等。（2 2）在承受外载时应有一定的储备能力。）在承受外载时应有一定的储备能力。）在承受外载时应有一定的储备能力。）在承受外载时应有一定的储备能力。由于外载的计算复杂、困难，有时难以计算，故在设计中为了应付各种可能出现的复杂情况，在设计时必须留有一定的储备能力，如安全系数的选择。（开发井和勘探井就不同）具具体体的的原原则则有有三三点点搏搏橡橡扔扔烩烩暴暴菩菩
42、展展膜膜病病借借减减浩浩锐锐教教骋骋诺诺亡亡袱袱耸耸腿腿宦宦软软颗颗观观赂赂吝吝划划堪堪涯涯硅硅讽讽认认【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)324.1、套管强度设计的原则、套管强度设计的原则（3 3）经济性要好。）经济性要好。）经济性要好。）经济性要好。由于总的原则的限制，故为了节约成本，往往需要考虑不同钢级、不同壁厚套管的组合设计。现场一般多为23种钢级，壁厚也宜选用23种，不能过多。具具体体的的原原则则有有三三点点评评希希蔽蔽节节忽忽满满凰凰按按慑慑榜榜瞅瞅兆兆摩摩肪肪服
43、服雇雇潍潍功功却却驱驱灶灶滥滥耸耸优优兢兢低低戌戌楞楞砍砍凝凝虎虎篮篮【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)334.2、常用的设计方法、常用的设计方法常规的方法是自下而上分段设计。常规的方法是自下而上分段设计。常规的方法是自下而上分段设计。常规的方法是自下而上分段设计。n等安全系数法（最常用）（） n边界载荷法n最大载荷法（） nAMOW法nBEB法（图解法）n前苏联的设计方法她她繁繁跟跟侨侨担担展展抡抡应应峨峨织织溢溢省省逃逃是是速速唆唆拉拉算算广广非非零零诫诫携携癸癸妓妓邢
44、邢补补励励汲汲逻逻徊徊驮驮【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)344.3、各层套管设计的特点、各层套管设计的特点特点：下入的深度浅；在其顶部安装有套管头，要承受以下各层套管的部分或全部重量；安装有防喷器、采油树等。侧重点：主要是考虑内压设计。（井喷关井时情况最为严重）特点：下入深度大，在其中下入油管，特别注意后期生产可能出现的特点：下入深度大，在其中下入油管，特别注意后期生产可能出现的 各种各种情况。情况。侧重点：抗拉（下入深），抗外挤（下入深），抗内压（后期生产）侧重点：抗
45、拉（下入深），抗外挤（下入深），抗内压（后期生产）特点：下入的深度较深；隔离和封隔各种复杂地层；在井喷时承受较大内压；特点：下入的深度较深；隔离和封隔各种复杂地层；在井喷时承受较大内压；具有较强的耐磨性。具有较强的耐磨性。侧重点：抗拉（下入较浅），抗内压（井喷关井），抗外挤（下入井深）侧重点：抗拉（下入较浅），抗内压（井喷关井），抗外挤（下入井深）表套表套表套表套技套技套技套技套油套油套油套油套溅溅芽芽页页刑刑扔扔摊摊莉莉冈冈伙伙捶捶铣铣携携惕惕喀喀挂挂垂垂祖祖络络槛槛肢肢闪闪佑佑殴殴奶奶左左咎咎蚕蚕苇苇光光全全需需龚龚【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(
46、1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)354.4、等安全系数（进行套管柱设计）、等安全系数（进行套管柱设计）这种方法是最简单也是现场中使用最这种方法是最简单也是现场中使用最这种方法是最简单也是现场中使用最这种方法是最简单也是现场中使用最广泛的一种方法，实践证明，在一般的井广泛的一种方法，实践证明，在一般的井广泛的一种方法，实践证明，在一般的井广泛的一种方法，实践证明，在一般的井中是比较安全的。但对于超深井，中是比较安全的。但对于超深井，中是比较安全的。但对于超深井，中是比较安全的。但对于超深井，HTHPHTHP井（海洋上钻井）一般是不易使用。井（海洋
47、上钻井）一般是不易使用。井（海洋上钻井）一般是不易使用。井（海洋上钻井）一般是不易使用。（SY5322-88SY5322-88或或或或SY5322-2000SY5322-2000标准）标准）标准）标准）任何一种方法进行设计，都与载荷的任何一种方法进行设计，都与载荷的任何一种方法进行设计，都与载荷的任何一种方法进行设计，都与载荷的计算有关，若计算出的载荷不同，那么设计算有关，若计算出的载荷不同，那么设计算有关，若计算出的载荷不同，那么设计算有关，若计算出的载荷不同，那么设计出的管柱可能有较大的差别。计出的管柱可能有较大的差别。计出的管柱可能有较大的差别。计出的管柱可能有较大的差别。等安全系数法（
48、总的要求）：等安全系数法（总的要求）：在最危险截面上是安全的。在最危险截面上是安全的。具体原则：具体原则：以内压载荷筛选初始套管；以内压载荷筛选初始套管；根据外挤载荷进行自下而上设计；根据外挤载荷进行自下而上设计； 最后按抗拉强度进行设计、校核上部套管。最后按抗拉强度进行设计、校核上部套管。浪浪遁遁浪浪鼓鼓隐隐鞘鞘技技忍忍瑚瑚步步哆哆废废翱翱内内捡捡俭俭挫挫穿穿瞅瞅灿灿塔塔迁迁钥钥样样钞钞音音锁锁甄甄亨亨权权折折病病【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)364.5、具体的设计步
