下套管作业规程不同套管尺寸操作要点与常见问题解析

引言

下套管作业是石油钻井工程中的关键环节，直接关系到井身质量和后续作业的安全。不同尺寸的套管在操作规程、技术要点和常见问题上存在显著差异。本文将详细解析不同套管尺寸的操作要点，并针对常见问题提供解决方案，帮助现场工程师和技术人员更好地掌握下套管作业的核心技术。

套管尺寸分类及特点

套管尺寸分类

石油钻井中常用的套管尺寸包括：

• 表层套管：通常为20英寸（508mm）或13⅜英寸（339.7mm）
• 技术套管：通常为9⅝英寸（244.5mm）或7英寸（177.8mm）
• 油层套管：通常为7英寸（177.8mm）或5½英寸（139.7mm）
• 尾管：通常为4½英寸（114.3mm）或更小

不同尺寸套管的特点

套管类型	典型尺寸	主要特点	应用场景
表层套管	20英寸、13⅜英寸	直径大、重量大、下入深度浅	封隔地表浅层、支撑井口
报术套管	9⅝英寸、7英寸	中等尺寸、承压能力强	封隔复杂地层、保护井眼
油层套管	7英寸、5½英寸	尺寸较小、精度要求高	完井、采油通道
尾管	4½英寸、3½英寸	尺寸小、悬挂方式特殊	深井、超深井完井

不同套管尺寸操作要点

1. 大尺寸套管（20英寸、13⅜英寸）操作要点

1.1 下管前准备

• 井眼准备：确保井眼直径至少为套管直径的1.5倍，推荐使用24英寸或17.5英寸钻头扩眼
• 设备检查：重点检查吊卡、卡瓦、大钩等承重设备，确保额定载荷满足要求
• 套管检查：检查套管本体、螺纹、护丝，确保无损伤、无变形
• 丝扣清洗：使用专用丝扣清洗剂清洗丝扣，涂抹符合API标准的丝扣油

1.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度控制在0.3-0.5m/s，严禁快速下放
• 灌浆作业：每下入3-5根套管必须灌浆一次，防止浮鞋堵塞
• 悬重监测：密切关注悬重变化，正常悬重=套管柱总重+浮力系数
• 遇阻处理：遇阻时悬重下降不超过正常悬重的10%，否则必须上提活动套管

1.3 固井前准备

• 循环泥浆：下至设计深度后，循环泥浆2-3周，调整泥浆性能
• 井底沉砂：循环结束后，短起下钻一次，清除井底沉砂
• 设备试压：对井口、管线、水泥头进行试压，压力等级为固井压力的1.2倍

代码示例：套管下入深度计算

# 计算套管下入深度和悬重
def calculate_casing_depth(casing_weight, depth, mud_density, buoyancy_factor=0.85):
    """
    计算套管下入深度和悬重
    
    参数:
    casing_weight: 套管单位重量 (kg/m)
    depth: 设计深度 (m)
    mud_density: 泥浆密度 (g/cm³)
    buoyancy_factor: 浮力系数
    
    返回:
    total_weight: 总重量 (kN)
    hanging_weight: 悬重 (kN)
    """
    # 计算空气中的总重量
    air_weight = casing_weight * depth / 1000  # 转换为吨
    
    # 计算浮力系数
    buoyancy = 1 - (mud_density / 7.85)  # 7.85为钢材密度
    
    # 计算悬重
    hanging_weight = air_weight * buoyancy * 9.81  # 转换为kN
    
    return air_weight, hanging_weight

# 示例：20英寸套管，单位重量100kg/m，下深500m，泥浆密度1.2g/cm³
air_weight, hanging_weight = calculate_casing_depth(100, 500, 1.2)
print(f"空气中的总重量: {air_weight:.2f} 吨")
print(f"泥浆中的悬重: {hanging_weight:.2f} kN")

1.4 常见问题及解析

• 问题1：下放遇阻

  • 原因：井眼不规则、井径扩大率不足、井壁坍塌
  • 解决方案：立即停止下放，上提2-3m活动套管，循环泥浆，必要时进行划眼
  • 预防措施：下套管前进行通井，确保井眼畅通

