弓形弹簧套管扶正器.pdf

i c s 7 5 . 1 8 0 . 1 0 e 92 备寨号 :4 0 4 5 - 1 9 9 9 sy 中华人民共和国石油天然气行业标准 s y/ i 5 0 2 4 - 1 9 9 9 弓形弹簧套管扶正器 b o w一 s p r i n g c a s i n g c e n t r a l i z e r s 1 9 9 9 一 0 8 一0 9发布 2 0 0 0 一0 4 一 0 1 实施 国家石油和化学工业局 发 布 s y理 5 0 2 4 -1 9 9 9 目次 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . w a p i 前言、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 v 1 范围 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 1 2 引用标准 。 。 ， ， 一 1 3 定义 4 ， 。 ， ， 。 ， ， 。 ， 。 4 4 。 ， ， ， 1 4 要求 ， 1 ， ， 1 ， ， ，4 ， ， 、 ， ， ， 1 ， ， ， 4 二 2 5 试验设备 。 。 。 。 3 b 起动力和下放力试验程序 ， ， ， ， ， ， ， * ， ， ， 一 4 7 复位力试验 。 5 8 标记 。 。 。 5 9 在斜直井和狗腿井中估算所需复位力的推荐作法 、 ， ， ， ， ， ， 二 二5 附 录a( 标 准 的 附 录 ) 其 他 资 料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 附录b( 标准的附录)止动环试验程序的推荐作法 ， ， 1 7 附录c( 提示的附录)英制单位与国际单位的换算 ， 价 2 0 s y/ t 5 0 2 4 - 1 9 9 9 前言 本标准是根据a p i s p e c i o d( 弓形弹 簧套管扶正器规范)( 1 9 9 5 年第5 版)对s y 5 0 2 4 -9 3 套 管扶正器进行修订的， 本标准在技术内 容和编写规则上均与a p i s p e c 1 0 d等同。 a p i s p e c i o d第5 版 是在a p i s p e c i o d ( 1 9 9 1 年)第4 版和i s o 1 0 4 2 7 ; 1 9 9 3 的 基础上进行 修订 后的最新版本。 属于 i s c ) 版本内容中的黑斜体字及a p i 增加的内容采用注释或阴影部分，修订后未作任何标记。 由 于本标准是等同采用a p i s p e c 1 0 d ，因此修订后的标准与s y 5 0 2 4 -9 3 之间存在以下不同之 处: 1 . 增加了部分术语; 2 . 增加了在特殊工况下使用扶正器的推荐作法; 3 . 增加了止动环的试验程序; 4 . 增加了国际单位与英制单位的换算关系，去掉了 s y 5 0 2 4 -9 3中的型式与代号、井眼尺寸、 技术要求和检验规则等内容。 本标准从生效之 日 起，同时代替 s y 5 0 2 4 -9 3 0 本标准的附录a、附录b都是标准的附录。 本标准的附录c为提示的附录。 本标准由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位:江汉石油管理局第四石油机械厂。 本标准主要起草人胡桂全李莉 s y/ p 5 0 2 4 -1 9 9 9 a p i 前言1 ) a p i s p e c 1 0 d为i s o 1 0 4 2 7 : 1 9 9 3 的 基础 版本。本标准由a p i 和i s o两 个完整的版本 组成。 a p i 版本与 i s ( 版本之间存在如下不同之处: - i s o 1 0 4 2 7 : 1 9 9 3 没有政策性说明和前言。 文本中阴影部分不属 i s o 1 0 4 2 7 : 1 9 9 3中的内容。 附录b不属 i s o 1 0 4 2 7 : 1 9 9 3的内容。 附录c不属a p i s p e c 1 0 d的内容。 属于 i s ( ) 版本中才有的术语在本文中用黑斜体字表示，此处延伸为采用注释的方法在章条下面 作出标记。属于 a p i 版本才有的术语在本标准中则是采用在章条下面作出注释或用阴影的方法加以 表示。