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BNlIWF

中华人民共和国国家标准

GB/T 19831.2—20O8/ISO 10427-2： 2004

石油天然气工业 固井设备

第2部分:扶正器的放置和止动环测试

PetrOleUm and natural gas industries—

EqUiPment for well Cementing——Part 2:

CentraliZer placement and StOP-COlIar testing

(ISO 10427-2 = 2004,1DT)

2008-08-28 发布

I-J

rh

华人民共和国国家质量监督检验检疫总局岩亦 国国家标准化管理委员会发布

GB/T 19831分为两部分W

——石油天然气工业 套管扶正器 第1部分：弓形弹簧套管扶正器

——石油天然气工亜 固并设备 第2部分:扶正器的放置和止动环测试

本部分为GB/T 19831的第2部分口

本部分等同采用ISo 10427-2；2。04《石油天然气工业——固井设备——扶正器的放置和ill动环测 试》（英文版九

为便于使用,本部分做了下列编辑性修改，

a） ^ffISO 10427本部分^JJ一词改⅛Γ本部分七

b） 用小数点，''代替作为小数点的逗号七，

C）删除了 ISO 10427^2_j2004的前言和引言,增加了本前言U

本部分的附录A为资料性附录。

本部分由全国石油钻采设备和工具标准化委员会（SAC/TC 96）提出并归口。

本部分负责起草单位：石油工业井下工具质量监督检验中心，

本部分参加起草单位「大庆日久扶正器厂,德州石油钻井研究所_P

本部分主要起草人:王暗阳、田晓艳、张虎林、迟庆彬、马兰荣、秦金立。

本部分为首次发布.

第2部分：扶正器的放置和止动环测试

1范围

本部分提供了在斜井和狗腿井中根据扶正器的性能参数和需要的偏离间隙确定扶正器放置间距的 计算方法。本部分还提供了止动环测试程序和测试结果报吿要求.

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB/T 19831的本部分的引用而成为本部分的条款.凡是注日期的引用文 件,其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本 部分°

GB/T 19830—2005石油天然气工业 油气并套管或油管用钢管（ISO 11960： 2Ool_JlDT）

3术语和定义

下列术语和定义适用于GB/T 19831的本部分。

3.1

套管完全居中时的环空间隙 anular Cle_aranCe for Perfe_CtIy _Centr_ed ^m_g

芬眼直径与套管外径差值的一半圳

3.2

扶正器永久变形 Ctmtraliner Permanent Set

扶正器的弓形弹簧片被反复挠曲后,其弓形高度的变化。

注,弓形弹簧扶正器被反复挠曲12次后，即认为已达到永久变形』

3’3

挠曲 flexed

用规定的3倍最小复位力（±5%）对弓形弹簧片施力后,则认为该弓形弹簧片被挠曲。

注：规定的最小知位力值见GB/T 1983L 1—2005表L

[GB/T 1983L 1 2005,定义 3, 1]

3,4

夹持装置 holding device

将止动环或扶正器固定在套管上的装置。

例：螺钉,棘爪、机械夹和环氧树脂.

[GB/T 19831. 1—2005,定义 3. 2]

3.5

夹持力 holding force

使止动环在套管上产生滑移所需的最大力₆

EGB/T 1983L 1—2005» 定义 3. 3]

3.6

井眼尺寸 hole Size

井眼直径。

[GB/T 1983I_t 1—2005,定义 3. 4]

3.7

限位箍 Iimit CIaiDP

即止动环。

3.8

复位力 restoring force

扶正器施加于套管上,使套管离开井壁的力。 注：复位力的数值可随安装方法而发生变化.

[GB/T 19831, 1—2005,定义 3.5] 3.9

刚性扶正器rigid CentraliZ

扶正体不能被挠曲的扶扉

这些扶正器有坚

3. 14

偏离间隙StandOff ∖y 井眼直径与套管外径间眞 [GB/T 19831. I- 2005,定)

3. 15

偏离间隙比Standoff ratio

RS

偏离间隙与套管完全居中时的环空冋隙比值。

注L用百分比表示・

注 2；与 GB/T 1983Ll—2005,定义 3.9 有改动.