49、骤、具体的设计步骤Step1 Step1 收集资料，掌握已知条件；收集资料，掌握已知条件；收集资料，掌握已知条件；收集资料，掌握已知条件；井身结构，压力剖面等，套管的库存等。Step2 Step2 确定安全系数；确定安全系数；确定安全系数；确定安全系数；载荷计算的精确性 ，安全系数 ；计算公式精确性，安全系数：对于特别情况（如含有腐蚀性气体H2S、CO2）则安全系数需按特殊情况考虑；API规定的安全系数：虽虽叫叫缎缎灸灸乙乙劝劝勃勃氢氢弥弥谋谋扒扒凡凡用用讶讶过过迁迁兆兆坎坎捉捉巫巫瓮瓮鞍鞍奸奸税税厨厨敲敲臭臭昂昂女女呻呻塌塌掉掉【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度
50、设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)374.5、具体的设计步骤、具体的设计步骤Step3 Step3 计算内压载荷，筛选符合内压强度的套管；计算内压载荷，筛选符合内压强度的套管；计算内压载荷，筛选符合内压强度的套管；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、在井涌关井和特殊作业（压裂、注水）时，内压的计算中间、注水）时，内压的计算中间套管与生产套管是不同的。套管与生产套管是不同的。中间套管的计算方法如我们
51、教材上中间套管的计算方法如我们教材上P263P263介绍；介绍；生产套管的计算方法在按补充方法进行。生产套管的计算方法在按补充方法进行。沼沼刮刮唐唐吮吮嚣嚣酪酪竣竣耀耀诉诉娇娇赖赖抓抓乾乾蜀蜀它它皂皂江江龟龟懦懦箩箩蛊蛊漂漂猛猛友友貉貉础础软软娩娩疟疟载载宛宛妙妙【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)384.5、具体的设计步骤、具体的设计步骤Step4 Step4 计算外挤载荷，依据外挤载荷确定套管下入长度；计算外挤载荷，依据外挤载荷确定套管下入长度；计算外挤载荷，依据外挤载荷
52、确定套管下入长度；计算外挤载荷，依据外挤载荷确定套管下入长度；（1 1）一般的情况下都是按全井掏空的最危险情况考虑，计算公式：教材）一般的情况下都是按全井掏空的最危险情况考虑，计算公式：教材P260P260式式712712或或P267P267，按此式初选第一段套管，下深为，按此式初选第一段套管，下深为D1D1；选择壁厚和钢级；选择壁厚和钢级较低的套管作为第二段套管，下入深度：较低的套管作为第二段套管，下入深度：（2 2）则第一段下入长度为：）则第一段下入长度为：（3 3）校核第一段的抗拉强度：）校核第一段的抗拉强度：（4 4）对深井、超深井，当注入水泥量较大时，还应考虑其产生的附加轴向拉）对深
53、井、超深井，当注入水泥量较大时，还应考虑其产生的附加轴向拉力；同时还应当考虑套管接箍的强度。力；同时还应当考虑套管接箍的强度。必必犯犯熄熄葡葡皋皋楚楚曙曙篇篇巩巩潜潜阴阴芬芬裳裳姑姑获获张张早早呆呆卉卉筒筒遮遮宵宵涛涛蹭蹭褥褥举举航航窄窄窟窟群群汛汛嘎嘎【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)394.5、具体的设计步骤、具体的设计步骤Step5 Step5 双轴应力的计算与校核双轴应力的计算与校核双轴应力的计算与校核双轴应力的计算与校核从双轴应力椭圆中知道，当轴向应力不为零时，会
54、对套管的抗外挤和抗内从双轴应力椭圆中知道，当轴向应力不为零时，会对套管的抗外挤和抗内压产强度生影响（具体的影响见前面）。对于套管柱的长超过水泥面或中压产强度生影响（具体的影响见前面）。对于套管柱的长超过水泥面或中性点时，则应考虑由于重力影响而导致的抗外挤强度的下降。按教材公式性点时，则应考虑由于重力影响而导致的抗外挤强度的下降。按教材公式7 71414计算双轴应力下的抗挤强度。计算双轴应力下的抗挤强度。所以双轴应力的抗外挤计算的内容为：所以双轴应力的抗外挤计算的内容为： 按双向应力计算，如果强度不够，则要用试算法把下一段适当向上适按双向应力计算，如果强度不够，则要用试算法把下一段适当向上适当延
55、伸，直到满足要求为止（或选择高钢级的套管）。当延伸，直到满足要求为止（或选择高钢级的套管）。蹄蹄初初提提匈匈榔榔构构炊炊邪邪烈烈瓮瓮睦睦第第旋旋嫩嫩八八芥芥可可骸骸腊腊镑镑卒卒否否翅翅悲悲咽咽芽芽铃铃夷夷峭峭冲冲烦烦躯躯【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)404.5、具体的设计步骤、具体的设计步骤Step6 Step6 按抗拉设计确定上部各段套管长度按抗拉设计确定上部各段套管长度按抗拉设计确定上部各段套管长度按抗拉设计确定上部各段套管长度愈向上，Pc，而轴向拉力，故应改为抗拉
56、进行设计。（轴向拉力为主要矛盾）；则第i段顶部截面的强度必须满足： 如果如果L Li i还没有能够达到井口，则第还没有能够达到井口，则第i i段上部选用抗拉强度更大的套管进行计算。段上部选用抗拉强度更大的套管进行计算。参参亦亦组组位位娘娘苗苗岛岛努努至至巫巫娶娶贿贿求求砾砾埠埠碗碗兜兜胸胸新新罚罚嗽嗽腺腺躬躬咕咕拯拯巷巷俐俐饯饯烦烦唱唱宽宽腹腹【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)414.5、具体的设计步骤、具体的设计步骤Step7 Step7 抗内压安全系数校核。（选用）抗内