• 问题2：丝扣泄漏

  • 原因：丝扣清洗不彻底、丝扣油涂抹不均、上扣扭矩不足
  • 解决方案：立即停止下放，卸开重新上扣，使用扭矩扳手确保扭矩达标 - 预防措施：严格按照API标准操作，使用合格丝扣油

2. 中等尺寸套管（9⅝英寸、7英寸）操作要点

2.1 下管前准备

• 井眼准备：使用比套管直径大2-3英寸的钻头通井
• 套管串组合：通常包括浮鞋、浮箍、套管、扶正器、悬挂器等
• 扶正器安装：每根套管安装1-2个扶正器，确保居中度>67%
• 工具检查：重点检查悬挂器、封隔器等特殊工具的功能

2.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度0.5-0.8m/s，可根据井况适当调整
• 灌浆作业：每下入5-8根套管灌浆一次
• 扭矩监测：使用扭矩仪监测上扣扭矩，确保符合API标准
• 悬重监测：密切关注悬重变化，记录每根套管的悬重值

2.3 固井作业

• 排量控制：根据井径、套管尺寸计算环空返速，通常要求返速0.8-1.2m/s
• 压力监测：实时监测泵压、套压、环空压力
• 水泥浆设计：密度、粘度、失水、凝固时间等参数需符合设计要求
• 替浆作业：精确计算替浆量，使用流量计监控，误差<0.5m³

代码示例：环空返速计算

# 计算环空返速
def calculate_annular_velocity(bit_size, casing_od, pump_rate):
    """
    计算环空返速
    
    参数:
    bit_size: 钻头直径 (inch)
    casing_od: 套管外径 (inch)
    pump_rate: 泵排量 (L/s)
    
    返回:
    annular_velocity: 环空返速 (m/s)
    """
    # 转换为米制
    bit_size_m = bit_size * 0.0254
    casing_od_m = casing_od * 0.0254
    
    # 计算环空截面积 (m²)
    annular_area = 3.14159 * (bit_size_m**2 - casing_od_m**2) / 4
    
    # 计算流量 (m³/s)
    flow_rate = pump_rate / 1000
    
    # 计算返速
    annular_velocity = flow_rate / annular_area
    
    return annular_velocity

# 示例：9⅝英寸套管（外径9.625英寸），使用12.25英寸钻头，泵排量25L/s
av = calculate_annular_velocity(12.25, 9.625, 25)
print(f"环空返速: {av:.3f} m/s")

2.4 常见问题及解析

• 问题1：悬挂器坐挂失败

  • 原因：坐挂位置不干净、坐挂扭矩不足、悬挂器工具故障
  • 解决方案：上提管柱，重新调整坐挂位置，增加坐挂扭矩，必要时更换悬挂器 -预防措施：坐挂前循环泥浆，确保坐挂位置干净；使用扭矩仪监控坐挂扭矩

• 问题2：水泥浆窜槽

  • 原因：套管居中度不足、泥浆性能差、顶替效率低
  • 固井质量差：环空返速过低、水泥浆性能差、替浆量不准
  • 解决方案：优化套管串设计，增加扶正器数量；优化泥浆性能；使用刮泥器清除井壁泥饼
  • 预防措施：设计阶段进行套管居中度模拟，确保居中度>67%；使用高质量的水泥添加剂

3. 小尺寸套管（5½英寸、4½英寸）操作要点

3.1 下管前准备

• 井眼准备：使用比套管直径大1.5-2英寸的钻头通井
• 套管检查：重点检查小尺寸套管的螺纹，因其螺纹精度要求更高
• 工具准备：准备专用的小尺寸套管吊卡、卡瓦
• 井眼净化：充分循环泥浆，确保井眼干净

3.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度0.8-1.0m/s，可适当加快
• 灌浆作业：每下入8-10根套管灌浆一次
• 扭矩控制：小尺寸套管螺纹上扣扭矩较小，需使用精确的扭矩工具
• 悬重监测：密切关注悬重变化，小尺寸套管悬重变化更敏感