3. 16

起动力 Startlng force

安装在套管上的扶正器进入特定直径井眼所需的最大力_O

注：起动力的数值可随安装方法而发生变化.

:GB/T 19831. 1—2005,定义 3. 10：

GB/T 19831.2—2008∕ISO 10427-2 ：2004

3.17

止动环 StOP COlIar

安放在套管上防止扶正器移动的装置口

注：该装置既可单独作为一个部件，也可和扶正器组合在一起n

EGB/T 1983L 1—2005,定义 3.11］

4扶正器放置间距的计算方法 4.1概述

下面所列出公式是基于一定的假设并充分考虑了通常使用过程中应满足的准确性。除本方法外, 还有根据全部井眼数据而形成的其他专用计算方法。

本部分既不推荐也不要求套管扶正器必须具有规定的偏离间隙比，67%的偏离间隙比只是为了确 定弓形弹簧套管扶正器性能的最低标准。67%偏离间隙比仅被用于说明每种规格的弓形弹簧类扶正器 在此偏离间隙下所承受的最小力。67%偏离间原比不代表那些在套管上获得成功应用的扶正器所要求 允许的最小偏离间隙。本方法鼓励用户根据特定井眼工况和工程建议采用所需要的偏离间隙比，

对于悬挂在井下的套管柱来说，即使一个较小的井斜角或方位的变化,也会显著影响偏离间隙和扶 正器的放置要求。

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b

4.2偏离间隙比的计算

套管完全居中的环空间β⅞（Z_A）按式（1）的方法计算（见图1）：

4 =气^LB ................................. （1）

式中=

L——套管完全居中的环空间隙,单位为米（英寸）［m（in）］;

DW——井眼直径,单位为米（英寸）⅛（in）］;

D_P——套管外径,单位为米（英寸）［m（in）］_β

扶正器在给定尺寸井眼中的偏离间隙用符号S_C表示（见图1儿弓形弹簧套管扶正器的偏离间隙 由扶正器的载荷挠度曲线得到，该曲线取决于在给定尺寸井眼中所施加的侧向载荷（参见 GB/T 1983L 1—2005,附录 A- I）^CaJ _U

注：井眼尺寸的不同会引起扶正器载荷挠度曲线的变化.

由于坚固式扶正器或刚性扶正器的弓片或翼片不能被挠曲，因此扶正器偏离间隙的计算取决于坚 固式或刚性扶正器翼片的直径,如式（2）：

式中：

SC——扶正器的偏离间隙，単位为米（英寸）［m（in）］₅

De— 刚性或坚固式扶正器翼片外径,单位为米（英寸）［m（in）'

下垂点的偏离间隙可由式（3）确定，考虑了套管柱的挠度和扶正器在侧向载荷下所产生的压缩（见 图I）_B

SS = SCfE       .......................................（ 3 ）

式中：

S_S——下垂点处的偏离间隙,单位为米（英寸）［m（in）丄

⅛——位于扶正器间的套管最大挠度,单位为米（英寸）［m（in）丄

GB/T 19831.2—2008∕ISO 10427-2： 2004

最小偏离间隙产生在挟正器之间套管最大挠度3）处或在扶正器处。因此，套管的偏离间隙（S）就 是扶正器偏离间隙（SC）和下垂点偏离间隙（SS）二者的最小值D

偏离间隙比（RS）可通过式5）计算：

RS =丰 X 100          .................................（ 4 ）

式中:

