套管程序設(shè)計

深井超深井新型套管程序設(shè)計

石油大學(xué)（華東）油氣井工程研究所1精選ppt主要內(nèi)容1、國內(nèi)外深井、超深井典型套管程序及分析；2、套管與鉆頭系列及尺寸配合；3、新型套管程序設(shè)計；4、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。2精選ppt(Ⅰ)國內(nèi)外深井超深井典型套管

程序及分析一、國內(nèi)深井超深井典型套管程序及分析（一）國內(nèi)深井超深井典型套管程序

1.13-3/8—9-5/8—5-1/2

2.20—13-3/8—9-5/8—7—53.30—20—13-3/8—9-5/8—7—53精選ppt一、國內(nèi)深井超深井典型套管程序

及分析（二）對國內(nèi)現(xiàn)用套管鉆頭系列的分析評價國內(nèi)現(xiàn)有的套管鉆頭系列在地質(zhì)條件不太復(fù)雜的地區(qū)是很適用的，這已為鉆井實踐所證明。但在復(fù)雜地質(zhì)條件下，尤其是對深探井鉆井來說，這種單一的套管、鉆頭系列便顯示出局限性。從調(diào)研情況看，目前采用的套管、鉆頭系列主要存在以下幾方面的問題：

1、套管層數(shù)少且系列單一，難以滿足封隔多套復(fù)雜地層的要求。2、目的層套管（7＂和5＂）與井眼的間隙小，易發(fā)生套管阻卡，固井質(zhì)量也難以保證。3、下部井眼尺寸?。?”或57/8”），難以滿足采油方面和地質(zhì)加深的要求，也不利于快速、優(yōu)質(zhì)、安全鉆井。

4精選ppt一、國內(nèi)深井超深井典型套管程序

及分析

（三）海洋復(fù)雜深井采用的強化型套管程序

為適應(yīng)復(fù)雜的深井鉆井的要求，海上鉆井采用了一種強化型套管、鉆頭系列，并得到了成功的應(yīng)用。

（36＂）30＂-（26＂）20＂-（17-1/2＂）133/8＂-（14＂）113/4＂-（121/4＂）95/8＂-（81/2＂）7＂-（6＂）41/2＂

在14＂井眼用83/4＂×121/4＂×14＂偏心鉆頭鉆進，113/4＂尾管采用無接箍套管，在121/4＂井眼段，用77/8＂×105/8＂×121/4＂偏心鉆頭鉆進。95/8＂套管柱的上部用普通接箍的套管，進入113/4＂尾管及以下井眼的套管為無接箍套管。

5精選ppt二、國外深井超深井典型套管程序及

分析（一）國外深井超深井典型套管程序

對美國、法國、羅馬尼亞、奧地利、沙特阿拉伯及阿聯(lián)酋等國家的深井超深井鉆井資料調(diào)研及分析發(fā)現(xiàn)，國外在深井超深井鉆井中采用的套管、鉆頭系列的種類很多，隨地區(qū)、井深、鉆井目的及鉆井工藝技術(shù)水平的不同而不同。套管層次有三層、四層、五層、六層、七層等。套管尺寸最大達到36＂(914.4mm)，最小為31/2＂(88.9mm)。井眼尺寸最大到42＂(1066.8mm)，最小到43/4＂(120.7mm)。套管與井眼之間的間隙為9.5mm～76.2mm。6精選ppt1.（26〃）20〃-（171/2〃）133/8〃-（121/4〃）103/4〃-（91/2〃）75/8〃-（61/2〃）5〃這種套管程序在美國西德克薩斯、俄克拉何馬州、密西西北—亞巴馬等地區(qū)獲得了成功的應(yīng)用。二、國外深井超深井典型套管程序及

分析7精選ppt2.36〃-26〃-20〃-16〃-103/4〃-73/4〃-5〃這是美國加利福尼亞最深井943-29R井采用的套管程序。這種設(shè)計的主要目的是使全井都能用5"鉆桿及較大尺寸鉆頭鉆進，以避免因水敏性頁巖在水基泥漿中浸泡時間過長引起的井壁坍塌而造成鉆具扭斷和鉆桿扭斷等井下事故。二、國外深井超深井典型套管程序及