3.3 固井作业

• 排量控制：小环空返速控制难度大，需精确计算
• 水泥浆设计：小环空摩阻大，需优化水泥浆流变性能
• 压力控制：小尺寸套管固井压力波动大，需实时监控
• 替浆精度：小环空容积小，替浆量误差控制更严格

3.4 帗见问题及解析

• 问题1：小环空堵塞

  • 原因：井眼不规则、扶正器过大、水泥浆过稠
  • 解决方案：立即停止替浆，反循环洗井，必要时挤水泥处理
  • 预防措施：优化扶正器尺寸，控制水泥浆流变性能，确保环空返速>0.8m/s

• 问题2：套管螺纹泄漏

  • 原因：小尺寸螺纹精度要求高，上扣扭矩控制难
  • API标准扭矩值参考：
    • 5½英寸套管（139.7mm）：API标准扭矩约4700-5800 N·m
    • 4½英寸套管（114.3mm）：API标准扭矩约3200-4000 N. m
  • 解决方案：使用扭矩-圈数监控，确保上扣到位；使用合格丝扣油
  • 预防措施：使用扭矩仪精确控制扭矩，记录每根套管的上扣曲线

下套管作业通用常见问题及解决方案

1. 井眼准备问题

问题描述：井眼不规则、井径扩大率不足、存在键槽、大肚子等复杂情况。

原因分析：

• 钻井过程中钻具组合不合理
• 钻井参数不当导致井眼轨迹差
• 井壁稳定性差，未采取有效护壁措施

解决方案：

1. 通井作业：下套管前必须进行通井，至少2次 2.扩眼作业：对于大尺寸套管，必要时进行扩眼
2. 井眼轨迹优化：使用扶正器、稳定器优化钻具组合
3. 井壁稳定：调整泥浆性能，加入防塌剂

预防措施：

• 钻井阶段优化钻具组合和钻井参数
• 定期进行井径测井，评估井眼质量
• 下套管前进行井眼模拟分析

2. 套管柱设计问题

问题描述：套管柱强度不足、螺纹类型选择不当、扶正器布置不合理。

原因分析：

• 设计时未充分考虑地层压力、腐蚀环境
• 螺纹类型选择未考虑密封要求
• 扶正器布置未考虑井眼曲率、套管居中度要求

解决方案：

1. 强度校核：进行三轴应力分析，考虑内压、外压、轴向载荷
2. 螺纹选择：根据密封要求选择API螺纹或特殊螺纹
3. 扶正器优化：使用软件模拟优化扶正器位置和数量

代码示例：套管柱强度校核

# 简化的套管柱强度校核
def casing_strength_check(casing_grade, weight, depth, pressure):
    """
    套管柱强度校核
    
    参数:
    casing_grade: 套管钢级 (如N80, P110)
    weight: 单位重量 (kg/m)
    depth: 下入深度 (m)
    pressure: 内压 (MPa)
    
    返回:
    safety_factor: 安全系数
    """
    # API标准最小屈服强度 (MPa)
    grade_strength = {
        'J55': 379, 'K55': 379, 'N80': 552, 'P110': 758, 'Q125': 862
    }
    
    # 计算轴向应力 (简化)
    axial_stress = (weight * depth * 9.81) / (3.14159 * 0.1)  # 简化计算
    
    # 计算内压应力 (简化)
    hoop_stress = pressure * 10  # 简化系数
    
    # 计算等效应力 (Von Mises)
    equivalent_stress = (axial_stress**2 + hoop_stress**2)**0.5
    
    # 安全系数
    safety_factor = grade_strength.get(casing_grade, 552) / equivalent_stress
    
    return safety_factor

# 示例：N80钢级，20kg/m，下深3000m，内压30MPa
sf = casing_strength_check('N80', 20, 3000, 30)
print(f"安全系数: {sf:.2f}")
if sf < 1.25:
    print("警告：安全系数不足，需重新设计！")