此次出版的标准文本中的短横线标记部分有别于以前的a p i 版本。 本标准在封面打印的日 期内均为有效，但从标准获得之日起可自愿使用。 1 ) is o 1 0 4 2 7 : 1 9 9 3 无此部分 内容 。 中华人民共和国石油天然气行业标准 弓形弹簧套管扶正器 b o w一s p r i n g c a s i n g c e n t r a l i z e r s s y/ r 5 0 2 4 - 1 9 9 9 代替s y 5 0 2 4 -9 3 1 范围 本标准主要是对弓形弹簧套管扶正器的最低性能参数、试验程序和标记方法提出要求。这些要求 是有限的，但足以满足现场注水泥作业的需要。 本标准中所包含的弓形弹簧扶正器的性能参数是在规定的试验程序下获得的。该试验方法适用 于 : a )检查校核制造厂的设计、材料和工艺规范; b )定期检查保证产品性能参数的一致性。 本标准不适用于刚性或坚固式扶正器。本标准还包括试验设备及标记要求。此外，还提供了根据 扶正器的性能参数和偏离间隙计算在斜直井和狗腿井中扶正器间距的方法。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本 均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 s y/ t 6 1 9 4 -1 9 9 6 套管和油管 3定义 本标准采用下列定义。 3 . 1 套管完全居中的环空间隙 井眼直径减去套管外径后除以二。 3 . 2 扶正器的永久变形 指扶正器的弓形弹簧片被反复挠曲后，其弓形高度的变化。本标准规定扶正器被反复挠曲1 2 次 后，即认为已达到永久变形。 3 . 3 挠度或下垂度 被支撑于两点之间的套管势必会在支撑点之间产生下垂 ，这种下垂被称作套管的下垂度或套管的 挠度。位于挠度最大点处被称作下垂点 ( 见图4 ) 0 3 . 4 狗腿严重度 井斜的变化率， 用每3 0 . 5 m ( 1 0 0 f t )偏斜的度数来表示 见9 . 1 2 的 式 ( 3 1 ) 0 3. 5挠曲 用规定的三倍最小复位力 ( 士 5 %)对弓形弹簧片施力后，则认为该弓形弹簧片被挠曲。 3 . 6 夹持装置 将止动环或扶正器固定在套管上的装置。夹持装置包括螺钉、棘爪、机械夹及环氧树脂等。 3 . 7 夹持力 使止动环在套管上产生滑移所需的最大力。 3 . 8 井眼尺寸 国家石油和化学工业局 1 999 一0 8 一0 9批准2 0 0 0一0 4一0 1实施 s y/ t 5 0 2 4 - 1 9 9 9 井眼直径。 3 . ， 限位夹 即止动环。 3 . 1 0 复位力 施加于套管上的扶正器使套管离开井壁的力。 3 . n刚性扶正器 扶正器的弓片不能被挠曲，且其直径为一个恒定值 ( 见坚固式扶正器) 。 3 . 1 2 下放力 扶正器在套管上移动所需的最大力。 注:起动力、复位力和下放力的数值可随安装方法而发生变化。 3 . 1 3 滑动力范围 克服夹持力后，继续移动止动环所需力的范围。 3 . 1 4 坚固式扶正器 带有不能被挠曲的肋条和肋板的整体式扶正器，这些扶正器有坚固的骨架和坚固的叶片，其叶片 的外径为一个恒定值 ( 见刚性扶正器) 。 3 . 1 5 偏离间隙 井眼直径与套管外径间的最小距离。 3 . 1 6 偏离间隙比 偏离间隙与环空间隙的比值，用百分比表示 计算实例见附录 a ( 标准的附录)的 a 2 1 . 3 . 1 7 起动力 使扶正器进人套管所需的最大力。 3. 1 8止动环 安放在套管上防止套管扶正器移动的装置。该装置既可单独作为一个部件，也可和扶正器组合成 一个部件。 4 要求 4 . 1 扶正器的作用 套管扶正器的作用是可使套管易于下到预定井深，并促使套管在井眼内居中。扶正器可用不同型 式、形状和不同数量的弓形弹簧片构成。 4 . 2 起动力 最大起动力应小于 1 2 . 1 9 m ( 4 0 f t )长中等壁厚套管的重力 ( 见表 1 ) 0最大起动力的测定应用新 组装好的扶正器进行。 4 . 3 复位力 达到偏离间隙比为 6 7 %时所要求的扶正器的最小复位力应不小于表 1 中所规定的数值。确定和 计算最小复位力的方法见附录a ( 标准的附录) 。 4 . 4 测试频率 4 . 4 . 1 至少用 6 个新组装好的扶正器进行必要的测试，用于验证和校核其设计和工艺的可靠性、合 理性。所有被测试的扶正器性能参数必须符合表 1 中的规定。 