钻采管柱概论-高宝奎复习.ppt

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1、油气钻采管柱概论总复习高宝奎(研究员)考试安排6月7日，13：30——15：1503-1、03-2、03-5：共71人，3-10503-4：34人，3-30403-3：28人，3-305留学生：6人，3-301设计内容刚度强度寿命尺寸可供材料管柱工作任务需要钻杆接头附近的刺漏钻井方式及钻柱常规钻井：钻杆+加重钻杆+钻铤（+动力）+钻头套管钻井：套管+钻头连续油管钻井：连续管+动力+钻头其它钻井过程中管柱的工作环境高轴向应力高扭矩剧烈振动交变应力腐蚀冲蚀波纹管81/2”井眼堵漏波纹管入井波纹管总成防喷器球形接头隔水管伸缩接头球形接头管柱变形计算方法自重效应活塞效应在截面变化

2、位置和底端，因流体压力引起的变形。膨胀效应由于管内外流体压力，引起轴向伸长、缩短。温度效应各向均匀膨胀管柱屈曲分析内压可引起管柱屈曲外压有利于管柱稳定轴向力为拉力时可屈曲底部钻具失效原因造成套管损坏的原因复杂，主要有以下几方面：由于地层条件的复杂和新钻采条件的苛刻，导致套管的服役环境更加恶劣，不可避免的造成套管的损坏，这是客观原因。设计不完善、套管选用不当、套管本身的性能缺陷。施工工艺不合理对套管造成损害。在管柱设计方面，传统管柱设计中，只进行强度设计，而很少考虑其他因素对于深井、超深井、高压井以及天然气井，这种设计的可靠性很差，在实际使用过程中即使强度不出问题，但可能因

3、螺纹泄漏或因腐蚀而导致管柱失效。所以对于深井、超深井、高压井以及天然气井等复杂井的设计，除进行必要的强度设计外，要综合考虑强度、密封和腐蚀等因素进行管柱设计。即使强度设计也要考虑温度、磨损以及地应力等特殊因素的影响。在钻柱的优化组合设计方面也做的不够理想，深井、超深井、复杂井上部大井眼及下部小井眼的钻柱设计都不同程度地存在问题。油井管失效的原因油井管产量很高，技术含量却很低。在国外已比较普遍使用的特殊螺纹和特殊钢种的油井管，在我国油田还要依赖进口。特别是油田目前还急需的耐腐蚀套管(如13Cr套管)、高钢级套管(140KSI以上强度)基本不能生产。这也造成油田做好了管柱设计

4、，却没有管子可用，被迫选用替代品，为后续生产留下隐患。中国油井管存在的问题对油井管的性能特点还缺乏足够的了解，导致选错管子、用错管子在套管选用方面，认为强度越高越好、壁厚越厚越好套管厚壁厚到一定程度，其抗拉、抗内压强度受接箍的制约，无法进一步提高实际上在含有某些腐蚀介质的井中，钢级越高其危险性越大油井管失效的原因一些施工工艺对油井管缺乏保护钻柱组合、钻压、钻速匹配是否合理，对钻柱的寿命有较大影响钻井工艺、泥浆类型和井身结构与套管的磨损有很大关系测试方案对作业管柱的安全性至关重要油井管失效的原因API钢级列于APISPEC5D的钻杆管体钢级有E75、X95、G105、S13

5、5。APISPEC7规定了钻杆接头、钻柱转换接头和钻铤的技术条件。ISO/WD11961将钻杆管体和钻杆接头合二为一，形成了真正的钻杆标准。钻柱构件ISO/WD11961，对钻杆韧性要求有重大的变化。这些变动是采纳了几家油公司的提案，并且建立在大量科研工作的基础上——即“先漏后破”准则。非API钢级超高强度钻杆，如新日铁的ND-150D、ND-165D，V&M的MW-V-170等。高韧性钻杆，如Grant的S135TM高韧性钻杆，-20℃时，CVN≥98.9J。限制屈服强度钻杆，如V&M的MW-CE-75和MW-CX-95，适用于酸性环境油气井。强酸性环境用钻杆，

6、如V&M的MW-CS-95，Grant的XD-105等。钻柱构件API钢级APISPEC5CT油套管分为4组，18个钢级。套管和油管非API钢级用户实际使用的油套管约40％是非API钢级。(1)用于深井、超深井的超高强度油套管它们在具有高强度的同时，有足够的韧性。(2)用于寒冷地区的低温高韧性油套管这些材料在屈服强度达到规定值的同时，有很高的低温韧性。(3)高抗挤套管它们的抗挤性能比相同钢级的API油套管高出20～50%以上。套管和油管非API钢级（4）抗H2S应力腐蚀的油套管（5）同时兼顾抗硫和高抗挤性能的油套管（6）耐CO2腐蚀的油套管（7）耐CO2+低H2S腐蚀的

7、油套管（8）耐CO2+H2S+Cl-腐蚀的油套管套管和油管ERW油套管油管和套管除采用无缝钢管外，还采用高频电阻焊管（ERW）。ERW焊管的原材料钢板（板卷）系低碳微合金化钢经TMCP轧制而成，具有良好的强韧性。ERW焊管尺寸精度高、表面质量好，价格也比较便宜。ERW油套管的用量已占全部油套管的50％左右。套管和油管钻柱构件服役条件起下钻时，由于自重，钻柱承受轴向拉力，其值越接近井口越大。因井眼内钻井液浮力的作用，下部一段钻柱受到轴向压应力，同时使上部钻柱的拉伸应力减小。在正常钻井过程中，下部钻柱承受轴向压力。钻盘钻井