3. 下放过程遇阻问题

**问题描述：下放过程中悬重下降、遇阻、无法下至设计深度。

原因分析：

• 井眼不规则、存在键槽、大肚子
• 井壁坍塌、砂桥形成
• 套管串结构复杂，外径变化大
• 井眼曲率过大

解决方案：

1. 活动套管：上下活动2-3m，幅度不超过套管抗拉载荷的80%
2. 循环泥浆：小排量循环，携带岩屑，破坏砂桥
3. 划眼作业：必要时使用钻头或扩眼器进行划眼
4. 调整套管串：减少扶正器数量或减小扶正器外径

预防措施：

• 下套管前进行井眼模拟，评估通过性
• 优化套管串设计，减少外径变化
• 控制井眼曲率，避免狗腿度过大

4. 固井质量问题

问题描述：水泥环窜槽、水泥返高不足、替空、替浆过量。

原因分析：

• 套管居中度不足
• 泥浆性能差，顶替效率低
• 水泥浆性能不符合设计
• 替浆量计算错误或流量计不准

解决方案：

1. 提高居中度：增加扶正器数量，优化布置
2. 优化泥浆性能：降低粘度、切力，提高流动性
3. 优化水泥浆：加入分散剂、降失水剂，优化流变性能
4. 精确计量：使用高质量流量计，校准替浆量

预防措施：

• 进行固井模拟设计，优化施工参数
• 使用高质量的固井工具和添加剂
• 严格计量和监控替浆过程

5. 井口安装问题

问题描述：井口安装困难、套管头密封泄漏、套管头偏斜。

**原因分析：

• 套管头安装窗口不规则
• 套管头与套管螺纹不匹配
• 安装扭矩不足或过大
• 井口基础不平

解决方案：

1. 修整套管头：使用气割或砂轮修整套管头窗口
2. 调整螺纹：使用转换接头或特殊工具
3. 精确安装：使用扭矩扳手，确保扭矩达标
4. 找平井口：使用水平仪找平，必要时垫片调整

预防措施：

• 下套管前精确测量套管头位置
• 选择匹配的套管头和套管
• 井口基础施工时确保水平度

不同尺寸套管特殊问题对比

问题类型	大尺寸套管	中等尺寸套管	小尺寸套管
遇阻概率	高（井眼质量影响大）	中等	较低
扭矩控制	要求高（扭矩大）	要求较高	要求精确（扭矩小）
灌浆频率	高（每3-5根）	中等（每5-8根）	低（每8-10根）
固井难度	高（环空容积大）	中等	高（环空小，摩阻大）
常见问题	井眼准备不足、遇阻	悬挂器故障、窜槽	小环空堵塞、螺纹泄漏

安全注意事项

1. 人员安全

• 所有操作人员必须穿戴符合标准的劳保用品
• 高空作业必须系安全带
• 严禁在吊卡、卡瓦下方站人
• 使用扭矩扳手时，注意反扭矩伤人

2. 设备安全

• 严格检查吊卡、卡瓦、大钩等承重设备
• 确保所有管线、阀门试压合格
• 泵压系统必须安装安全阀
• 电气设备必须防爆

3. 井控安全

• 下套管期间必须有专人坐岗观察液面
• 准备好井控装备和重泥浆
• 发现溢流立即关井
• 固井期间密切监控井口压力

结论

下套管作业是钻井工程中的关键作业，不同尺寸套管的操作要点和常见问题各有特点：

• 大尺寸套管：重点在于井眼准备和遇阻处理
• 中等尺寸套管：重点在于悬挂器操作和固井质量
• 小尺寸套管：重点在于螺纹密封和小环空固井

通过本文的详细解析，希望现场工程师能够：

1. 掌握不同尺寸套管的操作要点
2. 识别和预防常见问题
3. 提高作业成功率和井身质量
4. 确保作业安全

在实际作业中，应结合具体井况、设备条件和地质特点，灵活调整操作方案，确保下套管作业安全、优质、高效完成。# 下套管作业规程不同套管尺寸操作要点与常见问题解析

引言

下套管作业是石油钻井工程中的关键环节，直接关系到井身质量和后续作业的安全。不同尺寸的套管在操作规程、技术要点和常见问题上存在显著差异。本文将详细解析不同套管尺寸的操作要点，并针对常见问题提供解决方案，帮助现场工程师和技术人员更好地掌握下套管作业的核心技术。