4 . 4 . 2 为了证实产品性能参数的 一 致性，对按本标准生产的每种规格的扶正器，其产量每年超过 5 0 0个的，至少每年测试一次。如被测试的扶正器不符合表 1 中的性能参数要求，则必须对存在问题 的该种规格的扶正器采取改正措施并作记录 s yp y 5 0 2 4 - 1 9 9 9 表 1 套管扶正器规范 1 2 3 4 套 管 规 格中 等 壁 厚 套 管“ 离 igl m 糯7 96i d 4t j1 时 ”最 大 起 动 力 a i m in k g / . i b / f c n i b f n i b f 8 9 3 * 1 4 . 8 9 . 9 1 1 7 6 1 3 9 6 17 6 1 3 9 6 1 0 2 4 . 1 6 . 9 1 1 . 3 4 20 1 9 4 5 4 20 1 9 4 5 4 1 1 4 4 万1 7 . 3 1 1 . 6 20 6 4 4 6 4 20 6 4 4 6 4 1 2 7 5 1 9 . 4 1 3 . 0 2 3 1 3 5 2 0 2 3 1 3 5 2 0 1 4 0 5 坏2 3 . 1 1 5 . 5 2 7 5 8 6 2 0 2 7 5 8 6 2 0 1 6 8 6 y. 3 5 . 7 2 4 . 0 4 2 7 0 9 6 0 4 2 7 0 9 6 0 1 7 8 7 3 8 . 7 2 6 . 0 4 6 2 6 1 0 4 0 4 6 2 6 1 0 4 0 1 9 4 7 ys 3 9 . 3 2 6 . 4 4 6 9 7 1 0 5 6 4 6 9 7 1 0 5 6 2 1 9 8 % 5 3 . 6 3 6 . 0 6 4 0 5 1 4 4 0 64 0 5 1 4 4 0 2 4 4 9 y$ 5 9 . 6 4 0 . 0 71 1 7 1 6 0 0 71 1 7 1 6 0 0 2 7 3 1 0 / , 7 6 . 0 5 1 . 0 4 5 3 7 1 0 2 0 9 0 7 4 2 0 4 0 2 9 8 1 1 y 4 8 0 . 4 5 4 . 0 48 0 4 1 0 8 0 96 0 8 2 1 6 0 3 4 0 1 3 / a 9 0 . 8 6 1 . 0 5 4 2 7 1 2 2 0 1 0 8 5 3 2 4 4 0 4 0 6 1 6 9 6 . 8 6 5 . 0 5 7 8 3 1 3 0 0 1 1 5 6 5 2 6 0 0 4 7 3 1 8 yb 1 3 0 . 3 8 7 . 5 7 7 8 4 1 7 5 0 1 5 5 6 9 3 5 0 0 5 0 8 2 0 1 4 0 . 0 9 4 . 0 8 3 6 3 1 8 8 0 1 6 7 2 5 3 7 6 0 注:弓形弹簧扶正器的起动力和复位力规范是根据每个制造厂家推荐的扶正器安装方法和在套管上使用凸块 的方法试验而获得的。如果试验时扶正器被安装在套管接箍、止动环之上或带有整体式止动环，实际获 得的结果则与标准上规定的试验方法所获得的结果不同。注意在试验时，报告中应注明如何安装扶正器 和所使用夹持装置的型式。假如扶正器是按不同于本标准规定的方法试验，则认为不是规范试验，试验 结果可能符合，也可能不符合表 1中的数据。 资衬管尺寸和平头管规格的质量 5 试验设备 5 . 1 试验台 试验台应能施加垂直载荷且能测量加载量和垂直位移量。常用设备实例见图1 和图2 0 5 . 2 测试仪器 位移尺:试验台应安装读数等于或小于1 . 6 m m ( 1 / 1 6 i n )刻度的位移尺。 5 . 3 测试精度 5 . 3 . 1 载荷测量:测量精度应在被测值的 5 %以内。 5 . 3 . 2 位移量:测量范围内的精度应在0 . 8 mm ( 1 / 3 2 i n )以内。 5 . 3 . 3 所有的测试设备每年必须标定一次。 5 . 4 测试用管子 5 . 4 . 1 内管 ( 图 1 和图2中的 a ) :内管的长度应大于扶正器在挠曲状态下的长度和外管 b的长度。 内管a的外径应在 s y/ 1 6 1 9 4中不加厚管的尺寸公差范围内。应去除表面的毛刺和类似的缺陷。 未被扶正器搜盖的内管a的端部表面和其他的测试元件不受上述规定的限制。 5 . 4 . 2 外管 ( 图 1 和图2中的 b ) :外管的长度应大于扶正器弓形弹簧片在挠曲状态下的长度。