57、压安全系数校核。（选用）抗内压安全系数校核。（选用）抗内压安全系数校核。（选用）对事先没按抗内压筛选套管的井，一般的还要进行抗内压的校核。公式对事先没按抗内压筛选套管的井，一般的还要进行抗内压的校核。公式对事先没按抗内压筛选套管的井，一般的还要进行抗内压的校核。公式对事先没按抗内压筛选套管的井，一般的还要进行抗内压的校核。公式见教材见教材见教材见教材P268P268式式式式722722斥斥趋趋蛮蛮回回舵舵莹莹糕糕牢牢瑟瑟蔼蔼悯悯颈颈娱娱累累酣酣审审皆皆脑脑木木摇摇什什肃肃春春邢邢腺腺录录蝎蝎纬纬计计扁扁培培绩绩【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石
58、油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)42例：某井例：某井7（177.8mm）套管下入深度）套管下入深度3500m，井内钻井液密度，井内钻井液密度1.3g/cm3，水泥返至，水泥返至2800m。要求进行抗挤、抗拉设计。抗挤安全系数不。要求进行抗挤、抗拉设计。抗挤安全系数不低于低于1.00，抗拉安全系数不低于，抗拉安全系数不低于1.75。试设计此井套管柱。试设计此井套管柱。1）掌握已知条件（套管尺寸和下入深度、安全系数、钻井液密度水泥）掌握已知条件（套管尺寸和下入深度、安全系数、钻井液密度水泥返高及套管强度性能表等）。返高及套管强度性能表等）。4.6、设计举例、
59、设计举例尺寸：尺寸：177.8mm，下深，下深3500m，钻井液，钻井液d=1.3g/cm3，固井水泥返高，固井水泥返高2800m，安全，安全系数：抗挤系数：抗挤Sc=1.125，抗拉：，抗拉：ST=1.80。套管的性能表格（可以从中查各种套管套管的性能表格（可以从中查各种套管的性能参数）的性能参数）储储袜袜夫夫挚挚埂埂兰兰糕糕糙糙瞩瞩堰堰壤壤捕捕谓谓宫宫喊喊漫漫屹屹篇篇怒怒荐荐森森表表送送棕棕缴缴蛙蛙艳艳麻麻昭昭泽泽娠娠博博【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)432）根据外
60、挤压力和抗挤安全系数确定下部第一段套管钢级和壁）根据外挤压力和抗挤安全系数确定下部第一段套管钢级和壁厚。厚。pco1=dgD110-6 =1.30.0098350045.5MPa 式中式中: pco1：套管在井底所受外挤压力，：套管在井底所受外挤压力，MPa。因下部第一段套管所受的井底外挤压力和安全系数的乘积应等因下部第一段套管所受的井底外挤压力和安全系数的乘积应等于（或小于）抗挤强度，即于（或小于）抗挤强度，即 pco1SC10-6D1 式中式中 D1：第一段套管抗挤强度，：第一段套管抗挤强度，MPa；SC：抗挤安全系数。：抗挤安全系数。根据根据D1即可由套管强度性能表中选出下部第一段套管。
61、即可由套管强度性能表中选出下部第一段套管。由套管性能表查得由套管性能表查得N80、壁厚、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为套管，其抗挤强度为: D1 =60.5MPa。 因此，实际安全系数为：因此，实际安全系数为： 第第段段套套管管D1=35004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800派派鳞鳞迭迭愁愁区区毕毕还还沤沤节节橡橡里里兜兜惦惦丁丁股股混混阐阐还还甭甭妹妹谨谨滨滨塞塞冕冕字字牛牛泊泊殊殊捍捍铝铝楔楔钳钳【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)443）确定第二段
62、套管可下深度和第一段套管的使用长度。）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，由于外挤压力愈往上愈小，根据既安全又经济的原则，第二段套管可选钢级或壁厚较低一级（即抗挤强度小一级）第二段套管可选钢级或壁厚较低一级（即抗挤强度小一级）的套管，其可下深度为的套管，其可下深度为P Pco2co2= = d dgDgD2 21010-6-6式中式中式中式中: D: D2 2第二段套管的可下深度，第二段套管的可下深度，第二段套管的可下深度，第二段套管的可下深度，mm； D2D2第二段套管抗挤强度，第二段套管抗挤强度，第二段套管抗挤强度，第二段套管抗挤强
63、度，MPaMPa。则第一段套管使用长度则第一段套管使用长度L1=D1-D2; D2D2 P Pco2co2 S SC C第第段段第第段段D2D1=35004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800N-80、11.51mm识识览览坠坠狐狐慈慈男男瞎瞎遣遣继继臂臂痈痈万万蛔蛔梆梆盈盈殴殴襟襟蛊蛊暖暖蹄蹄局局攒攒贪贪轧轧然然甭甭丙丙浩浩谜谜鼻鼻呵呵雏雏【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)45若选：若选：N-80，壁厚，壁厚10.36mm，抗挤强度，抗挤强度D2=49.35M
64、Pa， 实际取第二段下入深度实际取第二段下入深度D2=3300m 则第一段套管长度：则第一段套管长度：L1=D1-D2=3500-3300=200m D1=3500D2=33004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800N-80、11.51mmN-80、10.36mm臃臃扶扶按按僧僧慰慰壕壕将将董董省省官官床床该该瑞瑞札札唇唇龙龙鸣鸣翁翁座座啄啄婶婶儒儒塌塌猜猜丽丽秃秃断断意意表表急急贿贿彼彼【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)46第一段套管每米重量为第一段套管每米重
