2018/11/24
②阻止钻井液进入套管内，减轻套管柱的重量。
类型：浮箍、差压充满浮箍及带挡圈的浮箍 3.套管扶正器
作用：扶正套管，提高固井质量。
4.磁性定位套管 5.联顶节 作用：用来在下套管后到固井作业结束之前，悬挂套管柱的套管短节。 联顶节方入：联顶节在转盘面以下的长度，它要保证四通、防喷器等 装置安装的拆卸的要求。
2018/11/24
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
• 第三象限：轴向压应力与外挤压力联合作用。 在轴向受压条件下套管抗外挤强度增加。
• 第四象限：轴向拉应力与外挤压力联合作用。
轴向拉力的存在使套管的抗挤强度降低。 由于这种情况在套管柱中是经常出现的。因此在套管柱设计中应当 考虑轴向拉力对抗挤强度的影响。 2018/11/24
第二节
2.套管的破坏
1）拉伸破坏 (1)丝扣（接箍）滑脱
σ
z
σ t >>σ r , σ r 可以忽略。变为双向应
力问题。 由第四强度理论： σ
z 2
+σ
t
2
-σ zσ t =σ
s
2
σ
r
变换为椭圆方程：
σ
t

2018/11/24
2 2 t z t z 1 2 s s s
按拉为正、压为负，根据以上方程可画出椭圆图形。
• 套管柱设计时按最危险情况考虑。
1、轴向拉力 1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
2018/11/24
第二节
n i 1
套管及套管柱
n i 1
3 3 d F q L ( 1 ) 10 q L k 10 m i i m i is s
2018/11/24
p 9 . 81 H oc m
第二节
3）内压力
套管及套管柱
内压力是径向力，其方向是由套管轴线垂直指向内壁，它取决于地层流体压 力和挤注作业时挤入的流体压力。
4）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向 的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管，
套管及套管柱
(2)丝扣断裂
(3)管体断裂 (4)氢脆
2）挤压破坏
三、套管柱附件 在实际施工过程中，安装在套管柱上的一些附加部件统称为套管柱 附件。 1.引鞋 作用：引导套管入井，防止套管插入井壁或刮削井壁
2018/11/24 类型：引鞋、浮鞋、差压灌注鞋
第二节
2.回压阀
套管及套管柱
作用：①阻止水泥浆回流，保证水泥浆的上返高度；
第二节
套管及套管柱
2018/11/24
第二节
标。
套管及套管柱
在椭圆图上， σt/σs 的百分比为纵坐标，σz /σs 的百分比为横坐
由强度条件的双向应力椭圆可以看出：
• 第一象限：拉伸与内压联合作用。
轴向拉力的存在下使套管的抗内压强度增加。 • 第二象限：轴向压缩与内压联合作用。
在轴向受压条件下套管抗内压强度降低。
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N；
L i---- 第I种套管的长度，m；
n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。 2）外挤压力
•主要载荷：管外液柱的压力、地层中流体的压力、高塑性岩石（盐膏层、 泥岩层）的侧向挤压力等。
•常规情况下按套管全淘空Байду номын сангаас的管外压力计算：
•有大段盐膏层的特殊情况下，有时将上式中的钻井液密度替换为上覆岩层 压力的当量密度进行计算。
套管柱附件由下到而上一般顺序：引鞋、回压阀、扶正器、泥饼刷、 联顶节。 2018/11/24
第三节
• • • • • • • •
油井水泥
一、油井水泥的分类和水化作用 1.API水泥的分类
A级：深度范围 0～1828.8 m，温度76.7℃。 B级：深度范围 0～1828.8 m，属中热水泥，温度至 76.7℃，有中抗硫和 高抗硫两种。 C级：深度范围0～1828.8 m，温度至 76.7℃，高早期强度水泥，分普通、 中抗硫及高抗硫三种。 D级：深度范围1828.8～3050 m，温度76～127℃，用于中温、中压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 E级：深度范围 3050～4270 m，温度76～143℃，用于高温、高压条件， 分为中抗硫及高抗硫两种。 F级：深度范围为 3050～4880 m，温度 110～160℃，用于超高温和超高 压条件，分为中抗硫及高抗硫两种。 G级及H级：深度范围为 0～2440 m，温度0～93℃，分为中抗硫及高抗硫 两种。 J级：深度范围为 3660～4880 m，温度49～160。
套管及套管柱
2018/11/24
第二节
套管及套管柱
• 套管柱：由同一外径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组
成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。
二、套管柱受力分析及破坏
• 套管柱在井内所受外载复杂。在不同时期（下套管过程中、注水泥 时、后期开采等过程中）套管柱的受力也不同。
• 在分析和设计中主要考虑基本载荷：轴向拉力、外挤压力及内压力。
• 水化反应缓慢，强度增长慢；
• 对水泥的最终强度有影响。
2018/11/24
第三节
2）水泥的水化
油井水泥
•水泥与水混合成水泥浆后，与水发生化学反应，生成各种水化 产物。逐渐由液态变为固态，使水泥硬化和凝结，形成水泥石。
水泥的硬化分为三个阶段：
•溶胶期：水泥与水混合成胶体液，开始发生水化反应，水化产 物的浓度开始增加，达到饱和状态时部分水化物以胶态或微晶 体析出，形成胶溶体系。此时水泥浆仍有流动性。 •凝结期：水化反应由水泥颗粒表面向内部深入，溶胶粒子及微 晶体大量增加，晶体开始互相连接，逐渐絮凝成凝胶体系。水 泥浆变绸，直到失去流动性。 •硬化期：水化物形成晶体状态，互相紧密连接成一个整体，强 度增加，硬化成为水泥石。