2. 套管程序基本概念
套管程序（也称井身结构）是钻井工程设计中最先确定、也最难事后更改的一项顶层决策。它规定了从地面到井底要下入几层套管、每层套管的下入深度、各层套管的尺寸与钢级，以及每层套管所配钻头的直径。套管程序一旦确定，后续的钻头选型、固井设计、井口装置、抗挤校核乃至完井方式都要围绕它展开。因此，理解套管程序的基本概念，是进行抗挤强度校核的前提。
一、井身结构的本质：用套管把裸眼井段“分段隔离”
钻井过程中会遇到压力系数差异很大的地层：浅层可能是松散的第四系或易漏失的砂砾层，中深部可能有高压盐水层、坍塌性泥页岩，深部还可能有异常高压气层。如果用一个尺寸、一种钻井液密度从地面一直钻到井底，往往会出现“上部漏、下部喷”的矛盾。井身结构的核心思想，就是用一层层套管把已钻开的井段封隔起来，为下一段钻井提供可控的井筒条件。
每一层套管下入并固井之后，下一段钻井就换用更小的钻头，在套管鞋以下继续钻进。这样，井眼尺寸自上而下逐级减小，形成典型的“塔形”结构。套管层次越多，可封隔的复杂层段越多，但井眼尺寸和最终产能通道也越小，成本越高。因此井身结构设计本质上是在“安全封隔能力”和“井眼尺寸/成本”之间做权衡。
二、套管层次：导管、表层、技术、生产
按功能和下入顺序，套管通常分为四类：
- 导管（Conductor）：最先下入，一般几十米到百余米，用于建立井口、防止浅层松散地层坍塌和钻井液冲蚀地表，并为井口装置提供承载基础。海上井的导管还承担隔水作用。
- 表层套管（Surface Casing）：封隔浅层淡水层、松散层和浅层气，安装防喷器组，为后续钻井提供井口控制条件。常见下深数百米至千余米。
- 技术套管（Intermediate Casing）：又称中间套管，用于封隔坍塌层、漏失层、高压层等复杂层段，是解决“上漏下喷”矛盾的关键层次。深井、超深井可能下入一层甚至多层技术套管。
- 生产套管（Production Casing）：最后一层套管，从井口下至目的层，为油气生产提供通道，并承受生产过程中的内压、外挤和轴向载荷。其抗挤强度校核往往最为严格。
需要说明的是，套管层次并非固定四层。浅井可能只有导管+表层+生产套管三层，深井则可能出现“导管—表层—技术—技术—生产”五层甚至更多。层次划分的依据是地层压力剖面和复杂层段的位置，而不是套用固定模板。
三、套管尺寸系列与钢级系列
套管尺寸以外径表示，常用单位为毫米或英寸。API 标准套管外径系列包括 114.3 mm（4½ in）、127 mm（5 in）、139.7 mm（5½ in）、168.3 mm（6⅝ in）、177.8 mm（7 in）、193.7 mm（7⅝ in）、219.1 mm（8⅝ in）、244.5 mm（9⅝ in）、273.1 mm（10¾ in）、339.7 mm（13⅜ in）、406.4 mm（16 in）、508 mm（20 in）、762 mm（30 in）等。设计时通常先确定生产套管尺寸（由产能和完井工具决定），再逐级向上反推各层套管和钻头尺寸。
套管钢级表示材料的屈服强度等级，API 标准钢级有 H40、J55、K55、N80、L80、C90、T95、P110、Q125 等。字母后的数字表示最小屈服强度（单位 ksi，1 ksi≈6.895 MPa）。例如 P110 表示最小屈服强度 110 ksi（约 758 MPa）。钢级越高，抗挤、抗内压和抗拉能力越强，但韧性和成本也随之变化。含 H₂S 的井应选用抗硫钢级（如 L80、C90、T95），而不能随意使用 P110。
| 钢级 | 最小屈服强度 (ksi) | 典型适用场景 |
|---|---|---|
| J55 / K55 | 55 | 浅井、低压井表层及生产套管 |
| N80 | 80 | 中深井技术套管、生产套管 |
| L80 | 80 | 含 H₂S 环境（抗硫） |
| P110 | 110 | 深井、高压井，强度要求高 |
| Q125 | 125 | 超深井、高载荷工况 |
四、尺寸与钢级的匹配：一个教学示例
假设某井设计生产套管为 φ139.7 mm（5½ in），壁厚 9.17 mm，钢级 P110，下深 3500 m。为给生产套管留出固井环空和工具间隙，上一层技术套管需选用能通过 φ139.7 mm 套管的内径，通常选 φ244.5 mm（9⅝ in）套管，对应钻头 φ311.1 mm（12¼ in）。再往上，表层套管选 φ339.7 mm（13⅜ in），钻头 φ444.5 mm（17½ in）；导管选 φ508 mm（20 in），钻头 φ660.4 mm（26 in）。这一组“钻头—套管—钻头—套管”的对应关系，就是井身结构表的核心内容。
五、套管程序与抗挤校核的关系
套管程序确定后，每一层套管的实际外挤载荷才可计算：生产套管承受的地层孔隙压力、套管鞋处的地层压力、以及生产过程中可能出现的掏空液面，都取决于该层套管的下深和所封隔的地层。钢级和壁厚的选择，则直接决定套管的抗挤强度。因此，套管程序是抗挤强度校核的“输入条件”，校核结果又可能反过来要求调整钢级、壁厚甚至增加一层套管。二者是一个迭代闭环，而不是单向流程。
理解导管、表层、技术、生产四类套管的职能分工，掌握尺寸系列与钢级系列的基本对应关系，并能在给定生产套管尺寸时反推出各层钻头与套管尺寸，是后续进行抗挤强度计算和套管柱设计的基础。