第一章钻井工艺技术(第一节)讲稿.docVIP

《石油工程与装备》 机自02级 2005.10.11～2006.1 6-17周：周二5,6节，4212；周四1,2节，4310 共46学时，必修课 引言 “石油工程与装备”包括两大部分，石油工程（开发）和石油装备（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，如何采油。在油田现场学机械的需要了解钻、采工艺过程知识，本课包括石油工程的内容，所占比重较少。 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。 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，最后集中总结即可。 本课程用电子文档形式讲课，听课笔记注意只记标题、彩色标识字体。作业甚少，算总成绩，一次作业5～10分。 钻井工艺技术 钻井的目的是探明和开采原油、天然气。 井身结构 必须从井谈起，油井的井眼细而深。 一、套管 套管是加固井壁形成井筒所用的钢管。 石油套管要耗费一口井资金的20～30%。（油井报废，套管钢材将成为地下废物。） 1. 套管的材料：高合金钢，含C，Mn，Mo，Cr，Ni，Cu，P，S，Si（硅）。 2. 钢级：API标准套管（API 5CT美国石油学会标准）。 按强度高低分为不同钢级套管，有：H-40，J-55，K-55，C-75，N-80，L-80，C-95，P-105，P-110，C-125等。 字母：含不同化学成份的分类代号； 数字：管材的最小屈服极限，单位是KSI（）。 【1 PSi（）=6.89kPa=0.00689MPa】 3. 制造方法：无缝套管，用热轧钢制造。（上海宝钢—热轧） 焊接套管，用钢板卷筒直焊缝。（宝鸡钢管厂—焊接） 套管尺寸规格：均用外径表示。 有，，，，，，，，，，，，， in等。 套管连接 （1）三角螺纹连接 承载面：齿侧角30°斜面，产生较大径向分力。 连接强度：只有管体强度的60~75%。 密封方式：齿间干涉及丝扣油的堵塞实现密封，密封性差。 偏梯形螺纹连接 承载面： 3°斜面，导向面：10°斜面，增强了齿形，减少了径向力。 连接强度：达到管体强度的85%。 密封方式：靠齿间干涉和丝扣油堵塞实现密封，密封性差。 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。（图参看P11, 图1-15） 导管：防止表土坍塌，引入钻头。一口井中最大尺寸的套管（20~40m）。 表层套管：加固上部疏松岩层的井壁；封隔浅层水；安装防喷器（30～100m）。 技术套管：封隔上部油、水、气层；漏失层；坍塌层。根据地质情况下n层技术套管。 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。 固井：注水泥加固套管与井壁的环空。 【普通井油层套管加固到油层百米以上，热采井加固到井口（防止热应力膨胀举升井口）。】 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。 外挤压力 地层对套管施加的静水压力（均匀外压）。 管外泥浆和水泥浆液柱压力； 地层中的油、气、水压力； 地层侧压力。 【受外挤力最危险在油井生产的后期，由于油层压力枯竭，套管内压下降。】 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。 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）。 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(硫化氢氢脆、电化学腐蚀、环氧霉菌腐蚀)。 四、套管设计 决定下套管层数。（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。 设计原则 按三准则计算：抗拉安全系数：n安=1.62～2.0 抗挤安全系数：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。 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 看管能承受多大外挤压力。 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。 （确定所受外压力） —外挤压力，Pa； —环空泥浆密度，kg/m3； L—管柱长（井深）。