套管尺寸分类及特点

套管尺寸分类

石油钻井中常用的套管尺寸包括：

• 表层套管：通常为20英寸（508mm）或13⅜英寸（339.7mm）
• 技术套管：通常为9⅝英寸（244.5mm）或7英寸（177.8mm）
• 油层套管：通常为7英寸（177.8mm）或5½英寸（139.7mm）
• 尾管：通常为4½英寸（114.3mm）或更小

不同尺寸套管的特点

套管类型	典型尺寸	主要特点	应用场景
表层套管	20英寸、13⅜英寸	直径大、重量大、下入深度浅	封隔地表浅层、支撑井口
技术套管	9⅝英寸、7英寸	中等尺寸、承压能力强	封隔复杂地层、保护井眼
油层套管	7英寸、5½英寸	尺寸较小、精度要求高	完井、采油通道
尾管	4½英寸、3½英寸	尺寸小、悬挂方式特殊	深井、超深井完井

不同套管尺寸操作要点

1. 大尺寸套管（20英寸、13⅜英寸）操作要点

1.1 下管前准备

• 井眼准备：确保井眼直径至少为套管直径的1.5倍，推荐使用24英寸或17.5英寸钻头扩眼
• 设备检查：重点检查吊卡、卡瓦、大钩等承重设备，确保额定载荷满足要求
• 套管检查：检查套管本体、螺纹、护丝，确保无损伤、无变形
• 丝扣清洗：使用专用丝扣清洗剂清洗丝扣，涂抹符合API标准的丝扣油

1.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度控制在0.3-0.5m/s，严禁快速下放
• 灌浆作业：每下入3-5根套管必须灌浆一次，防止浮鞋堵塞
• 悬重监测：密切关注悬重变化，正常悬重=套管柱总重+浮力系数
• 遇阻处理：遇阻时悬重下降不超过正常悬重的10%，否则必须上提活动套管

1.3 固井前准备

• 循环泥浆：下至设计深度后，循环泥浆2-3周，调整泥浆性能
• 井底沉砂：循环结束后，短起下钻一次，清除井底沉砂
• 设备试压：对井口、管线、水泥头进行试压，压力等级为固井压力的1.2倍

代码示例：套管下入深度计算

# 计算套管下入深度和悬重
def calculate_casing_depth(casing_weight, depth, mud_density, buoyancy_factor=0.85):
    """
    计算套管下入深度和悬重
    
    参数:
    casing_weight: 套管单位重量 (kg/m)
    depth: 设计深度 (m)
    mud_density: 泥浆密度 (g/cm³)
    buoyancy_factor: 浮力系数
    
    返回:
    total_weight: 总重量 (kN)
    hanging_weight: 悬重 (kN)
    """
    # 计算空气中的总重量
    air_weight = casing_weight * depth / 1000  # 转换为吨
    
    # 计算浮力系数
    buoyancy = 1 - (mud_density / 7.85)  # 7.85为钢材密度
    
    # 计算悬重
    hanging_weight = air_weight * buoyancy * 9.81  # 转换为kN
    
    return air_weight, hanging_weight

# 示例：20英寸套管，单位重量100kg/m，下深500m，泥浆密度1.2g/cm³
air_weight, hanging_weight = calculate_casing_depth(100, 500, 1.2)
print(f"空气中的总重量: {air_weight:.2f} 吨")
print(f"泥浆中的悬重: {hanging_weight:.2f} kN")

1.4 常见问题及解析

• 问题1：下放遇阻

  • 原因：井眼不规则、井径扩大率不足、井壁坍塌
  • 解决方案：立即停止下放，上提2-3m活动套管，循环泥浆，必要时进行划眼
  • 预防措施：下套管前进行通井，确保井眼畅通

