長圓LC，短圓SC，偏梯BC以及其他特殊扣型（如VAM TOP，NEW VAM， NK3SB，PH6等等）
Detailed specification of oil casing pipe，including dimension, outer diameter,wall thickness, steel grand, thread type,standard and amount.
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石油油套管執行API SPEC 5CT-2011《油管和套管規范》。
石油套管是用于支撐油、氣井井壁的鋼管，以保證鉆井過程進行和完井后整個油井的正常運行。每一口井根據不同的鉆井深度和地質情況，要使用幾層套管。套管下井后要采用水泥固井，它與油管、鉆桿不同，不可以重復使用，屬于一次性消耗材料。所以，套管的消耗量占全部油井管的70%以上。套管按使用情況可分為：導管、表層套管、技術套管和油層套管。
API SPEC 5CT-2011《油管和套管規范》是美國石油學會發布的一個關于石油套管的標準.世界通用.主要用于石油管,油管和套管。
生產石油套管的專業化廠家按美國石油學會標準APISPEC5CT1988、國產標準SY/T6194-96生產加工套管。
產品鋼級分H40、J55、K55、N80、C75、L80、C90、C95、P110、Q125共10種。
生產范圍：石油套管 4-1/2" 到 20" （通常采用無縫管） 扣型：BTC、LTC、STC。
N80套管，廠家的生產長度分為R-1(4.88～7.62m)，R-2(7.62～10.36m),R-3(10.36m至更長)。
不合格的N80套管表面缺陷有魚鱗外折、夾渣性大外折和渣坑。選擇合作廠家時，應多到廠家時地考察。
生產廠家與需方協商，對應用于輸送天然氣、煤氣、石油、水等液體和氣體的大口徑套管（口徑大于508mm時）可采用埋弧焊直縫管。
廠家為降低成本、提高安全性、延長需方套管的使用壽命，管端扣型可選定為：長圓螺紋、偏梯形螺紋、短圓螺紋、特殊扣等形式，需方選用時應在合同中明確管端扣型。
廠家選用N80原材的力學性能控制要求：
為使N80 級（36Mn2V） 管坯熱軋無縫管力學性能達到API要求，規定：連鑄坯加熱均勻，開軋溫度控制在1150～1220 ℃，軋制節奏控制良好，終軋溫度在920～950 ℃。
N80石油套管是高強度高韌性無縫鋼管, 國際上通常采用的方法有: 調質處理(含軋后直接淬火+回火處理)、常化、常化+ 回火以及軋制后回火。
36Mn2V 是生產N80 級石油套管的專用鋼種，屬微合金化非調質鋼。該鋼適宜于采用控溫、控冷和控制變形量等方法加工，鋼管不需調質即可達到要求的性能，由此簡化了生產工藝，降低了鋼管制造成本。
需方對套管廠家詢價單中的常用單位換算：外徑25.4mm=1in，重量：1.49kg/m =1lb/ft，長度：1m=3.28ft。
科學超深井取心鉆具應用在高溫、高壓及地應力強烈釋放的地層條件下，由孔底動力沖擊回轉驅動，應具備以下條件：
1）有足夠的強度、剛度、穩定性，以確保惡劣工況下的安全性；
2）可靠的單動性能在超深井高溫、高壓、高密度鉆井液環境中不失效，保障巖心采取率和原狀性；
3）合理的鉆頭內、外徑與內、外管間隙配合，以實現同等鉆孔直徑下，鉆頭切削面積最小化。
