《钻井机械》共36学时华北油田培训班讲课教师：高学仕工作单位：中国石油大学(华东)机电工程学院机电系2007年9月14日引言石油工程：包括钻井工程（工艺），采油工程（工艺）。即如何打井，怎样采油。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。本课程讲授内容：钻井方法；钻机总论；机械驱动钻机；电驱动钻机；电机特性；顶部驱动钻机；起升系统与设备；泥浆循环系统与设备；钻井工具；采油机械装备。教材：《石油钻采机械概论》35元；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。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（）。【1PSi（）=6.89kPa=0.00689MPa】3.制造方法：无缝钢管套管，用热轧钢制造；焊接套管，用钢板卷筒直焊缝。上海宝钢—热轧；宝鸡钢管厂—焊接4.套管尺寸规格：均用外径表示。5.套管螺纹连接（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。（2）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。（3）套管接头螺纹分布规律近似于抛物线，接头螺纹两端扣牙受力大，中间部位大多数扣牙受力很小。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。（参看图1-16）1.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）。2.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、套管头、采油树（30～100m）。3.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。4.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。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。1.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。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）和盐岩层，外挤压力以上覆岩层压力为计算依据。2.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、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）。3.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1.决定下套管层数。（根据地质情况）2.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。3.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。4.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。具有抗挤强度的套管可下到Hc1深；可下到Hc2可下到Hc3以<<为前提。（2）抗拉强度计算设—某段上部危险断面；—套管在泥浆中线密度；—该段长度—许用抗拉强度；具有抗拉强度的套管，可悬挂长度LT1。即：本段上部套管断面A1,可承担管柱重；具有的套管可悬挂LT2长，管重（）；的套管可悬挂LT3长，管重（）。原则：低抗拉强度套管放在管柱下段。用同一管柱下井，不合理，需分段。实际分段后以本段上部抗拉强度为准，本段下部强度未充分利用。合理性考虑：从LT2中取出一段用LT1代替，并非用的套管直接下LT2段。也如此，从LT3中取出一段用LT1和LT2’代替。（3）校核计算抗挤强度：从井口到井底逐段计算，下部抗挤强度最大。计算抗拉强度：从井底到井口逐段计算，上部抗拉强度最大。可采用二者可分别计算的方法。目前用法：先用抗挤计算设计各段，再用抗拉强度校核。分段：不同强度段，越多越经济，受套管品种限制，目前分四～五段为宜。五、下套管固井↑1-2套管与井壁的环空注入水泥浆封固，称为固井。下完套管后注水泥。【普通井油层套管加固到油层100~20