外管 一3 一 s y/ t 5 0 2 4 - 1 9 9 9 内径 应为被设计的扶正器所对应的井眼直径尺寸。 公差应在+ 3 . 2 一一 0 . 8 m m ( + 1 / 18 一一 1 / 3 2 in ) 之 内。应去除表面的毛刺和类似的缺陷。用于测试起动力的外管上端，可在内孔处倒最大为4 5 0 的角 度， 倒角的最大直径不大于管子内径的3 . 2 m m ( 1 / 8 i n ) o 在测试复位力时，未被扶正器所覆盖的外管的末端 ( 不是测试起动力所用的上端)不受上述限 制。 图 1 套管扶正器起动力试验设备示例 图2 套管扶正器复位力试验设备示例 6 起动力和下放力试验程序 6 . 1 起动力试验 6 . 1 . 1 将一个新组装好的扶正器按图 1 所示，安装在内管 a的四个均匀分布的凸块c上，且每个凸 块在内管外表面上的高度不大于 6 . 4 mm ( 1 / 4 in ) a 注:在现场将扶正器安装在套管上有很多不同的方法。因此对于所有类型的夹持装置而言，与用本程序试验 获得的结果起动力和复位力的数值将不会相同。 6 . 1 . 2 试验总成的垂直偏差应在 5 。 以内。 6 . 1 . 3 在进行试验前， 对接触表面应涂以 石油 基润 滑脂。推荐采用a p i 改进型润滑脂，也可使用其 他润滑脂。 6 . 1 . 4 将扶正器放置在外管 b的边缘，对内管 a施加载荷，拉动扶正器进人外管b o 6 . 1 . 5 从开始施加载荷到扶正器完全进人外管b ，应连续记录加载量。 6 . 1 . 起动力等于使内 管a进人外管b 所需的 最大力 ( 包括内 管a及附件的重力) 。 6 . 2 下放力试验 6 . 2 . 1 此项试验不需要符合最大值，但仍需进行该项试验且记录试验结果。 6 . 2 . 2 下放力试验可以和起动力试验同时进行，或者分别进行。 6 . 2 . 3 从扶正器进到外管 b后起，记录加载量。 6 . 2 . 4 下放力等于使内 管a在 外管b内 滑动所需的 最大力， 并以 此力读数趋于稳定时 为准 ( 包括内 管a和附件的重力) 。 s y/ i 5 0 2 4 - 1 9 9 9 7 复 位力 试验 7 . 1 进行该项试验时，内管a和外管 b的水平偏差应在5 0 以内 ( 见图2 ) 0 7 . 2 外力应施加于外管b上，以便力通过管子垂直传递到与之相接触的扶正器上 ( 见图2 ) 0 7 . 3 在收集试验受力数据之前，应将所有的弓形弹簧片挠曲 1 2次。 7 . 4 施加载荷并记录载荷一挠度读数，按最小的挠度变化率每增加 1 . 6 mm ( 1 / 1 6 i n )记录一次，直 到获得三倍最小复位力 ( 见表 1 )( 士 5 9 6 )时为止。对每一个试验位置均要测定其获得6 7 %偏离间隙 比时的行程距离。 7 . 5 重复上述试验过程，直到扶正器的每根弹簧和每组弹簧均按图 3 所示的位置 工和位置ii试验完 为止。 7 . 6 计算每一次挠度的总加载量，计算时应加上外管及附件的重力。 7 . 7 根据挠度及相应挠度下的加载量的算术平均值作出载荷一挠度曲线，从该曲线找出6 7 %偏离间 隙比 处时的 复位力 见附录a( 标准的附 录) 。 位置i x x位 置 1 1 图3 套管扶正器的测试位置 8标记 8 . 1 符合本标准的 套管扶正器，应由 制造厂按以 下规定作出 标记。 对制造商和买方要求的附加标记不作限制。标记应采用打钢印或模板涂漆的方法制作。标记应标 注在接箍上或弓形弹簧片上。 8 . 2 标记顺序: a )扶正器规格:扶正器规格应标记为安装扶正器的套管外径尺寸; b )井眼尺寸:应标记按本标准试验的井眼尺寸; c ) 发运组装好的扶正器， 其尺寸 规格可 标注在一个弓形弹簧片或接箍上。发运拆散的扶正器或 分开发运的弓形弹簧片和接箍，则应在发运清单上分别注明各零部件符合本标准的标识符号; d )标记实例:一个 1 4 0 mm ( 5 v 2 i n )的扶正器用于符合标准的2 0 0 mm ( 7 y 8 i n )的井眼中，应标 记如下 : 1 4 0 mmx 2 0 0 mm ( 5 % i n x 7 %i n ) ， 在斜直井和狗腿井中估算所籍复位力的推荐作法 总则 本作法作为用户在使用套管扶正器时的导则。本作法仅被看作是一种推荐作法，无 意替代用 一5一 s y邝5 0 2 4 - 1 9 9 9 户的专用计算程序或喜好的方法。所列出的公式是基于一定的假设并考虑通常使用过程中应满足的准 确度。