65、量为0.476KN，抗拉强度，抗拉强度3048kN 浮力系数浮力系数校核第二段套管抗挤强度：安全系数：校核第二段套管抗挤强度：安全系数：SC2 1.80 （安全）（安全）1.125（安全）（安全） 第一段套管抗拉安全系数：第一段套管抗拉安全系数：ST1 第第一一段段套套管管重重为为： . Wcd1=BFqc1Lcs1=0.8330.476200=79.33kND1=3500D2=33004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800N-80、11.51mmN-80、10.36mm涌涌哑哑踞踞掂掂帮帮值值俏俏兽兽险险谴谴瓢瓢淆淆肠肠帘帘遂遂袋袋爷爷衙衙催催奏奏桅桅估估跑跑丛丛缔缔垮垮愁愁渝渝
66、硼硼冀冀狐狐状状【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)474）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。按抗挤强度选择钢级或厚度更低一级的套管，第三段套管按抗挤强度选择钢级或厚度更低一级的套管，第三段套管选选N-80、壁厚、壁厚9.19mm，抗挤，抗挤C3=38.03MPa 按抗挤强度第三段套管下入深度为按抗挤强度第三段套管下入深度为2600m（在水泥面以上），表明第二段套管（在水泥面以上），表明第二段套管顶部已超过水泥面。所
67、以在第二段水泥面处顶部已超过水泥面。所以在第二段水泥面处和第三段底部都应考虑双向应力的影响。和第三段底部都应考虑双向应力的影响。D1=3500D2=3300D3=26004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800N-80、10.36mmN-80、9.19mm听听旧旧式式努努乞乞列列允允绿绿拄拄堡堡榔榔樱樱邯邯鸦鸦踞踞码码玻玻仍仍横横羽羽垂垂兜兜磕磕歇歇筐筐久久怔怔峡峡晨晨墩墩赂赂悟悟【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)484）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长
68、度。）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。可下深度：可下深度： 显然第三段套管底部由于承受其下部套管的显然第三段套管底部由于承受其下部套管的重量，其抗挤强度必定下降，下入深度就不重量，其抗挤强度必定下降，下入深度就不可能达到可能达到2600m，否则其底部安全系数必，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高其底部的抗挤系数，以补偿双向应力的影响。响。但第二段增长后，轴向拉力增加，由于双轴但第二段增长后，轴
69、向拉力增加，由于双轴应力影响，又将进一步引起第三段套管下端应力影响，又将进一步引起第三段套管下端抗挤强度降低，可采用试算法。抗挤强度降低，可采用试算法。 D1=3500D2=3300D3=26004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800哭哭馏馏仰仰泛泛妆妆园园灌灌甚甚诲诲有有姜姜勋勋辜辜蛮蛮爬爬框框眉眉墟墟狰狰何何施施捐捐避避橙橙烁烁绘绘竟竟沤沤锌锌梢梢路路瓦瓦【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)494）双轴应力计算）双轴应力计算当按抗挤强度设计套管柱超过水泥面或中
70、和点时，应当按抗挤强度设计套管柱超过水泥面或中和点时，应考虑下部套管柱（浮）重引起套管抗挤强度的降低，即考虑下部套管柱（浮）重引起套管抗挤强度的降低，即按双轴应力设计套管柱。按双轴应力设计套管柱。D1=3500D2=3300D3=？或按课本公式或按课本公式7-14进行计算。进行计算。4.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800肖肖戍戍姻姻至至虑虑迅迅通通操操袱袱夯夯草草亩亩窝窝在在绘绘比比姐姐帧帧织织脐脐圾圾蝴蝴阑阑奇奇亥亥既既咨咨劝劝攀攀防防琢琢插插【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强
71、度度设设计计(1)50 4）双轴应力计算）双轴应力计算计算降低后的抗挤强度值，校核抗挤安全系数能否计算降低后的抗挤强度值，校核抗挤安全系数能否满足要求。满足要求。若不能满足要求，采用试算法将下段抗挤强度较大若不能满足要求，采用试算法将下段抗挤强度较大的套管向上延伸，直至抗挤安全系数满足要求。的套管向上延伸，直至抗挤安全系数满足要求。这样可从下向上确定下部各段套管。这样可从下向上确定下部各段套管。由于愈往上外挤压力愈小，故可选择抗挤强度更小由于愈往上外挤压力愈小，故可选择抗挤强度更小的套管，当到达某一深度后，由于套管自重产生的的套管，当到达某一深度后，由于套管自重产生的拉力载荷增加，抗拉强度表现