分析8精選ppt3.30〃-20〃-16〃-117/8〃-97/8〃-73/4〃-51/2〃這種套管程序在美國懷俄明州Madden地區(qū)的Bighorn1—5井實踐過，二、國外深井超深井典型套管程序及

分析9精選ppt二、國外深井超深井套管、鉆頭系列

分析評價

（一）國外深井超深井套管、鉆頭系列4.36〃-30〃-24〃-185/8〃-133/8〃-95/8〃-7〃-41/2〃

阿拉伯美國石油公司在沙特阿拉伯鉆Khuff地層時成功地采用了這種套管程序。10精選ppt二、國外深井超深井套管、鉆頭系列

分析評價

（一）國外深井超深井套管、鉆頭系列5.32〃-241/2〃-16〃-133/8〃-95/8〃-75/8〃德國KTB超深井采用的套管程序。11精選ppt6.30〃-24〃-20〃-16〃-133/8〃-113/4〃-95/8〃-75/8〃這是拉丁美洲和墨西哥海灣地區(qū)復(fù)雜深井超深井鉆井中采用的套管程序。采用了新型的無接箍套管，既增加了套管層次來封隔多套復(fù)雜地層，又可以使用較小尺寸的導(dǎo)管和表層套管，二、國外深井超深井典型套管程序及

分析12精選ppt（二）國外深井超深井套管程序的特點1、開眼直徑大，導(dǎo)管和表層套管尺寸大。2、探井及復(fù)雜地層開發(fā)井的完鉆井眼大，小井眼鉆井較少。3、采用下無接箍套管的辦法增多套管柱層數(shù)。4、采用較小的套管/井眼間隙，縮小上部井眼，增大下部井眼。二、國外深井超深井典型套管程序及

分析13精選ppt一、套管、鉆頭系列及井控裝置二、套管與井眼的合理間隙三、套管/鉆頭尺寸的配合關(guān)系(Ⅱ)套管與鉆頭尺寸及配合關(guān)系14精選ppt一、套管、鉆頭及井控裝置系列1．套管尺寸系列（1）API套管

從4.5“(114.3mm)到20”(508mm)共14個尺寸系列。對于同一外徑的套管，API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了若干壁厚尺寸和接箍類型，組成不同的強度等級和品種供選用。表2-1列出了API套管標(biāo)準(zhǔn)尺寸。（2）非API套管

表2-2列出了包括在套管規(guī)劃方案的最新指南中的25種非API套管和接箍尺寸。非API標(biāo)準(zhǔn)尺寸的套管的生產(chǎn)和應(yīng)用，為套管程序的優(yōu)化設(shè)計提供了更大的靈活性。（3）新型無接箍套管

無接箍套管包括直連型（XL）、平齊式（FJ）和整體連接型（IJ）套管。根據(jù)其結(jié)構(gòu)尺寸可分成兩大類：一類是螺紋連接部分和管體內(nèi)外徑完全相同，即完全平齊型；一類是螺紋連接部分較管體內(nèi)外徑微加厚，即加厚型。這種套管由于不采用接箍連接，從而減小了整個套管柱的尺寸，增大了套管與井壁的間隙。正是因為這一優(yōu)點，使其在深井超深井鉆井、小間隙固井等作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。表2-5所列為世界幾大制造廠（公司）生產(chǎn)的無接箍套管的種類與規(guī)格。15精選ppt2．鉆頭尺寸系列