除本资料而外，常有更多根据全部井眼数据而形成的专用计算方法可用。 本标准既不推荐也不要求套管扶正器非要具有专用的偏离间隙比。本标准使用 6 7 %的偏离间隙 比是为了性能要求而确定的最低标准值。6 7 %偏离间隙比仅被用于弓形弹簧类型的扶正器以及每种规 格的扶正器在那种偏离间隙比下所涉及到的最小力。6 7 %偏离间隙比不代表那些在套管上获得成功的 扶正器所要求容许的最小偏离间隙。本标准鼓励用户根据个别井要求的特殊工况和合理的工程意见采 用所需要的偏离间隙比。 9 . 1 . 1 第9 章 是一 个推 荐作法而不是一 个规范。本章的主要作用是提供基础资料，用以估算套管扶 正器预期将要承受的侧向载荷。这些公式是基于一定的假设，且被认为对确定工程数据已足够准确。 9 . 1 . 3 对于 悬挂在井下的 套管柱来 说，即 使一个较小的狗腿 ( 井斜角变化) ， 也会大大 影响扶正器的 复位力要求。为了抵消这些非常大的力，位于中间套管柱和生产套管柱上的扶正器必须产生一个与之 相适应的较大力。 9 . 1 . 4 扶正器的 侧向载荷 ( 力)由两部 分组成。第一部分是扶正器支撑的套管柱重力的分力， 第二 部分是由悬挂于扶正器下面的套管柱所产生的拉力的分力。 9 . 1 . 5 表2 和表3 包括两 组不同的井况数据: 九种规格和质量的套管所产生的重力分力、拉力分力 及合成的侧向总载荷。 表 2 特定井况a的扶正器载荷 悬挂于扶正器下的套管长度:1 8 8 9 . 7 6 - ( 6 2 0 0 f t ) 扶正器间距:1 0 .0 5 . ( 3 3 f t ) 井斜角:3 1 . 5 0 狗腿:2 . 5 0 1 3 0 . 5 - ( 2 . 5 0 / 1 0 0 f t ) 一6 一 s y/ f 5 0 2 4 -1 9 9 9 表 3 特定井况b的扶正器载荷 悬挂于扶正器下的套管长度:2 7 9 . 2 0 m ( 9 1 6 f2 ) 扶正器间距:1 3 . 7 2 m ( 4 5 ft ) 井斜角: 2 5 0 狗腿:2 0 / 3 0 . 5 m ( 2 0 / 1 0 0 f t ) 1 2 3 4 5 6 套管规格套管重力拉力 t ; _ ;重力分力拉力分力侧向载荷 mm i n n/ m ib / f t n ib f n lb f n ib f n l b f 1 1 4 4 y/ 1 6 9 . 3 1 1 . 6 4 7 2 6 9 1 0 6 2 6 9 8 2 2 2 1 7 7 5 1 7 4 1 7 5 7 3 9 5 1 2 7 5 1 8 9 . 7 1 3 . 0 5 2 9 6 4 1 1 9 0 8 1 1 0 0 2 4 7 8 6 9 1 9 5 1 9 6 9 4 4 2 1 4 0 5 好2 2 6 . 2 1 5 . 5 6 3 1 5 5 1 4 1 9 8 1 3 1 2 2 9 5 1 0 3 6 2 3 3 2 3 4 8 5 2 8 1 5 2 6 2 9 1 . 9 2 0 . 0 8 1 4 9 8 1 8 3 2 0 1 6 9 3 3 8 0 1 3 3 7 3 0 0 3 0 3 0 6 8 0 1 6 8 6 % 3 5 0 . 3 2 4 . 0 9 7 8 0 4 2 1 9 8 4 20 3 1 4 5 6 1 6 0 5 3 6 1 3 6 3 6 8 1 7 1 7 8 7 3 7 9 . 5 2 6 . 0 1 0 5 9 5 6 2 3 8 1 6 22 0 0 4 9 4 1 7 3 8 3 9 1 3 9 3 8 8 8 5 1 9 4 7 ys 3 8 5 . 3 2 6 . 4 1 0 7 5 7 6 2 4 1 8 2 2 2 3 4 5 0 2 1 7 6 5 3 9 7 3 9 9 9 8 9 9 2 1 9 8 ys 5 2 5 . 4 3 6 . 0 1 4 6 6 9 2 3 2 9 7 6 3 0 4 6 6 8 5 2 4 0 7 5 4 1 5 4 5 3 1 2 2 6 2 4 4 9 y. t 5 8 3 . 8 4 0 . 