72、为主要矛盾时，则按拉力载荷增加，抗拉强度表现为主要矛盾时，则按抗拉设计确定上部各段套管。抗拉设计确定上部各段套管。D1=3500D2=3300D3=？4.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800可可裕裕揣揣搔搔挛挛赚赚驹驹型型詹詹礁礁蕾蕾留留措措卵卵址址削削釉釉驱驱吭吭瘸瘸篮篮中中峦峦晓晓摄摄侩侩办办缄缄阿阿湛湛乾乾车车【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)514）双轴应力计算）双轴应力计算首先对水泥面处抗挤安全系数首先对水泥面处抗挤安全系数SC2校核。第二段套校核。第二
73、段套管线重管线重0.4315KN/m，段长，段长3300-2800=500m。水泥面。水泥面下套管浮重：下套管浮重：W1+W2=79.33+5000.43150.833=259kN按公式按公式7-14计算轴向拉力下抗挤强度，第二段管计算轴向拉力下抗挤强度，第二段管体屈服强度体屈服强度Fg2=3066kN 。（安全）（安全） 水泥面处抗挤符合要求水泥面处抗挤符合要求D1=3500D2=3300D3=？4.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800帅帅诡诡诛诛城城漂漂旬旬慎慎鳞鳞姿姿雍雍摇摇鸳鸳轨轨琢琢燃燃腔腔锋锋信信裹裹膘膘赛赛格格职职胆胆墙墙浆浆鬼鬼距距侗侗前前义义匣匣【石石油油工工程程课
74、课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)525）用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。）用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。 首先假设下至首先假设下至首先假设下至首先假设下至2300m2300m。第二段长：第二段长：L2=3300-2300=1000m第二段（浮）重：第二段（浮）重：W2=0.83310000.4135=359.4kN第一、二段累积浮重第一、二段累积浮重W1+ W2=79.33+859.4=438.7kN第三段管体屈服强度第三段管体屈服强度Fg3=2740kN D1=3
75、500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800普普瞩瞩长长竣竣漏漏鼠鼠夕夕揣揣术术暇暇滞滞蹦蹦井井功功框框阵阵幅幅磺磺阜阜籽籽跃跃十十滴滴营营惨惨您您胀胀绩绩淖淖批批欣欣韶韶【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)535）用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。）用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。 第三段底部双轴应力下抗挤强度为第三段底部双轴应力下抗挤强度为 抗挤安全系数：抗挤安全系数： 1.125，安全，安全 第三段下至第三段
76、下至2300m时抗挤安全。时抗挤安全。 D1=3500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800店店损损吴吴胰胰苑苑枯枯絮絮刽刽弓弓醉醉君君浙浙鹊鹊榆榆蹋蹋妥妥栓栓奥奥膝膝侥侥狮狮扁扁翅翅黑黑杰杰锑锑鹃鹃腐腐引引乖乖卸卸挑挑【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)54可见第三段可见第三段N-80、9.19mm延伸至井口抗拉强度延伸至井口抗拉强度不符合要求。不符合要求。 1.80（不安全）（不安全） （安全）（安全） 6）校核第二段套管顶部截面积
77、的抗拉安全（不考虑浮度）校核第二段套管顶部截面积的抗拉安全（不考虑浮度）第二段抗拉强度第二段抗拉强度Fj2=2708kN 第二段抗拉符合要求。第二段抗拉符合要求。 若将第三段设计到井口：若将第三段设计到井口：Fj3=2354kN，q3=0.3869kN） D1=3500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800念念皱皱芋芋闯闯腺腺坊坊辗辗渗渗栈栈花花讥讥各各茵茵撵撵须须剖剖警警犯犯陀陀烫烫叛叛隅隅迄迄岗岗窘窘且且哲哲扑扑趣趣谣谣窘窘峻峻【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱
78、柱及及其其强强度度设设计计(1)557）按抗拉强度设计确定上部各段套管：）按抗拉强度设计确定上部各段套管：第第 i i 段抗拉强度段抗拉强度Ti ，则该段套管顶截面的抗拉安全，则该段套管顶截面的抗拉安全系数系数ST为为 D1=3500D2=3300D3=2300设自下而上第设自下而上第 i i 段以下各套管的总重为段以下各套管的总重为:4.6、设计举例、设计举例水水泥泥返返高高2800此处此处i=3辩辩噪噪蹦蹦盖盖祁祁彭彭锻锻谨谨婶婶烈烈伐伐逆逆擎擎梳梳蔬蔬撤撤掉掉添添叭叭讫讫吵吵肢肢宠宠画画塌塌劳劳茵茵旋旋贡贡附附绦绦汪汪【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计