• 问题2：丝扣泄漏

  • 原因：丝扣清洗不彻底、丝扣油涂抹不均、上扣扭矩不足
  • 解决方案：立即停止下放，卸开重新上扣，使用扭矩扳手确保扭矩达标
  • 预防措施：严格按照API标准操作，使用合格丝扣油

2. 中等尺寸套管（9⅝英寸、7英寸）操作要点

2.1 下管前准备

• 井眼准备：使用比套管直径大2-3英寸的钻头通井
• 套管串组合：通常包括浮鞋、浮箍、套管、扶正器、悬挂器等
• 扶正器安装：每根套管安装1-2个扶正器，确保居中度>67%
• 工具检查：重点检查悬挂器、封隔器等特殊工具的功能

2.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度0.5-0.8m/s，可根据井况适当调整
• 灌浆作业：每下入5-8根套管灌浆一次
• 扭矩监测：使用扭矩仪监测上扣扭矩，确保符合API标准
• 悬重监测：密切关注悬重变化，记录每根套管的悬重值

2.3 固井作业

• 排量控制：根据井径、套管尺寸计算环空返速，通常要求返速0.8-1.2m/s
• 压力监测：实时监测泵压、套压、环空压力
• 水泥浆设计：密度、粘度、失水、凝固时间等参数需符合设计要求
• 替浆作业：精确计算替浆量，使用流量计监控，误差<0.5m³

代码示例：环空返速计算

# 计算环空返速
def calculate_annular_velocity(bit_size, casing_od, pump_rate):
    """
    计算环空返速
    
    参数:
    bit_size: 钻头直径 (inch)
    casing_od: 套管外径 (inch)
    pump_rate: 泵排量 (L/s)
    
    返回:
    annular_velocity: 环空返速 (m/s)
    """
    # 转换为米制
    bit_size_m = bit_size * 0.0254
    casing_od_m = casing_od * 0.0254
    
    # 计算环空截面积 (m²)
    annular_area = 3.14159 * (bit_size_m**2 - casing_od_m**2) / 4
    
    # 计算流量 (m³/s)
    flow_rate = pump_rate / 1000
    
    # 计算返速
    annular_velocity = flow_rate / annular_area
    
    return annular_velocity

# 示例：9⅝英寸套管（外径9.625英寸），使用12.25英寸钻头，泵排量25L/s
av = calculate_annular_velocity(12.25, 9.625, 25)
print(f"环空返速: {av:.3f} m/s")

2.4 常见问题及解析

• 问题1：悬挂器坐挂失败

  • 原因：坐挂位置不干净、坐挂扭矩不足、悬挂器工具故障
  • 解决方案：上提管柱，重新调整坐挂位置，增加坐挂扭矩，必要时更换悬挂器
  • 预防措施：坐挂前循环泥浆，确保坐挂位置干净；使用扭矩仪监控坐挂扭矩

• 问题2：水泥浆窜槽

  • 原因：套管居中度不足、泥浆性能差、顶替效率低
  • 解决方案：优化套管串设计，增加扶正器数量；优化泥浆性能；使用刮泥器清除井壁泥饼
  • 预防措施：设计阶段进行套管居中度模拟，确保居中度>67%；使用高质量的水泥添加剂

• 问题3：固井质量差

  • 原因：环空返速过低、水泥浆性能差、替浆量不准
  • 解决方案：优化套管串设计，增加扶正器数量；优化泥浆性能；使用刮泥器清除井壁泥饼
  • 预防措施：设计阶段进行套管居中度模拟，确保居中度>67%；使用高质量的水泥添加剂

3. 小尺寸套管（5½英寸、4½英寸）操作要点

3.1 下管前准备

• 井眼准备：使用比套管直径大1.5-2英寸的钻头通井
• 套管检查：重点检查小尺寸套管的螺纹，因其螺纹精度要求更高
• 工具准备：准备专用的小尺寸套管吊卡、卡瓦
• 井眼净化：充分循环泥浆，确保井眼干净