石油天然氣鉆井只進行點取心，且所采用的取心結構碎巖面積大，不利于長井段高效連續取心作業。KT型取心鉆具有CCSD-1井4638m取心的成功經驗，又經SK-1井（主孔）強塑性泥巖、弱膠結砂巖及致密泥頁巖等多變地層，和WFSD-2、WFSD-3孔極破碎地層的實踐與提高，已具備在超深孔高溫、高圍壓、地應力釋放強烈的條件下和深孔多變復雜地層進行取心鉆進的功能。
圖2.1 KZ型單動雙管鉆具結構
選用圖2.1所示KT型單動雙管鉆具結構為13000m科學超深井提鉆取心鉆具，其結構特點是：
1）單動機構由上、下兩盤高強度推力球軸承、軸承腔及心軸組成。軸承腔為外總成的一部分，為高強度大軸承提供了空間；無密封橡膠件的全泵量開式強制潤滑、軸承腔內部微循環清垢設計，使得鉆具不受高溫、高壓及高密度鉆井液的影響。
2）懸掛機構與單動機構連為一整體，內總成通過絲扣與心軸連接懸掛，采用高強度背帽和彈性墊圈防松，同時，實現了心軸與內管接頭螺紋調節鉆頭內臺階與卡簧座的間隙。
3）心軸通孔中的臺階與鋼球組成自動泄壓單向閥，正常取心鉆進時，鉆井液通過心軸側流通道及軸承腔水眼流向內、外管環狀間隙，隨著巖心的不斷進入，內管壓力升高阻礙巖心入管時，即頂開單向閥鋼球自動泄壓平衡管內、外壓力。
2.1.1 規格設計與管材選型
2.1.1.1 取心鉆進技術方案
13000m科學超深井擬定兩種套管程序和鉆進施工程序：一是采用超前孔裸眼鉆進方法施工，二是采用等井徑鉆井方法。兩種程序均采用Φ250mm（≯7500m井段）、Φ215.9mm（＞7500m井段）兩種規格鉆頭進行點取心作業。
我國通過中國大陸科學鉆探工程CCSD-1井、松遼盆地大陸科學鉆探計劃SK-1井（主井）、汶川地震斷裂帶科學鉆探（WFSD）工程等三大工程，形成了科學探井取心鉆進口徑Φ150～156mm、巖心直徑Φ95mm的技術參數。這不僅因為該直徑的鉆孔可取Φ95mm的巖心，可滿足地學研究對巖心的要求，還因這一口徑與石油鉆井的Φ152mm井眼直徑相近，可以直接套用石油鉆井上成熟的井口與井下工具，同時也具有較好的技術經濟性。近年來，高效、低成本、環保的小井眼、微小井眼鉆井技術迅速發展，已成為石油天然氣鉆井工程的重要發展方向，我國塔深一井采用Φ149mm口徑在8408m取心成功，充分證明Φ150～156mm口徑可用于超深孔取心鉆進。因此，可將Φ150～156mm口徑取心鉆具作為備選方案，用于難鉆進的長井段連續取心作業，可節約取心鉆進的時間、經濟成本。
超前孔裸眼鉆進方法在9500～11500m井段、等井徑鉆進方法在7500～11500m井段，設計全面鉆進鉆頭直徑均為Φ269.9mm。超深井段針對高硬度的結晶巖地層進行碎巖方式設計，即使是全面鉆進和擴孔鉆進，首選也采用了渦輪馬達驅動孕鑲金剛石，因此，還可以將Φ269.9mm口徑取心鉆具作為該井段備選方案，供比較選擇。13000m科學超深井取心技術方案設計見表2.1和表2.2。
表2.1 取心鉆進技術方案（超前孔裸眼鉆進方法）
表2.2 取心鉆進技術方案（等井徑鉆進方法）
2.1.1.2 規格設計與管材選型
設計4種規格取心鉆具（表2.3）。除KT140鉆具內管使用地質管材外，其他鉆具內、外管都選用API標準石油套管。
表2.3 取心鉆具規格設計
2.1.2 鉆具組合
2.1.2.1 超前孔裸眼鉆進方法
（1）0～7500m（一開～四開）
首選：250mm取心鉆頭+178mm液動錘+172mm螺桿馬達（172mm渦輪馬達）+248mm扶正器+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