R_S—偏离间隙比,用百分比表示F

S——偏离间隙,单位为米（英寸）［mGn⅛⅛

Z.——套管完全居中时的环空剛膝承赢、米（英寸）［龄

• 1— —井眼,

• 2— —套管（完全

• 3— —套管（挠曲j

• 4— —扶正器J

套管最大

D_F——套管外径;T DW 井眼直径f \ S_C——扶正器的偏、 SS——下垂点的偏I

4.3套管浮重

4.3.1 概述       y>

套管的浮重是套管飲

4.3.2常用公式

BaXter开发的模型'吼

式中］

W_b- 套管的单位浮重,单位为牛顿毎米（磅力每英寸）［N∕m（lbf∕m）］;

W——套管在空气中的单位重量，单位为牛顿每米（磅力毎英寸）［N∕m（lbf∕m）］_j

Λ——浮力系数S

D_i-套管的内径,单位为米（英寸）［m（in）J_i

DP——套管的外径,单位为米（英寸）［mC⅛）L

GB/T 1983k2-2008∕1SO 10427-2 _i2004

P_i——套管内液体的密度,単位为千克每立方米(磅每加仑)[kg∕m³(lb∕gal)]_f

PS--套管的密度,单位为千克毎立方米(磅每加仑)[kg∕mHlb∕gaD];

%——套管外液体的密度,单位为千克每立方米(磅每加仑)[kg∕π√(lb∕gaDL

4.3.3 说明

在注水泥作业过程中，套管的浮重将有所变化口当套管内和环空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，相应的浮重就越大，反之，当环空内液体密度越高，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空内的液体密度。扶正器间距

384E

式中'

F_l——侧向载荷,单跃»顿(EN(Ibf) ]_a

<4.3在一维(IP)有轴向拉丸即斜、宣并中一的套管捧度/ 式(9)考虑轴向拉力，计算龄梅通腿或方位变化的斜井

式中】

F_t——扶正器下面的有效拉力，单位为牛顿(磅力)[N(lbf)∖

4.4.4在二⅜∣(2-D)井眼中的套管撓度

在垂直平面内具有固定曲率的二维(2D)井眼中的套管挠度可用式(11)计算:

(W_b ・ SiTl8 +

'384E ・ I

. CQShn — £ sin⅛ _J

(11 )

GB/T 1983L2—2008/1SC) W427-2≈2004

式中:

0——井眼在两个扶正器间的倾斜角度的平均值,（°）;

F——井眼轨迹的曲率半径,单位为米（英寸）［m（In）L

或：

』（凿）偿）（苓-』^）...........................<¹²>

在二维（2-D）降斜井中,侧向载荷可以表示为：

F^Il = Wb ∙ L ・ ShJ 十 2F：・ Sin g .................................（ 13 ）

£

式中、

β—扶正器之间总的角度变化值_JC） _&

在二维（2-D）增斜井中，侧向载荷可以被表示为：

F_I = W^r_b > . SinS — 2码∙ sin ɪ .................................（ 14 ）

£Ji

4.15 在三维（3-D）井眼中的套管挠度

在斜度和方位都发生变化的井眼中，套管挠度可以用下面的公式计算，这些公式由JUVkHm-WGd 和WlI推导出苔、在狗腿面斜度随着深度增加而减小的降斜井中，一定长度（人）套管的侧向载荷可用 式（15）计算。在斜度随着深度增加而增加的增斜井中，一定长度（火）套管的侧向载荷可用式（16）计算.

Fy = Wk • * ∙ cos7_n + 2F_x ∙ sin 專,或..........................√ 15 ）

FE = Wb ∙ Ir ・ cos7_π — 2Ft ∙ Sin 辱 ...............    ( 16 )

Lt

F_I = √F⅛^r+K7     .................................（22）

式中：

‰——井眼中重力矢量和主法线之间的角度，（“）;

Zo——井眼中重力矢量和次法线之间的角度.<°）;

J—方位角，（。）;