套管尺寸的選擇受可能獲得的鉆頭尺寸的限制，石油工業(yè)使用的許多套管尺寸最初是適應(yīng)鉆頭尺寸選定的。鉆頭尺寸對套管尺寸選擇的有兩方面限制，一是所選鉆頭尺寸應(yīng)能在套管接箍之外提供足夠的間隙，以滿足下套管和注水泥的要求；二是鉆下部井段的鉆頭尺寸必須匹配上面一層套管柱的內(nèi)徑（通徑）。目前可獲得的牙輪鉆頭尺寸系列列于表2-6。表2-7給出了在不發(fā)生套管粘卡情況下能安全下入各種不同API套管通常所使用的鉆頭尺寸。能通過各種API套管的常用鉆頭尺寸見表2-8。在大多數(shù)情況下，鉆頭外徑大于套管通徑而小于內(nèi)徑時也會通過。隨著聚晶和熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭的發(fā)展，已能設(shè)計出任何尺寸的鉆頭，鉆頭尺寸的限制已很小。尤其是管下擴眼鉆頭的成功應(yīng)用，使減小間隙之井筒設(shè)計成為可能。國內(nèi)外許多鉆頭廠家都可以生產(chǎn)各種規(guī)格的偏心鉆頭。目前，品種較多和應(yīng)用較廣的偏心鉆頭是PDC偏心鉆頭。表2-9列出了DPI公司生產(chǎn)的偏心PDC鉆頭及其適用范圍。一、套管、鉆頭及井控裝置系列16精選ppt3.井口裝置系列井口防噴裝置也常是套管方案設(shè)計的制約因素。首先要考慮可能獲得的防噴器組合的通徑尺寸，通常要求防噴裝置的通徑尺寸略大于聯(lián)接套管外徑。如20″表層套管常配備20.75”防噴器，13.375”套管與13.625”防噴器相匹配。其次，高壓井口裝置一般只提供三層套管柱的懸掛器和密封系統(tǒng)。由于這樣的限制，在增加套管層次是只能下尾管，或在下表層套管之前加一層導(dǎo)管并裝上防噴器。再次要考慮套管頭的供貨情況，我國目前生產(chǎn)的套管頭主要有13-3/8×9-5/8×7、13-3/8×9-5/8×5-1/2、13-3/8×9-5/5×5三種規(guī)格。目前使用的液壓防噴器，國內(nèi)產(chǎn)品主要來自上海第一機械廠、重慶礦山機械廠、寶雞石油機械廠等。國外產(chǎn)品主要來自美國海德里爾（Hydril）、歇福爾（Shaffer）、卡麥隆(Cameron)三個公司。上述廠家生產(chǎn)的液壓防噴器可供選擇的壓力等級和尺寸系列見表2-10。各種規(guī)格防噴器相匹配的套管尺寸列于表2-11。一、套管、鉆頭及井控裝置系列17精選ppt4．套管鉆頭數(shù)據(jù)庫

為便于在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計中查詢和使用套管、鉆頭方面的數(shù)據(jù)信息，建立了套管鉆頭數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫軟件以Windows98作為開發(fā)平臺，用VB6.0作為開發(fā)工具編制而成，具有數(shù)據(jù)錄入、查詢、修改、刪除等功能。數(shù)據(jù)庫收集了國內(nèi)外主要廠商可能提供的API系列和非API系列的套管、鉆頭數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)計算機優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫中已錄入套管數(shù)據(jù)2948條，包括API4-1/2英寸至20英寸常用套管和NKK、Hydril、Mannesmann及天津等部分廠家的套管數(shù)據(jù)；鉆頭數(shù)據(jù)2079條，包括H-C、REED、DBS、Smith、DKG等廠家3-7/8至28英寸鉆頭信息?；靖采w了國內(nèi)鉆井需要的所有套管及鉆頭數(shù)據(jù)。一、套管、鉆頭及井控裝置系列18精選ppt注水泥的合理間隙下套管的合理間隙地層性質(zhì)對間隙的影響井斜及狗腿對間隙的影響鉆井工藝水平對間隙的影響二、套管與井眼的合理間隙19精選ppt1.注水泥的合理間隙

(1)避免形成水泥橋的最小間隙當(dāng)套管與井眼的環(huán)隙較小時，水泥濾餅填滿環(huán)形空間的最大允許失水量就比較小，很容易造成局部先期脫水形成水泥橋。美國的幾家固井公司建議套管每邊的最小環(huán)隙為0.375”~0.5”，最好為0.75”。是否形成橋堵還取決于水泥漿的失水性能、地層的滲透性、井內(nèi)壓力與地層壓力之差以及注水泥時間。