3.2 下管过程控制

• 速度控制：下放速度0.8-1.0m/s，可适当加快
• 灌浆作业：每下入8-10根套管灌浆一次
• 扭矩控制：小尺寸套管螺纹上扣扭矩较小，需使用精确的扭矩工具
• 悬重监测：密切关注悬重变化，小尺寸套管悬重变化更敏感

3.3 固井作业

• 排量控制：小环空返速控制难度大，需精确计算
• 水泥浆设计：小环空摩阻大，需优化水泥浆流变性能
• 压力控制：小尺寸套管固井压力波动大，需实时监控
• 替浆精度：小环空容积小，替浆量误差控制更严格

3.4 常见问题及解析

• 问题1：小环空堵塞

  • 原因：井眼不规则、扶正器过大、水泥浆过稠
  • 解决方案：立即停止替浆，反循环洗井，必要时挤水泥处理
  • 预防措施：优化扶正器尺寸，控制水泥浆流变性能，确保环空返速>0.8m/s

• 问题2：套管螺纹泄漏

  • 原因：小尺寸螺纹精度要求高，上扣扭矩控制难
  • API标准扭矩值参考：
    • 5½英寸套管（139.7mm）：API标准扭矩约4700-5800 N·m
    • 4½英寸套管（114.3mm）：API标准扭矩约3200-4000 N·m
  • 解决方案：使用扭矩-圈数监控，确保上扣到位；使用合格丝扣油
  • 预防措施：使用扭矩仪精确控制扭矩，记录每根套管的上扣曲线

下套管作业通用常见问题及解决方案

1. 井眼准备问题

问题描述：井眼不规则、井径扩大率不足、存在键槽、大肚子等复杂情况。

原因分析：

• 钻井过程中钻具组合不合理
• 钻井参数不当导致井眼轨迹差
• 井壁稳定性差，未采取有效护壁措施

解决方案：

1. 通井作业：下套管前必须进行通井，至少2次
2. 扩眼作业：对于大尺寸套管，必要时进行扩眼
3. 井眼轨迹优化：使用扶正器、稳定器优化钻具组合
4. 井壁稳定：调整泥浆性能，加入防塌剂

预防措施：

• 钻井阶段优化钻具组合和钻井参数
• 定期进行井径测井，评估井眼质量
• 下套管前进行井眼模拟分析

2. 套管柱设计问题

问题描述：套管柱强度不足、螺纹类型选择不当、扶正器布置不合理。

原因分析：

• 设计时未充分考虑地层压力、腐蚀环境
• 螺纹类型选择未考虑密封要求
• 扶正器布置未考虑井眼曲率、套管居中度要求

解决方案：

1. 强度校核：进行三轴应力分析，考虑内压、外压、轴向载荷
2. 螺纹选择：根据密封要求选择API螺纹或特殊螺纹
3. 扶正器优化：使用软件模拟优化扶正器位置和数量

代码示例：套管柱强度校核

# 简化的套管柱强度校核
def casing_strength_check(casing_grade, weight, depth, pressure):
    """
    套管柱强度校核
    
    参数:
    casing_grade: 套管钢级 (如N80, P110)
    weight: 单位重量 (kg/m)
    depth: 下入深度 (m)
    pressure: 内压 (MPa)
    
    返回:
    safety_factor: 安全系数
    """
    # API标准最小屈服强度 (MPa)
    grade_strength = {
        'J55': 379, 'K55': 379, 'N80': 552, 'P110': 758, 'Q125': 862
    }
    
    # 计算轴向应力 (简化)
    axial_stress = (weight * depth * 9.81) / (3.14159 * 0.1)  # 简化计算
    
    # 计算内压应力 (简化)
    hoop_stress = pressure * 10  # 简化系数
    
    # 计算等效应力 (Von Mises)
    equivalent_stress = (axial_stress**2 + hoop_stress**2)**0.5
    
    # 安全系数
    safety_factor = grade_strength.get(casing_grade, 552) / equivalent_stress
    
    return safety_factor

# 示例：N80钢级，20kg/m，下深3000m，内压30MPa
sf = casing_strength_check('N80', 20, 3000, 30)
print(f"安全系数: {sf:.2f}")
if sf < 1.25:
    print("警告：安全系数不足，需重新设计！")