F,_τdp——狗腿面上的总侧向载荷,单位为牛顿（磅力）［N（lbDL

FLP一垂直于狗腿面的总侧向载荷,单位为牛顿（磅力）［NQbf）L

当没有方位角变化时,轧=虹=牝上述公式还原成为二维（2-D）井眼的公式，

5止动环测试程序 5. 1概述

本程序中术语“止动环"是指任何型式的能縱防止或限制扶正器在套管上移动的装置。止动环包括 独立的止动环■与坚固式扶正器或刚性扶正器制成一体的夹紧装置及其他套管附件上具有扶正器止动 环功能的装置,如水泥伞、刮管器等。

用于防止扶正器滑动的夹紧装置可能是一个单独部件,如止动环,也可能和扶正器组合在一起，常 6

GB/T 19831,2—2008∕ISO 10427-2 ：2004

5.2.2测试仪器

测试仪器应能记录或用其他的方法指示出施加的垂直载荷，包括测试过程中的最大载荷值即产生 滑动时的载荷值（夹持力）和滑动力范围，载荷测试精度应不大于被测值的5%∙

测试台应安装读数刻度等于或小于L 6 mm（l∕16 in）的位移尺，在测试移动距离内读数的精度应

不大于土0.8 mm（±l∕32 in） _O

测试设备至少每年标定一次_O

5.3试验程序

5. 3. 1止动环安装在制造厂推荐的试验套管上，止动环的安装位置至少应有102 mm（4 in）的试验 位移。

5.3.2将外管放置在试验套管之上,应能给止动环施加同轴载荷口

5. 3.3应连续、缓慢地对外管加载，同时记录所施载荷及外管的质量，

5. 3.4试验应连续进行,直到止动环被移动的距离至少有1。2 mm（4 in）为止,或者完全失效（破坏）。

5.4测试结果报告

测试报告应给出以下信息。附录A为常规测试结果报告格式：

a） 试验套管的规格、质量、钢级及表面涂层］

b） 试验套管■外管和止动环的内径和外径;

C）加载速度和加载方式§

d） 夹持力&

e） 滑动力范围；

f） 试验后试验套管的表面状况，记录套管上任何一处伤痕的长度,深度和宽度；

g） 止动环放置的位置（应在报告中记录放置止动环的详细位置）?

h） 标明为便于同轴加载而对外套末端所做的少量改动；

i） 止动环制造厂名称、型号、尺寸规格，附件的数量和类型,如可能标明附件的安装扭矩。

GB/T 19831.2—2008/1SO 10427-2； 2004

A.1止动环资料

A.2试验人员姓名，__

A.3试验总成参数

A.3. 1总成部件参数（见图2）

A. 3. 2试验套管

A. 3. 2* 1 直径=  mm(ιn)

A. 3. 2.2 单位长度质量:kg∕mClt∕h)

A. 3.2. 3 钢级:___________________________

A. 3. 2. 4表面涂层；______

A.5试验套管检査（试验后）

A. 5∙ 1 伤痕描述:______________________

A-5.2 伤痕深度:πxm(m)

A. 5* 3 伤痕长度:InTUCin)

A.5*4 伤痕宽度*IlImem)

A.6说明

试验人员:__. _ _

复核人员"                      _       「

参考文献

El] API规范10D,弓形弹簧套管挟正器规范,1995年第五版.

• [2] GB/T 1983L 1—2005《石油天然气工业套管扶正器第1部分：弓形弹簧套管扶正 器 XlSO 10427-1：2001, IDT).

• [3] JUVKAM-WOLD,H. C_r ,and BAXTER,R. L.,扶正器最佳间距讨论.石油工程师协会 钻 井工程. 1988年12月.

• [4] BLANCC),A,CICCOLA,V. _tand LlMONGI,E.,扶正器在水平井和大斜度井中.国际钻井 承包商协会/石油工程师协会59138.

• [5] JUVKAM-WoLD,H.C∙ _Jand WUJiang.套管弯曲和扶正器间距计算,石油工程师协会 钻井工程.1992年12月.

  

中华人民共和国 国家标准

石油天然气工业固井设备

第2部分：扶正器的放置和止动环测试

GB/T 1983L 2—200B/ISO 10427-2； 2004

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