(2)頂替效率與環(huán)隙的關(guān)系在水泥漿流量相同的情況下，小間隙環(huán)空更容易達到紊流狀態(tài)，有利于提高水泥漿的頂替效率。但間隙較小的情況下，居中度很難達到67%以上。在斜井眼和水平井眼中，居中度更難以保證。研究及現(xiàn)場實踐證明：在直井段，0.4375”的環(huán)空間隙內(nèi)仍可以獲得界面膠結(jié)良好的水泥環(huán)。在斜井段或水平井段，最優(yōu)的環(huán)空尺寸為0.75”~1.5”。小于0.75”時，套管居中是關(guān)鍵。大于1.5”時，環(huán)空體積大，需要很大的流量來保持高速。

(3)水泥環(huán)強度與厚度的關(guān)系

Adams研究提出：0.75”的環(huán)空間隙可以保證水泥漿的充分水化和有足夠的水泥環(huán)強度；要達到要求的水泥環(huán)強度，管子每邊最小的環(huán)空間隙為0.375”~0.5”。二、套管與井眼的合理間隙20精選ppt2.下套管的合理間隙（1）能使套管柱上的各種工具如扶正器和刮泥器通過

表2-12給出了扶正器與井眼的正規(guī)尺寸配合，符合該尺寸配合時，扶正器可產(chǎn)生有效扶正套管的扶正力。（2）在一定的下套管速度下產(chǎn)生的壓力激動不壓漏薄弱地層

建立了環(huán)空瞬態(tài)波動壓力模型及基本方程，編制了計算機軟件，可以根據(jù)一口井的具體條件對安全下入某種尺寸套管的最小井眼尺寸進行設(shè)計并優(yōu)化，使其達到可接受的下套管速度。（3）國內(nèi)外成功經(jīng)驗

1）一般地，平接箍套管能下入管體與井眼間隙為0.5”~0.625”的井眼內(nèi)；帶接箍的套管能下入接箍與井眼間隙稍小于0.5”的井眼內(nèi)。2）在裸眼井段使用無接箍套管，而在有套管的井段使用帶接箍的套管，可消除因接箍端部刮井壁而卡套管的危險。3）在5.875”井眼內(nèi)能成功下入5”套管（塔里木深井、超深井）。在8.5”井眼內(nèi)可以下入7.625”近平接箍套管（德國KTB超深井）。二、套管與井眼的合理間隙21精選ppt3.地層性質(zhì)對間隙的影響

地層性質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在井壁穩(wěn)定性方面。地層較硬，穩(wěn)定性較好，套管與井眼的間隙可以相對小一些。對比較軟的地層，特別是易坍塌或易縮徑的復(fù)雜地層如水敏性泥頁巖、鹽巖層、未成巖疏松地層等，套管與井眼間隙應(yīng)相對大一些。例如311.15mm(12.25”)的井眼，在硬地層可下入273.05mm（10.75”）的套管，而在軟地層應(yīng)下入244.47mm(9.625”)的套管。

二、套管與井眼的合理間隙22精選ppt4.井斜及狗腿對間隙的影響在大斜度井段和水平井段，套管與井眼的間隙應(yīng)設(shè)計的大一些。Wilson和Sabins研究指出：套管/井眼尺寸的配合和套管居中度對水平井段的注水泥效果有著較大的影響，選擇套管/井眼尺寸時，需要有1.5”的間隙，套管居中度至少要有60%，才能消除低邊竄漕和污染。經(jīng)驗認為，套管/井眼間隙比較小時狗腿對下套管作業(yè)影響較大。某野貓井，表層套管下至1500米，12.25”井眼鉆至4500米，有幾處嚴重度為3°/30米的狗腿，10.75”套管下至3600米北卡死，被迫提前固井。因此，對于狗腿嚴重的井段，應(yīng)適當(dāng)加大套管/井眼的間隙值。

二、套管與井眼的合理間隙23精選ppt5.鉆井工藝水平的影響

在確定套管與井眼的間隙時，要考慮鉆井工藝水平的影響。井眼鉆得垂直、規(guī)則，泥漿性能好，則套管與井眼間隙可以相對小一些。如在德國KTB超深井鉆井中，采用了自動垂直鉆井系統(tǒng)，可鉆出一個垂直的、規(guī)則的井眼軌跡，因此設(shè)計的套管與井眼的間隙值比較小。

