套管程序设计

深井超深井新型套管程序设计石油大学（华东）油气井工程研究所主要内容1、国内外深井、超深井典型套管程序及分析；2、套管与钻头系列及尺寸配合；3、新型套管程序设计；4、井身结构设计软件。(Ⅰ)国内外深井超深井典型套管程序及分析一、国内深井超深井典型套管程序及分析（一）国内深井超深井典型套管程序1.13-3/8—9-5/8—5-1/22.20—13-3/8—9-5/8—7—53.30—20—13-3/8—9-5/8—7—5一、国内深井超深井典型套管程序及分析（二）对国内现用套管钻头系列的分析评价国内现有的套管钻头系列在地质条件不太复杂的地区是很适用的，这已为钻井实践所证明。但在复杂地质条件下，尤其是对深探井钻井来说，这种单一的套管、钻头系列便显示出局限性。从调研情况看，目前采用的套管、钻头系列主要存在以下几方面的问题：1、套管层数少且系列单一，难以满足封隔多套复杂地层的要求。2、目的层套管（7＂和5＂）与井眼的间隙小，易发生套管阻卡，固井质量也难以保证。3、下部井眼尺寸小（6”或57/8”），难以满足采油方面和地质加深的要求，也不利于快速、优质、安全钻井。一、国内深井超深井典型套管程序及分析（三）海洋复杂深井采用的强化型套管程序为适应复杂的深井钻井的要求，海上钻井采用了一种强化型套管、钻头系列，并得到了成功的应用。（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＂偏心钻头钻进，113/4＂尾管采用无接箍套管，在121/4＂井眼段，用77/8＂×105/8＂×121/4＂偏心钻头钻进。95/8＂套管柱的上部用普通接箍的套管，进入113/4＂尾管及以下井眼的套管为无接箍套管。二、国外深井超深井典型套管程序及分析（一）国外深井超深井典型套管程序对美国、法国、罗马尼亚、奥地利、沙特阿拉伯及阿联酋等国家的深井超深井钻井资料调研及分析发现，国外在深井超深井钻井中采用的套管、钻头系列的种类很多，随地区、井深、钻井目的及钻井工艺技术水平的不同而不同。套管层次有三层、四层、五层、六层、七层等。套管尺寸最大达到36＂(914.4mm)，最小为31/2＂(88.9mm)。井眼尺寸最大到42＂(1066.8mm)，最小到43/4＂(120.7mm)。套管与井眼之间的间隙为9.5mm～76.2mm。1.（26〃）20〃-（171/2〃）133/8〃-（121/4〃）103/4〃-（91/2〃）75/8〃-（61/2〃）5〃这种套管程序在美国西德克萨斯、俄克拉何马州、密西西北—亚巴马等地区获得了成功的应用。表1—3套管程序实例地区套管(英寸)井径(英寸)井深(米)地区套管(英寸)井径(英寸)井深(米)202615020263013381712600133817121350103412143300103412144650758★9124800(尾)7589125400(尾)西德克萨斯,Pecos县5★★6126600(尾)俄克拉何马州RogerMills县56126990(尾)30361520306002026600133817122100141712420010341214480010341214600073491257007349126600(尾)密西西地州，亚拉巴马井56126900(尾)怀俄明州Fremont县　　（★回接到地面；★★回接到758尾管顶部，412油管到5＂顶部。）二、国外深井超深井典型套管程序及分析2.36〃-26〃-20〃-16〃-103/4〃-73/4〃-5〃36262016103/426268#套管，323'20124#,109#,128#N-80套管，2828'16124#,109#,128#N-80套管，8789'73/446.1#P-110尾管，17150~22498'523.2#P-110割缝尾管，22295~24424'32井眼336'23井眼2838'18井眼8800'141/4井眼14757'133/4井眼17426'93/8井眼17426~24388'9井眼24388~24402'81/2井眼24402~24426'图1—3934—29R井套管程序36导管,71'103/465.7#,60.7#uss-125和Q-125套管,17400'这是美国加利福尼亚最深井943-29R井采用的套管程序。这种设计的主要目的是使全井都能用5钻杆及较大尺寸钻头钻进，以避免因水敏性页岩在水基泥浆中浸泡时间过长引起的井壁坍塌而造成钻具扭断和钻杆扭断等井下事故。二、国外深井超深井典型套管程序及分析62211780,470220L4118110,0139716P8510135,*01985879218140,*22273437216125,*4248721514125,*81700871163622117014930图1—4Binhorn1—5井套管程序3.30〃-20〃-16〃-117/8〃-97/8〃-73/4〃-51/2〃这种套管程序在美国怀俄明州Madden地区的Bighorn1—5井实践过，二、国外深井超深井典型套管程序及分析二、国外深井超深井套管、钻头系列分析评价（一）国外深井超深井套管、钻头系列4.36〃-30〃-24〃-185/8〃-133/8〃-95/8〃-7〃-41/2〃阿拉伯美国石油公司在沙特阿拉伯钻Khuff地层时成功地采用了这种套管程序。30/34,X-42SJ,封漏层21859,S-95,封高压层8387，L-80，封水敏性页岩875214,L-80,油层套管718313,S-95,封水层36/42,封漏层图1—6沙特库夫井41/2尾管套管程序24/28,X-42,封水敏性页岩228518,K-55,封水敏页岩二、国外深井超深井套管、钻头系列分析评价（一）国外深井超深井套管、钻头系列5.32〃-241/2〃-16〃-133/8〃-95/8〃-75/8〃德国KTB超深井采用的套管程序。