79、计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)56（安全）（安全） 第四段选用，第四段选用，N-80，10.36mm，长度：，长度： L4=D-L1-L2-L3=3500-200-1000-2000=300m q4=0.4315KN/m， W4=3000.4315=129kN第三段取第三段取2000m，抗拉符合要求，抗拉符合要求(安全安全)实取实取L3=2000m，W3=20000.3869=774kN第三段顶端抗拉安全系数第三段顶端抗拉安全系数 抗拉安全系数抗拉安全系数水水泥泥返返高高2800D1=3500D2=3300D3=2300D4=3004.6
80、、设计举例、设计举例徒徒屎屎我我拥拥继继窿窿称称深深烈烈奏奏痕痕考考虫虫起起腹腹贺贺搂搂筷筷尝尝堪堪渤渤杜杜漓漓玉玉排排页页蘑蘑瑟瑟阅阅发发芝芝唉唉【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)57资料表明，中深井或深井，地层压力在正常力梯度下，按以上设计步骤资料表明，中深井或深井，地层压力在正常力梯度下，按以上设计步骤设计出的套管柱，一般能满足抗内压要求；设计出的套管柱，一般能满足抗内压要求；若实际抗内压安全系数若实际抗内压安全系数SI小于所规定抗内压安全系数，则控制井口压力，小于所
81、规定抗内压安全系数，则控制井口压力，井口压力限制在套管（或井口装置）允许的最大压力之内或将套管柱设计井口压力限制在套管（或井口装置）允许的最大压力之内或将套管柱设计步骤改为先作抗内压强度设计，选出满足抗内压强度的套管后再作抗挤和步骤改为先作抗内压强度设计，选出满足抗内压强度的套管后再作抗挤和抗拉设计。抗拉设计。 8）抗内压安全系数校核）抗内压安全系数校核4.6、设计举例、设计举例葛葛泞泞榜榜蜕蜕殿殿师师漫漫一一唁唁柬柬喀喀菜菜粱粱毅毅衙衙浮浮珐珐纷纷后后燕燕适适册册咀咀慎慎啮啮斗斗痛痛石石惟惟清清祝祝情情【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工
82、工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)584.6、设计举例、设计举例D1=3500D2=3300D3=2300D4=300N-80、壁厚、壁厚10.36mmN-80、壁厚、壁厚9.19mmN-80、壁厚、壁厚10.36mmN-80、壁厚、壁厚11.51mm外挤外挤载荷载荷轴向轴向载荷载荷水水泥泥返返高高2800井深井深井深井深绒绒幽幽屑屑包包榆榆尔尔澳澳绸绸声声各各更更狐狐粒粒胁胁猾猾僳僳鸦鸦斥斥烁烁炒炒圆圆精精扁扁杜杜租租肠肠朽朽戚戚况况针针妙妙髓髓【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套
83、套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)59我们的产品我们的产品钟钟翠翠计计杜杜瑶瑶阿阿券券斟斟尤尤吩吩臂臂邪邪淌淌缄缄冀冀台台馁馁堆堆巧巧池池轻轻割割收收狈狈状状驭驭僧僧屠屠旺旺膀膀趁趁秤秤【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)60我们的产品我们的产品葫葫摹摹着着妒妒劫劫掷掷傈傈寞寞困困些些哭哭侣侣翼翼宪宪恋恋拇拇揉揉其其并并怪怪餐餐蹋蹋镀镀早早榴榴拢拢掐掐囤囤卯卯当当梢梢碍碍【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课
84、程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)61我们的产品我们的产品宠宠玩玩漓漓撑撑讯讯宾宾丈丈诽诽樱樱纷纷挝挝哨哨涅涅辊辊应应沼沼仑仑涨涨什什杰杰围围妨妨指指师师粥粥毁毁绞绞扣扣喘喘肝肝瞥瞥蔫蔫【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)62四、注水泥工艺四、注水泥工艺（一）注水泥技术的内容和要求（一）注水泥技术的内容和要求1、主要内容、主要内容选择水泥类型；设计水泥浆性能；选择水泥外加剂（或外掺料）；井眼准备；注水泥工艺设计；晃晃谅谅藐藐秀秀苏苏嗅嗅唤唤珊珊喊喊粘粘狭
85、狭福福妇妇挥挥逐逐舱舱粕粕参参峡峡瓢瓢易易娱娱柔柔筋筋铭铭盖盖咕咕左左蝗蝗挡挡暮暮勿勿【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)63（一）注水泥技术的内容和要求（一）注水泥技术的内容和要求 2 2、基本要求、基本要求、基本要求、基本要求水泥浆返高和套管内水泥塞必须符合设计要求；注水泥段环空的泥浆应全部被水泥浆顶替干净，不窜槽；水泥环（水泥石）有足够的连接强度和封固性能，不发生油气水窜，能经受住酸化、压裂等；水泥石能抗（油、气、水的长期）腐蚀。（重点）（重点）（重点）（重点）墓墓叼叼
86、拱拱蛮蛮汝汝汲汲率率酪酪咨咨薄薄赊赊挤挤镰镰纺纺纺纺寿寿靴靴郝郝莆莆抢抢煤煤型型诅诅灭灭佰佰弗弗圭圭葛葛煮煮廓廓蜘蜘味味【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)64（二）（二）API油井水泥分级方法油井水泥分级方法 1 1、分级、分级、分级、分级 鉴于油井水泥特殊的使用环境及对性能的要求，建立了专门的油鉴于油井水泥特殊的使用环境及对性能的要求，建立了专门的油鉴于油井水泥特殊的使用环境及对性能的要求，建立了专门的油鉴于油井水泥特殊的使用环境及对性能的要求，建立了专门的油井水泥分级方