德國KTB超深井套管—井眼間隙

套管尺寸(mm)622.3406.4339.7244.5193.7井眼尺寸(mm)711.2444.5374.7311.2215.9間隙值(mm)44.519.117.533.311.1二、套管與井眼的合理間隙24精選ppt三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系套管尺寸井眼尺寸間隙值inmminmminmm36302624.5242018.625161413.37511.87511.7510.759.8759.6258.6257.757.62575.554.5914.4762.0660.4622.3609.6508.0473.1406.4355.6339.7301.7298.7273.1250.8244.5219.1196.9193.7177.8139.7127.0114.34234~3630~3228~3028~3024~2622~2417.5~2214.75~17.514.75~17.513.5~15.513.5~15.512.25~14.7510.625~12.2510.625~12.259.5~10.6258.5~9.8758.5~9.8758.375~8.756.5~8.55.875~6.55.875~6.1251066.8863.6~914.4762.0~812.8711.2~762.0711.2~762.0609.6~660.4558.8~609.6444.5~558.8374.7~444.5374.7~444.5342.9~393.7342.9~393.7311.2~342.9269.9~311.2269.9~311.2241.3~269.9215.9~250.8215.9~250.8212.7~241.3165.1~215.9149.2~171.5149.2~155.632~32~31.75~2.752~32~31.69~2.690.75~30.375~1.750.69~2.060.81~1.80.875~1.8750.75~2.00.375~1.190.5~1.310.44~1.00.375~1.060.44~1.1250.69~0.8750.5~1.50.44~0.750.69~0.8176.250.8~76.250.8~76.244.5~69.950.8~76.250.8~76.242.9~68.319.1~76.29.5~44.517.5~52.420.6~4622.2~47.519.1~50.89.5~30.212.7~33.411.1~25.49.5~26.911.1~28.617.5~~22.212.7~38.111.1~19.117.5~20.6國內(nèi)外實踐過的套管/井眼尺寸配合25精選ppt三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系尾管尺寸（in）上層套管尺寸（in）井眼尺寸（in）環(huán)空間隙mm(in)9.62513.37512.25

11.7510.62511.1(7/16)7.62510.759.523.8(15/16)9.6258.511.1(7/16)79.6258.5

9.6258.62520.6(13/16)5.59.6258.5

7.6256.62514.3(9/16)57.6256.62520.6(13/16)76.12514.3(9/16)尾管與井眼的常用配合關(guān)系26精選ppt三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系

大間隙配合關(guān)系套管尺寸(in)最大接頭外徑(in)井眼尺寸(in)井眼-管體間隙（in）井眼-接頭間隙（in）推薦外層套管尺寸(in)4-1/25.06-1/21.00.757-5/855.5637-7/81.43751.1568-5/85-1/26.058-1/21.51.2259-5/86-5/87.399-1/21.43751.05510-3/477.6569-1/21.250.92210-3/49-7/81.43751.109511-3/47-5/88.5010-5/81.501.062511-3/48-5/89.625111.18750.687513-3/89-5/810.62512-1/41.31250.812513-3/810-3/411.7514-3/42.01.501611-3/412.75151.6251.12518-5/815-1/21.8751.37513-3/814.37517-1/22.06251.5625201617.0202.01.52418-5/820.0242.68752.0262021.0263.02.53027精選ppt

常規(guī)間隙配合關(guān)系三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系套管尺寸(in)接頭類型接頭外徑(in)井眼尺寸(in)井眼-管體間隙（in）井眼-接頭間隙（in）推薦外層套管尺寸(in)4-1/2普通整體5.04.66-1/85-7/80.81250.68970.56250.63757-5/875普通整體5.5635.3606-1/20.750.46850.57007-5/85-1/2普通6.057-1/27-7/81.01.18750.7250.912558-5/86-5/8普通整體7.397.008-1/28-3/80.93750.8750.5550.68759-5/87普通整體7.6567.390?8-3/48-1/20.8750.750.5470.5559-5/87-5/8普通整體8.508.019-1/20.93750.5000.74510-3/48-5/8普通整體9.6259.12010-5/81.00.5000.752511-3/49-5/8普通10.62512-1/41.31250.812513-3/810-3/4普通11.7514-3/42.01.501611-3/4普通12.7514-3/41.51.01613-3/8普通14.37517-1/22.06251.562518-5/82016普通17.018-1/2201.252.00.751.5202418-5/8普通20.0242.68752.02620普通21.0263.02.53028精選ppt