8221172902124m411210000859m21812000857m431460008313m图1—9德国KTP超深井套管程序2117300061m6.30〃-24〃-20〃-16〃-133/8〃-113/4〃-95/8〃-75/8〃这是拉丁美洲和墨西哥海湾地区复杂深井超深井钻井中采用的套管程序。采用了新型的无接箍套管，既增加了套管层次来封隔多套复杂地层，又可以使用较小尺寸的导管和表层套管，36-in,B,550ft30-in,B,1800ft20-in,NT-80,5550ft16-in,N-80,9300ft9-5/8-in,P-110,14000ft7-in,Q-125,15500ft30-in,B,1000ft24-in,X-52,1200ft20-in,NT-80,6200ft16-in,HC-95,11000ft13-5/8-in,Q-125备用11-5/8-in,Q-125,14750ft9-5/8-in,Q-125,16500ft7-5/8-in,Q-12518500ftLatinAmericaGulfMexico二、国外深井超深井典型套管程序及分析（二）国外深井超深井套管程序的特点1、开眼直径大，导管和表层套管尺寸大。2、探井及复杂地层开发井的完钻井眼大，小井眼钻井较少。3、采用下无接箍套管的办法增多套管柱层数。4、采用较小的套管/井眼间隙，缩小上部井眼，增大下部井眼。二、国外深井超深井典型套管程序及分析表1-4国外通常采用的套管与井眼小间隙配合关系套管尺寸（in）钻头尺寸（in）管体—井眼间隙（mm）外层套管尺寸（in）242625.430202225.4241617-1/2~18-1/219.0~31.718-5/8~2013-5/814-3/414.31610-3/412-1/419.013-3/89-5/810-5/812.711-3/48-5/89-1/211.110-5/87-5/88-1/211.19-5/878-3/817.59-5/86-5/87-1/2~7-7/811.1~12.78-5/85-1/26-1/212.77-5/855-7/811.16-5/8~7一、套管、钻头系列及井控装置二、套管与井眼的合理间隙三、套管/钻头尺寸的配合关系(Ⅱ)套管与钻头尺寸及配合关系一、套管、钻头及井控装置系列1．套管尺寸系列（1）API套管从4.5“(114.3mm)到20”(508mm)共14个尺寸系列。对于同一外径的套管，API标准规定了若干壁厚尺寸和接箍类型，组成不同的强度等级和品种供选用。表2-1列出了API套管标准尺寸。（2）非API套管表2-2列出了包括在套管规划方案的最新指南中的25种非API套管和接箍尺寸。非API标准尺寸的套管的生产和应用，为套管程序的优化设计提供了更大的灵活性。（3）新型无接箍套管无接箍套管包括直连型（XL）、平齐式（FJ）和整体连接型（IJ）套管。根据其结构尺寸可分成两大类：一类是螺纹连接部分和管体内外径完全相同，即完全平齐型；一类是螺纹连接部分较管体内外径微加厚，即加厚型。这种套管由于不采用接箍连接，从而减小了整个套管柱的尺寸，增大了套管与井壁的间隙。正是因为这一优点，使其在深井超深井钻井、小间隙固井等作业中得到广泛的应用。表2-5所列为世界几大制造厂（公司）生产的无接箍套管的种类与规格。2．钻头尺寸系列套管尺寸的选择受可能获得的钻头尺寸的限制，石油工业使用的许多套管尺寸最初是适应钻头尺寸选定的。钻头尺寸对套管尺寸选择的有两方面限制，一是所选钻头尺寸应能在套管接箍之外提供足够的间隙，以满足下套管和注水泥的要求；二是钻下部井段的钻头尺寸必须匹配上面一层套管柱的内径（通径）。目前可获得的牙轮钻头尺寸系列列于表2-6。表2-7给出了在不发生套管粘卡情况下能安全下入各种不同API套管通常所使用的钻头尺寸。能通过各种API套管的常用钻头尺寸见表2-8。在大多数情况下，钻头外径大于套管通径而小于内径时也会通过。随着聚晶和热稳定聚晶金刚石钻头的发展，已能设计出任何尺寸的钻头，钻头尺寸的限制已很小。尤其是管下扩眼钻头的成功应用，使减小间隙之井筒设计成为可能。国内外许多钻头厂家都可以生产各种规格的偏心钻头。目前，品种较多和应用较广的偏心钻头是PDC偏心钻头。表2-9列出了DPI公司生产的偏心PDC钻头及其适用范围。一、套管、钻头及井控装置系列3.井口装置系列井口防喷装置也常是套管方案设计的制约因素。首先要考虑可能获得的防喷器组合的通径尺寸，通常要求防喷装置的通径尺寸略大于联接套管外径。如20″表层套管常配备20.75”防喷器，13.375”套管与13.625”防喷器相匹配。其次，高压井口装置一般只提供三层套管柱的悬挂器和密封系统。由于这样的限制，在增加套管层次是只能下尾管，或在下表层套管之前加一层导管并装上防喷器。再次要考虑套管头的供货情况，我国目前生产的套管头主要有13-3/8×9-5/8×7、13-3/8×9-5/8×5-1/2、13-3/8×9-5/5×5三种规格。目前使用的液压防喷器，国内产品主要来自上海第一机械厂、重庆矿山机械厂、宝鸡石油机械厂等。国外产品主要来自美国海德里尔（Hydril）、歇福尔（Shaffer）、卡麦隆(Cameron)三个公司。上述厂家生产的液压防喷器可供选择的压力等级和尺寸系列见表2-10。各种规格防喷器相匹配的套管尺寸列于表2-11。一、套管、钻头及井控装置系列4．套管钻头数据库为便于在井身结构设计中查询和使用套管、钻头方面的数据信息，建立了套管钻头数据库。数据库软件以Windows98作为开发平台，用VB6.0作为开发工具编制而成，具有数据录入、查询、修改、删除等功能。数据库收集了国内外主要厂商可能提供的API系列和非API系列的套