備選1、2：152mm取心鉆頭+127mm液動錘+120mm螺桿馬達（127mm渦輪馬達）+151mm扶正器+121mm鉆鋌+89mm鉆桿+127mm鉆桿。
（2）7500～9500m（五開）
首選：216mm取心鉆頭+172mm渦輪馬達+214mm扶正器+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
備選1、2：152mm取心鉆頭+127mm液動錘+127mm渦輪馬達+151mm扶正器+121mm鉆鋌+89mm鉆桿+127mm鉆桿。
（3）9500～11500m（六開）
首選：216mm取心鉆頭+172mm渦輪馬達+214mm扶正器+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
備選1：152mm取心鉆頭+127mm液動錘+127mm渦輪馬達+151mm扶正器+121mm鉆鋌+89mm鉆桿+127mm鉆桿。
備選2：270mm取心鉆頭+195mm渦輪馬達+267mm扶正器+203mm鉆鋌+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
（4）11500～13000m（七開）
216mm取心鉆頭+172mm渦輪馬達+214mm扶正器+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
2.1.2.2 等井徑鉆進方法
除五開備選方案2，其余同超前裸眼鉆進方法取心鉆具組合。
7500～9500m（五開）備選2：270mm取心鉆頭+195mm渦輪馬達+267mm扶正器+203mm鉆鋌+178mm鉆鋌+127mm鉆桿。
2.1.3 外總成螺紋設計
2.1.3.1 牙型選擇
科學超深井取心鉆具處在井內鉆柱的最下端，由螺桿（或渦輪）馬達（+液動錘）高速回轉（沖擊）鉆進，是整個鉆柱最薄弱的環節。外總成螺紋設計受到鉆具結構的限制，其外管螺紋是粗徑鉆具最為薄弱的地方，因此，外管螺紋強度決定了取心鉆具的強度，并限制著整個取心鉆進時的鉆進參數。
KT140在CCSD-1井中就采用了不帶錐度的大螺距高強偏梯形螺紋，取得了很好的效果，并在其后的SK-1井（主井）、WFSD工程中應用。其特點是：采用了8mm螺距、2mm牙高和5°牙型斜角，在保持螺紋高強度的同時兼顧螺紋密封性；外端面采用15°密封角，進一步加強螺紋密封性能。近年來，隨著石油天然氣鉆井取心深度的和增加，也在改進取心鉆具外總成螺紋，如新研制的川7-5型取心鉆具，就將其外總成螺紋也由傳統的三角螺紋改為偏梯形螺紋。因此，科學超深井外管可選用圖2.2所示的偏梯形螺紋牙型。
圖2.2 高強螺紋結構示意圖
2.1.3.2 抗扭測試
為驗證所選牙型的抗扭強度，對螺距6mm、牙高1.2mm的同樣扣型，在無錫鉆通工程機械有限公司進行了抗扭測試。螺紋設計上扣扭矩8～10kN·m、最大安全扭矩12kN·m。在該公司的扭矩測試臺上，螺紋預上扭矩4.6kN·m后開始逐級加載，加到12.7kN·m時公母螺紋無位移、無異樣，13.3kN·m時發生輕微線位移（周向6mm，試件外徑Φ140mm）但無損傷，加載至15kN·m發生周向線位移12mm仍無損傷如圖2.3（a），自16kN·m加至17kN·m時扣端擠損，發生大幅度位移，如圖2.3（b）所示。試件坯料選用的40Cr材質，調質到HRC30～32，如鉆具正規設計選用石油套管Q125、P110鋼級，接頭端面抗擠壓能力會進一步提高，螺紋的抗扭強度還會增加。而且，所設計的四種鉆具將分別采用8mm和12mm螺距、2mm和3mm牙高，因此，所選螺紋牙型完全滿足鉆具的抗扭要求。