3. 下放过程遇阻问题

问题描述：下放过程中悬重下降、遇阻、无法下至设计深度。

原因分析：

• 井眼不规则、存在键槽、大肚子
• 井壁坍塌、砂桥形成
• 套管串结构复杂，外径变化大
• 井眼曲率过大

解决方案：

1. 活动套管：上下活动2-3m，幅度不超过套管抗拉载荷的80%
2. 循环泥浆：小排量循环，携带岩屑，破坏砂桥
3. 划眼作业：必要时使用钻头或扩眼器进行划眼
4. 调整套管串：减少扶正器数量或减小扶正器外径

预防措施：

• 下套管前进行井眼模拟，评估通过性
• 优化套管串设计，减少外径变化
• 控制井眼曲率，避免狗腿度过大

4. 固井质量问题

问题描述：水泥环窜槽、水泥返高不足、替空、替浆过量。

原因分析：

• 套管居中度不足
• 泥浆性能差，顶替效率低
• 水泥浆性能不符合设计
• 替浆量计算错误或流量计不准

解决方案：

1. 提高居中度：增加扶正器数量，优化布置
2. 优化泥浆性能：降低粘度、切力，提高流动性
3. 优化水泥浆：加入分散剂、降失水剂，优化流变性能
4. 精确计量：使用高质量流量计，校准替浆量

预防措施：

• 进行固井模拟设计，优化施工参数
• 使用高质量的固井工具和添加剂
• 严格计量和监控替浆过程

5. 井口安装问题

问题描述：井口安装困难、套管头密封泄漏、套管头偏斜。

原因分析：

• 套管头安装窗口不规则
• 套管头与套管螺纹不匹配
• 安装扭矩不足或过大
• 井口基础不平

解决方案：

1. 修整套管头：使用气割或砂轮修整套管头窗口
2. 调整螺纹：使用转换接头或特殊工具
3. 精确安装：使用扭矩扳手，确保扭矩达标
4. 找平井口：使用水平仪找平，必要时垫片调整

预防措施：

• 下套管前精确测量套管头位置
• 选择匹配的套管头和套管
• 井口基础施工时确保水平度

不同尺寸套管特殊问题对比

问题类型	大尺寸套管	中等尺寸套管	小尺寸套管
遇阻概率	高（井眼质量影响大）	中等	较低
扭矩控制	要求高（扭矩大）	要求较高	要求精确（扭矩小）
灌浆频率	高（每3-5根）	中等（每5-8根）	低（每8-10根）
固井难度	高（环空容积大）	中等	高（环空小，摩阻大）
常见问题	井眼准备不足、遇阻	悬挂器故障、窜槽	小环空堵塞、螺纹泄漏

安全注意事项

1. 人员安全

• 所有操作人员必须穿戴符合标准的劳保用品
• 高空作业必须系安全带
• 严禁在吊卡、卡瓦下方站人
• 使用扭矩扳手时，注意反扭矩伤人

2. 设备安全

• 严格检查吊卡、卡瓦、大钩等承重设备
• 确保所有管线、阀门试压合格
• 泵压系统必须安装安全阀
• 电气设备必须防爆

3. 井控安全

• 下套管期间必须有专人坐岗观察液面
• 准备好井控装备和重泥浆
• 发现溢流立即关井
• 固井期间密切监控井口压力

结论

下套管作业是钻井工程中的关键作业，不同尺寸套管的操作要点和常见问题各有特点：

• 大尺寸套管：重点在于井眼准备和遇阻处理
• 中等尺寸套管：重点在于悬挂器操作和固井质量
• 小尺寸套管：重点在于螺纹密封和小环空固井

通过本文的详细解析，希望现场工程师能够：

1. 掌握不同尺寸套管的操作要点
2. 识别和预防常见问题
3. 提高作业成功率和井身质量
4. 确保作业安全

在实际作业中，应结合具体井况、设备条件和地质特点，灵活调整操作方案，确保下套管作业安全、优质、高效完成。