87、法。井水泥分级方法。井水泥分级方法。井水泥分级方法。 目前目前目前目前APIAPI水泥分水泥分水泥分水泥分A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G 和和和和HH八个级别，每种水八个级别，每种水八个级别，每种水八个级别，每种水泥适用于不同的井况，此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类。分为：泥适用于不同的井况，此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类。分为：泥适用于不同的井况，此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类。分为：泥适用于不同的井况，此外还根据水泥抗硫酸盐能力进行分类。分为： 普通型（O） 中抗硫型（MSR） 高抗硫型（HSR）。翠翠酒酒顶顶窒窒忆忆拿拿佯佯恨恨事事菊菊钝钝鲸鲸讶讶泪泪澄
88、澄九九淖淖竞竞括括他他输输堆堆桂桂矮矮社社纶纶统统参参郊郊奇奇珊珊琅琅【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)65（二）（二）API油井水泥分级方法油井水泥分级方法基本类型水泥基本类型水泥基本类型水泥基本类型水泥江江夜夜谬谬棺棺逝逝运运埋埋隐隐澜澜部部辫辫式式膨膨袁袁镍镍脚脚缄缄订订租租容容捏捏樟樟毁毁蔽蔽林林搅搅俯俯矩矩迷迷挖挖铂铂叉叉【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设
89、设计计(1)66（二）（二）API油井水泥分级方法油井水泥分级方法惭惭哆哆髓髓纵纵是是携携薪薪傍傍焉焉塌塌三三兜兜磷磷仁仁阿阿桥桥谐谐魂魂聊聊厢厢妻妻薯薯撼撼伪伪澎澎羡羡联联旦旦均均公公嫡嫡蔬蔬【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)67（二）（二）API油井水泥分级方法油井水泥分级方法猩猩桔桔倍倍锰锰绳绳葵葵剂剂辗辗惺惺猿猿国国珍珍渤渤裂裂掂掂泞泞住住纂纂耶耶稻稻娇娇咨咨瘫瘫息息座座尖尖赏赏硫硫泌泌骑骑宣宣见见【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设
90、计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)68（二）（二）API油井水泥分级方法油井水泥分级方法 2 2、适用范围、适用范围、适用范围、适用范围级别级别 深度范围（深度范围（mm）温度温度（O OC C）说明说明A A0 018301830B B0 018301830C C0 018301830D D1830183030503050E E3050305042704270F F3050305048804880G G、H H0 0244024400 09393为两种基本水泥，分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。当加入促凝剂或为两种基本水泥，分中抗硫酸盐型和高
91、抗硫酸盐型。当加入促凝剂或为两种基本水泥，分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。当加入促凝剂或为两种基本水泥，分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。当加入促凝剂或缓凝剂时，能适应较大范围的井深和温度变化缓凝剂时，能适应较大范围的井深和温度变化缓凝剂时，能适应较大范围的井深和温度变化缓凝剂时，能适应较大范围的井深和温度变化基本类型水泥基本类型水泥聊聊谆谆将将苦苦钾钾姻姻治治棒棒廊廊寞寞攫攫拘拘骗骗椒椒墙墙拿拿阿阿袄袄吠吠鼠鼠溶溶骏骏纫纫印印揉揉琅琅涟涟琴琴巴巴偷偷苇苇楚楚【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度
92、设设计计(1)69（三）油井水泥的物理性能（三）油井水泥的物理性能为了保证施工安全并提高固井质量，水泥浆以及最终所形成的为了保证施工安全并提高固井质量，水泥浆以及最终所形成的为了保证施工安全并提高固井质量，水泥浆以及最终所形成的为了保证施工安全并提高固井质量，水泥浆以及最终所形成的水泥石必须满足一定的性能要求。性能包括：水泥石必须满足一定的性能要求。性能包括：水泥石必须满足一定的性能要求。性能包括：水泥石必须满足一定的性能要求。性能包括： 水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度 水泥浆稠化时间水泥浆稠化时间水泥浆稠化时间水泥浆稠化时间 水泥浆流变性水泥浆流变性水泥浆流变性水泥浆流变性 水泥浆
93、失水量水泥浆失水量水泥浆失水量水泥浆失水量 水泥浆稳定性水泥浆稳定性水泥浆稳定性水泥浆稳定性 水泥石抗压强度水泥石抗压强度水泥石抗压强度水泥石抗压强度 水泥石渗透率水泥石渗透率水泥石渗透率水泥石渗透率其中常测定的是前六项性能其中常测定的是前六项性能其中常测定的是前六项性能其中常测定的是前六项性能承承愈愈绵绵所所屋屋喷喷辆辆豫豫估估肾肾蝇蝇责责疗疗戒戒退退次次牌牌蜘蜘声声霹霹滞滞呻呻绅绅垛垛漆漆浊浊某某贷贷钎钎脓脓烬烬方方【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)70（三）油井水泥的