小間隙配合關(guān)系三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系套管尺寸(in)接頭類型接頭外徑(in)井眼尺寸(in)井眼-管體間隙（in）井眼-接頭間隙（in）推薦外層套管尺寸(in)4-1/2普通5.05-7/80.68750.43756-5/85整體5.3605-7/80.43750.257575-1/2整體5.86?6-1/20.500.3207-5/86-5/8普通整體7.397.007-7/87-5/80.6250.50.24250.31258-5/87-5/8整體8.018-1/20.43750.2459-5/88-5/8整體8.773?9-1/20.43750.363510-3/49-5/8整體10.1010-5/80.500.262511-3/410-3/4普通整體11.7511.46?12-1/40.750.250.39513-3/81413-3/8普通整體14.37514-3/40.68750.18751616普通整體17.016.46517-1/20.750.2500.517518-5/829精選ppt

特殊配合關(guān)系（擴孔）三、套管/井眼尺寸的配合關(guān)系套管尺寸(in)接頭類型接頭外徑(in)井眼尺寸(in)井眼—套管間隙值推薦外層套管尺寸(in)井眼-管體（in）井眼-接頭（in）5普通5.5635-7/8×6-1/2*0.750.468575-1/2普通6.056-1/2×7-1/21.00.7257-5/87普通整體7.6567.3907-1/2×8-1/20.750.4220.5558-5/87-5/8普通8.508-1/2×9-7/81.1250.68759-5/88-5/8普通9.6259-1/2×10-5/8*1.00.50010-3/49-5/8整體9.7509-1/2×10-5/8*0.50.437510-3/49-5/8普通10.62510-5/8×12-1/41.31250.812511-3/410-3/4普通11.7512-1/4×13-1/21.3750.87513-3/811-3/4整體12.012-1/4×13-1/20.8750.7513-3/811-3/4普通12.7512-1/4×14-3/41.51.01413-3/8普通14.37514-1/2×17-1/22.06251.562516備注：*可能的方案，目前尚未發(fā)現(xiàn)此規(guī)格鉆頭。30精選ppt一、增加現(xiàn)用套管程序之層次的設(shè)計二、新型套管程序設(shè)計(Ⅲ)新型套管程序設(shè)計31精選ppt在13-3/8—9-5/8—5-1/2套管程序中增加一層技術(shù)套管

一、增加現(xiàn)有套管程序?qū)哟蔚脑O(shè)計1.在13-3/8—9-5/8之間增加一層11-3/4平接箍尾管套管柱類型表層套管技術(shù)套管（備用）技術(shù)套管生產(chǎn)套管套管尺寸（in）13-3/811-3/49-5/85-1/2套管類型普通平接箍普通普通鉆頭尺寸（in）17-1/212-1/4×14-3/4或12-1/4×13-1/210-5/8×12-1/48-1/2套管間隙（mm）52.438.133.338.1接箍間隙（mm）39.738.120.631.1可下深度（m）

2.在9-5/8—5-1/2之間增加一層7-5/8尾管套管柱類型表層套管技術(shù)套管技術(shù)套管（備用）生產(chǎn)套管套管尺寸（in）13-3/89-5/87-5/85-1/2套管類型普通普通無接箍無接箍鉆頭尺寸（in）17-1/210-5/8×12-1/48-1/26-1/2套管間隙（mm）52.433.311.112.7接箍間隙（mm）39.720.611.112.7可下深度（m）

3.用10-3/4套管替代9-5/8套管方案

套管柱類型表層套管技術(shù)套管技術(shù)套管生產(chǎn)套管套管尺寸（in）13-3/810-3/48-5/87-5/85-1/2套管類型普通特殊(11.25)普通平接箍普通普通無接箍鉆頭尺寸（in）17-1/212-1/412-1/4×13-1/29-1/27-1/26-1/2套管間隙（mm）52.419.134.911.123.825.412.7接箍間隙（mm）39.76.422.21