0 1 6 2 9 9 7 3 6 6 4 0 3 3 8 5 7 6 1 2 6 7 4 6 0 1 6 0 5 9 1 3 6 2 注 1 拉力t- 1 二 每米套管重力x 悬挂于扶正器下的套管长度 ( 第3 列) ; 重力分力二讯 l s i n o( 第 4 列) ; 拉力分力=2 t ; s in ; =2 ( t ; 一 i +wq l ; o , ) s in ; ( 第5 列); 侧向载荷=重力分力加上拉力分力 ( 第 6 列) ; 2 表 3 所列的数值确定为近似值，允许作为后面计算时使用，但并不意味着比工程数据更精确的任何值都要 用于最终实际应用之中 示例:悬挂于扶正器下的2 4 4 ( 9 y8i n )套管，长2 7 9 . 2 0 - ( 9 1 6 f 2 ) ，井斜角2 5 0 ，扶正器间距为 1 3 .7 2 m ( 4 5 # t ) ，狗腿为2 0 / 3 0 . 5 . ( 2 0 / 1 0 0 f t ) : 界一 t =5 8 3.8x2 7 9 . 2 0=1 6 2 9 9 7 n ( 3 6 6 4 0 16 f ) ; 重力分力=5 8 3 . 8 xl 3 . 7 2 x0 . 4 2 2 6 =3 3 8 5 n ( 7 6 1 1 6 f ) ; 拉力分力=2 x 1 6 2 9 9 7 + 5 8 3 . 8 x 1 3 . 7 2 x 0 . 9 0 6 3 x 0 . 0 0 7 8 5 = 2 6 7 4 ( 6 0 1 1b # ) ; 侧向载荷=3 3 8 5 +2 6 7 4 =6 0 5 9 ( 3 6 2 1 6 f ) 9 . 2 偏离间 隙比 计算实例 一个1 7 8 mm ( 7 in )的扶正器下人2 1 6 mm ( 8 t/ z in )的井眼中， 这就意味着将要保持的偏离间隙 为1 2 . 7 mm ( 0 . 5 i n ) ， 偏离间隙比 按下面的方法计算: 套管完全居中的环空间隙 =( 2 1 6一1 7 8 ) / 2 = 1 9 ( mm ) 偏离间隙比 = 1 2. 7 1 9 x 1 0 0 9 6=6 7 0 6 9 . 2 . 1 用于坚固扶正器或刚性扶正器的偏离间隙比 扶正器的偏离间隙: w =r。 一r, 偏离间隙百分比 w 一re 一r, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) x 1 0 0 9 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 ) s yi 1 5 0 2 4 - 1 9 9 9 式中: r b井眼或上一层 套管的内半径尺寸， m m ( in ) ; r p套 管 的 外 半 径， n u n ( i n ) ; r c 坚固式或刚性扶正器叶片的半 径尺寸， n u n ( in ) ; w套管与井眼之间的偏离间隙，mm ( i n ) . 扶正器之间的偏离间隙应考虑套管的挠度 ( 见图4 ) : ws =r 。 一rp 一d 偏离间隙百分比 式中: r b 井眼或上一层套管的内 半径尺寸， ws rb 一r, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 ) x 1 0 0 9 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 ) mm ( i n ) ; r p套 管 的 外 半 径 尺 寸， n m i ( i n ) ; r , 坚固式或刚 性扶 正器叶片的半 径尺寸， m m ( in ) ; d 位于扶正器之间的套管的挠度 ( 无论该值为正或负) ， m m ( in ) ; ws 由 于套管的挠度或弯曲 而形成的套管与井壁之间的 偏离间隙， m m ( i n ) . 9 . 2 . 2 论述 对于坚固式或刚性扶正器，在扶正器偏离间隙计算中起直接作用的是扶正器的外径和井眼的直 径，不存在坚固式或刚性扶正器的叶片的挠度问题。因此，坚固式或刚性扶正器没有相应的起动力、 下放力和复位力规范。通过定义应知，坚固式或刚性扶正器不能获得百分之百的偏离间隙比。 图4 井眼中偏离间隙的计算 9 . 3 套管的浮重 套管的浮重是套管在井眼中的有效重力，需考虑井眼中液体的密度和套管在空气中的重力。下面 是常规下提供不同的内外液体获得浮重的处理方法。 s y p i 5 0 2 4 - 1 9 9 9 9 . 3 . 1 常用公式 一 wf=仁 一 瓮 - o z -p , 一 l p . 卜 id 2 o 式中:w c - - 浮 力系数; i d 套管的内径，mm ( i n ) ; o d套管的外径，m m ( i n ) ; p + 套管内 液体的 密度， 掩/ m 3 ( l b / g a l ) ; p . 