94、物理性能（三）油井水泥的物理性能1 1、 水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度 作作作作 用：用：用：用：l满足平衡压力要求；满足平衡压力要求；l保证获得最好的水泥浆性能；保证获得最好的水泥浆性能； 基本要求：基本要求：基本要求：基本要求：注水泥期间既不井漏又不井喷。注水泥期间既不井漏又不井喷。注水泥期间既不井漏又不井喷。注水泥期间既不井漏又不井喷。 测测测测 量：量：量：量：用泥浆密度计（国外还有加压密度计）。用泥浆密度计（国外还有加压密度计）。用泥浆密度计（国外还有加压密度计）。用泥浆密度计（国外还有加压密度计）。 影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：水灰比；外掺料（指密度调节剂）
95、用量。水灰比；外掺料（指密度调节剂）用量。水灰比；外掺料（指密度调节剂）用量。水灰比；外掺料（指密度调节剂）用量。纽纽弗弗巾巾兰兰锈锈杖杖矛矛缸缸管管掸掸逻逻卓卓虎虎淖淖捞捞渠渠嚎嚎褐褐色色剧剧横横伸伸横横绿绿漾漾秀秀循循洋洋丑丑屠屠碱碱永永【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)71（三）油井水泥的物理性能（三）油井水泥的物理性能1 1、水泥浆密度、水泥浆密度、水泥浆密度、水泥浆密度 水灰比是指配制水泥浆时配浆水的重量与干水泥的重量之比。水泥浆密度（ ）与水灰比（m）直接相关，
96、关系为 注意：注意：注意：注意：uu干水泥的密度（干水泥的密度（ c c ）为）为3.14 g/cm3.14 g/cm3 33.15 g/cm3.15 g/cm3 3，故当水泥浆的密度，故当水泥浆的密度为为1.85g/cm1.85g/cm3 31.90g/cm1.90g/cm3 3时，水灰比约为时，水灰比约为0.480.480.440.44。uu当干水泥中所混合的外加剂加量较大、尤其是为了调节水泥浆密度当干水泥中所混合的外加剂加量较大、尤其是为了调节水泥浆密度掺了加重剂或减轻剂（又称为外掺料）时，上式中干水泥密度取水掺了加重剂或减轻剂（又称为外掺料）时，上式中干水泥密度取水泥和这些外加剂及泥和
97、这些外加剂及/ /或外掺料混合后的固相混合物平均密度。这时，或外掺料混合后的固相混合物平均密度。这时，mm为水固比。为水固比。殆殆蛋蛋逸逸窄窄黄黄详详北北驰驰扭扭翁翁婶婶董董媚媚苗苗劲劲潦潦霞霞司司沤沤遣遣搬搬潦潦渐渐氧氧犀犀匣匣采采痰痰息息氏氏党党喂喂【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)72（三）油井水泥的物理性能（三）油井水泥的物理性能2 2、 水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间水泥浆的稠化时间pp定义：定义：在井下温度压力条件下，从给水泥浆加温加压时起至水
98、泥浆稠度达在井下温度压力条件下，从给水泥浆加温加压时起至水泥浆稠度达100Bc100Bc（BcBc为稠度单位）所经历的时间称为水泥浆的稠化时间。为稠度单位）所经历的时间称为水泥浆的稠化时间。pp作用：作用：保证施工安全。保证施工安全。pp要求：要求：整个注水泥施工作业能够在稠化时间以内完成，并包含一定的安全系数。一整个注水泥施工作业能够在稠化时间以内完成，并包含一定的安全系数。一般：施工时间般：施工时间+1+1小时小时 稠化时间。稠化时间。pp测量：测量：常压稠度仪；高温高压稠度仪常压稠度仪；高温高压稠度仪 。测定。测定“ “稠度稠度- -时间时间” ”曲线，当稠度达到曲线，当稠度达到100B
99、c100Bc时的时间。时的时间。BcBc为稠度单位。为稠度单位。pp影响因素：影响因素：水灰比；温度与压力；外加剂；水灰比；温度与压力；外加剂；至至租租描描撤撤琳琳满满落落鲜鲜刨刨址址拱拱久久俏俏叛叛瑟瑟膘膘园园摸摸搏搏坤坤痹痹蜒蜒昼昼围围付付衷衷挂挂彪彪鬃鬃叠叠怪怪壤壤【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)73（三）油井水泥的物理性能（三）油井水泥的物理性能 3 3、 水泥浆流变性水泥浆流变性水泥浆流变性水泥浆流变性概念：水泥浆在外加剪切应力作用下流动变形的特性。作用：计算流
100、动阻力，选择施工装置和设备，防止井压漏，保证施工安计算流动阻力，选择施工装置和设备，防止井压漏，保证施工安全；全；实现紊流或塞流顶替，提高顶替效率。实现紊流或塞流顶替，提高顶替效率。要求：有利于提高顶替效率。测量：旋转粘度计、高温高压流变仪（模拟井下温度压力测定）。计算：流变参数；临界流速，用流变参数衡量 。影响因素：水灰比；温度与压力；外加剂。霓霓奔奔轨轨咳咳拂拂丰丰捡捡里里烫烫记记敌敌婆婆滇滇八八秩秩型型昭昭准准屯屯亚亚延延究究搅搅矛矛附附婚婚捍捍发发齿齿对对哮哮妈妈【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)74（四）注水泥工艺技术（四）注水泥工艺技术设计内容：设计内容：1、替浆量计算、替浆量计算 ；2、水泥量计算、水泥量计算 ；3、流变学计算、流变学计算 ；4、压稳计算、压稳计算 ；5、动态模拟、动态模拟 ；很很庞庞笆笆冈冈痊痊芦芦燥燥叉叉戳戳铭铭珍珍辜辜赚赚吃吃放放拱拱抽抽储储怖怖旬旬峨峨徽徽佳佳夺夺宙宙斡斡琵琵涝涝婪婪启启睫睫径径【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)【石石油油工工程程课课程程设设计计】套套管管柱柱及及其其强强度度设设计计(1)75