圖2.3 測試實驗
2.1.3.3 螺紋副加強優化
KT140鉆具螺紋雖已應用至5000多米深的鉆井，但未經超深井考驗。從鉆具結構分析及應用情況來看，外管與軸承腔的連接螺紋最易出現脹扣、粘扣、不易卸扣和根部斷扣等現象。對超深部取心鉆具外管上端與軸承腔、軸承腔與上接頭連接螺紋副做如下加強改進（圖2.4）：外管上端墩粗形成內加厚端；螺紋根部設計應力槽；螺紋采用1∶5～1∶10的錐度；KT194、KT219、KT245鉆具螺距為12mm、牙高3mm。該螺紋副增強了外管內螺紋強度，加強了高溫、高壓環境中的密封性，根部應力集中情況大幅度減輕。
圖2.4 加強螺紋副示意圖
鉆頭、擴孔器都處于鉆柱最底端，工作狀態相對穩定，扭矩、彎矩不易在此集中，且外管下端因結構限制不能采用內加厚形式，因此，鉆頭與擴孔器、擴孔器與外管下端螺紋副仍采用不帶錐度、不加厚螺紋，設置根部應力槽。
2.1.4 中、長鉆程鉆具及其扶正設計
2.1.4.1 方案設計
提下鉆速度、機械鉆速及回次長度三因素決定科學超深井取心鉆進總效率。提下鉆速度在選定施工設備時即已確定；地層的可鉆性級別很大程度上制約著機械鉆速的提高，通過改進鉆頭切削方式和結構、使用合適的驅動方式和鉆進參數，可在一定范圍內提高機械鉆速；而提高回次進尺是可以成倍增加超深井孔取心鉆進效率的技術手段，且隨著孔深增加，這一優勢將隨之增大。
我國CCSD-1井已研制并成功使用9m取心鉆具，這一長度配合自主研發的螺桿鉆+液動錘二合一孔底動力驅動金剛石硬巖取心技術，在結晶巖地層成功鉆達5180m。為進一步提高5000m以深取心鉆進效率，擬使用巖心管對接方式提高回次長度，實現中、長鉆程取心鉆進，方案如下：
設計圖2.5所示可內、外扶正的中間扶正器，連接上、下兩根外管；上、下內管采用帶卡簧的連接卡簧座連接；中間扶正器與連接卡簧座錯位（如圖2.6配合關系，中間扶正器在上），便于孔口操作。
圖2.5 中間扶正器
圖2.6 內、外扶正配合關系
2.1.4.2 組裝、入井
采用對接的中、長鉆程鉆具將達到2～3個單根長度，不能采用地表一次性安裝的作業方法，需分段在地表、孔口組裝，裝配、入孔順序如下：
第一步：地表組裝單動總成，并與上外管和上內管連接，組成鉆具的上總成；將中間扶正器及下擴孔器、鉆頭與下外管連接，組成下外總成；連接卡簧座、卡簧座與下內管連接，組成下內總成。
第二步：將上總成提至孔口，在小鼠洞內將上內管與下內總成連接；再連接上外管和下外總成，完成整個取心鉆具的組裝并下井。
2.1.4.3 接單根
在進行中、長鉆程取心過程中，要進行接單根作業。一種方式是上提鉆具割斷巖心，完成接單根后頂松卡簧繼續取心鉆進。第二種方式是鉆頭不離開井底，借助滑動接頭或頂驅實現連續取心鉆進。石油鉆井采用中、長鉆程取心鉆具取心，多借助滑動接頭來完成接單根操作。取心鉆進時，靠六方滑動管和六方滑動套傳遞扭矩和鉆壓，接單根時提起六方滑動套（六方滑動管可在六方滑動套內上下滑動），保證取心鉆頭不離開井底。
20世紀80年代，頂部驅動鉆井裝置研制成功，隨著技術的日益成熟，在石油天然氣鉆井中迅速推廣。頂驅技術改變了傳統的方鉆桿傳遞扭矩和接單根方式，中、長鉆程取心鉆進可借助頂驅一次不中斷鉆進1根立柱。