套管外液体的密度， k g / m 3 ( l b / g a l ) ; p 套 管 材 料 在 空 气中 的 密 度， k g / m 3 ( lb / g a l ) . 用于钢质套管的简化公式: w ,、 一 w z + 7 .8 5 1 0 - 7 9 . 8 x ( id 2 x p ;) 一 ( o d s x * 。 ) . . . . ( 6 ) w ,、 一 w , + 0 .0 4 0 8 u d x p ;) 一 ( o d 2 “ p o 川 式 中 : w ,一 套 管 的 浮 重 ， n / m ( 16 / ft ) ; w , - 套 管 在 空 气中 的 重 力， n / m ( l b / f t ) . 9 . 3 . 2 论述 在注水泥作业过程中，套管的浮重将有所变化。当套管及环形空间内的液体密度发生变化时，套 管的浮重也将发生变化。套管内的液体密度越高，与之有关的浮重就趋于最大，反之，当环空间隙内 液体密度越高，浮重就越小。为了确定扶正器间距，在计算浮重时则必须同时考虑套管内和环形空间 内的液体密度。扶正器间距大小，取决于当时注水泥作业中的液体密度的选择。扶正器间距在整个注 水泥作业中会发生变化，用户应注意的是，当注水泥作业中要求扶正器的偏离间隙比符合需要时，在 计算中应使用合适的浮力系数。 9 . 3 . 3 浮重计算实例 套管规格 =1 7 7 . s m m, 5 1 0 . 8 n / m( 7 i n , 3 5 1 6 / f t ) 泥浆密度 =1 6 1 8 . 6 5 k g / m 3 ( 1 3 . 5 1 6 / g a l ) 水泥浆密度 =1 8 7 0 . 4 4 k g / m 3 ( 1 5 . 6 l b / g a l ) 套管和环形空间内均为泥浆时的浮重: w ,。 一 5 1 0 .8 + 7 . 8 5 “ 1 0 - 7 x 9 .8 x ( 1 5 2 . 5 2 x 1 6 1 8 .6 5 ) 一 ( 1 7 7 .8 2 “ 1 6 1 8 .6 5 ) = 4 0 6 . 7 n/ m( 2 7 . 8 7 1 b / f t ) 套管内为水泥浆、环形空间内为泥浆时的浮重: w ,。 一 5 1 0 .8 + 7 .8 5 “ 1 0 - 7 x 9 .8 x ( 1 5 2 . 5 2 x 1 8 7 0 .4 4 ) 一 ( 1 7 7 .8 2 x 1 6 1 8 .6 5 ) =4 5 1 . 8 n/ m( 3 0 . 9 5 1 6 / f t ) 环形空间内为水泥浆、套管内为泥浆时的浮重: w ,f = 5 1 0 . 8 + 7 .8 5 x 1 0 - 7 x _9 .8 x ( 1 5 2 . 5 2 x 1 6 1 8 .6 5 ) 一 ( 1 7 7 . 8 2 x 1 8 7 0 .4 4 ) =3 4 5 . 5 n/ m( 2 3 . 6 7 1 6 / f t ) 9 . 4 扶正器间距 计算 注意:该公式仅在套管柱存在轴向拉力时才有效，在轴向受压缩时不能用。该公式不考虑末端效 应，例如在套管鞋、安装井口装置或在尾管悬挂器上产生的轴向拉力等。该公式仅在计算两个相同的 扶正器之间的挠度时才有效。 一9一 s y/ t 5 0 2 4 -1 9 9 9 在一个没有狗腿的 斜井中， 套管上 仅有 极小的 拉力或 压力， 两个扶正器之间中 点上的挠度可用下 面的公式求出: s =f ( w es in o ) l 4 l 3 8 4 x 1 0 e1 r ( w. s in b ) l 4 1 ， 。 i d = 一 ， 二 六 二 二 丁 - - - lj 巧斗 七 1 j 9 . 5 9 . 6 给出的公式将产生拉力可能为零的情况 ( 如套管鞋处) ， 在一维具有轴向拉力、斜直井中的套管挠度 二 ， ， . . . . . . . . . . . ( 7 ) 上述公式允许加人拉力分力而被改变。 。 一 ( w esi. b )l 4 _2 4 u 238 4 x 10 3e i u “ 2 - 。 一 ( w esi. b )l 438 4 e i 杀 : 2 u 2 - u m s 卜 双 一 “ s i n h u u c o s h “一“ s i n h u 一丫 (、 二t l 2 1v 14 x 10 3e l 一 v l 4 e i 1 ， ” ” ” “ ， ， 二 . ， ( 9 ) t=t ， 一( p ;a 一p w 1 o ) ， 。 ， ， . . . . . . . . . . . . . ( 1 0 ) 该公式可被用于确定在没有狗腿严重度的斜井中套管的最大挠度。 在二维降斜井中的套管挠度 ( 见图 5 ) t _ w ,l 翁 图 5 在二维降斜井眼中的套管扇形的典型示例 二 ， ，. 二t、 二 i_ 、 _ _ 。队 v v , s m o 十 .n ) 石 l 4 i u u c o s n “ 一 u ， 、 。 0 =i八曰玉 i 一 下了 一 i. 门 . ”， 门 ， ， . l 11) 1二 二 几1 只玩 石 二 一 一 !lu . i 乙s m nu 1 l 3 84 x 1 u 一 七 1 ! ) 花f号中的公式适用于 使用英制单位 后同 1 0 一 s y/ *t 5 0 2 4 - 1 9 9 9 . 、 r ( w es in o + t ) l 0i .f 2 4 1 f u 2 t o =i一k i i - i i一 l es eses es es 下下 二兀二 不 es es es eses iluj 乙 ja q 11) u c o s hu一u s i n h u 或 uc o s hu一u s i n hu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 2 ) : 一 _n o3 84 x 103e 1 u0 22 !。 一 【3 84 e 7 2 4 u 22 - u c o s hu 一 u s i n h u 一 n=w , l s in o + 2 t s in 粤 一乙 9 . 7 在二维增斜井中的套管挠度 ( 见图5 ) s = ( w esin6 -1 r ) 1 -4 l 4j l 20384 x 10 ei u- ( w esino - r )l 0 r 24 1 r u2384e i u4 2 - uc o s h u一u s i n h u i s= u c o s hu 一 u s i n hu f n l 3 1 f 2 4 1 f u 2 u c o s h “一u 1 0 =* 二 一二 一 万 二 _ 1 1 -一 i l 3 石4 x i u “ p . 1 j l u- j l 乙s l n nu j 。 一 38 4 e i j l u 4 j l 22 一 “ h u s in h u n= w .l s in o 一 2 t s in 粤 一艺 注 意 二 维 井 眼 公 式 的 变 化 仅 取 决 于 井 眼 是 增 斜 或 降 斜 ， 假 如 增 斜 则 减 去: t sin 粤， 反 之 则 加 上 2 t s in 普 。 9 . 8 在三维井中的套管挠度 ( 见图6 ) n 一w ql co s y 十 2 t s in 普 二 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 7 ) c o s y s i n g f 0 : 一o , 1.， ， = 0 0 s 一 下 二 一 一 i s in k u ,一 d?). “ . . . . . . . . . . . . . 1 1 ri 1 . u plj一 n, = w“ lc o s y m m s y m = s in o i s i n o z s i n ( $ z 一0 1 ) s i n 月 二 ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 9 ) ( 加) ; 一 丽黯面 2 4 u 238 4 x 1 03e i u 0 , 2 一 ， o o s h u s i n hu . . . . . . . ( 2 1 ) f nl 3 1 f 2 41 f u 2 ， 。二l 3 8 4 e i i l u 0 j l 2一 u c o s h u一u s in h 祝 1 1 s y汀 5 0 2 4 - 1 9 9 9 图6 在三维井眼中的套管扇形 一 n一, i n ; + n 若 当没 有方位角变化时， 丸 =价 : =价， 上述公式则还原成为二维井眼的公式。 式中: e 弹性模量， g p a ( l b / m 2 ) ; i 套管的 惯