一口井套管柱设计大作业

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1、完井工程大作业二完井工程大作业二一口井套管柱设计一口井套管柱设计姓名：学号：班级：完完井井工程大作业二：一口井套管柱设计工程大作业二：一口井套管柱设计1 1 基本数据基本数据1)1)井号：井号：广斜-1 井；2)2)井别：井别：开发井；3)3)井型：井型：定向井2 2 设计地层剖面设计地层剖面地层时代界新生界系组段层第四系平原组上第三系广华寺组荆河镇组潜一段潜二段潜三段41下下下41第潜04三江潜0中中系组四4上40下下42下下4243潜 4下下设计地层/m井深90930176021702570307031203160厚度908408304104005005040岩性简述黄色粘土、砾石、流砂层

2、杂色粘土岩、砾状砂岩、砂砾岩灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩膏岩韵律层段及砂泥岩互层段盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥岩组成的韵律层灰色泥岩夹粉砂岩、盐岩、油浸泥岩、泥岩灰色泥岩夹粉砂岩盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段灰色泥岩夹粉砂岩盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段灰色泥岩夹粉砂岩盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段31802033301503380341034505030403500503525(25)注：注：1）井深为垂直井深，井深、厚度单位均为米；3 3 井身结构如图所示井身结构如图所示4 4

3、 套管柱设计有关数据和要求套管柱设计有关数据和要求表层套管：表层套管：下深 150m，外径 339.7mm，一开钻井液密度 1.1g/cm3，防喷器额定压力 21Mpa,安全系数:抗挤Sc=1.0，抗拉St=1.6，抗内压Si=1.0。要求表层套管的抗内压强度接近防喷器的额定压力，套管钢级用 J-55，套管性能见下表。油层套管：油层套管：下深 3574m，外径 139.7mm，二开最大钻井液密度 1.32g/cm3，安全系数:抗挤Sc=1.125，抗拉St=1.80(考虑浮力)，抗内压Si=1.10。由于地层主要为盐岩、泥岩，易塑性流动和膨胀，外挤载荷要求按上覆岩层压力的当量密度2.3g/cm

4、3来计算，按直井(井斜角小)和单向应力来设计，套管钢级选 N-80、P-110。要求要有明确的步骤和四步计算过程(已知条件、计算公式、数据带入、计算结果)，最后按下表给出全井设计结果：套管井 段程m序表0套0油套规 范尺寸mm339.7139.7139.7139.7扣型STCLTCLTCLTC长度m钢级壁厚mm重 量单位重N/m段重104N累重104N安 全 系 数抗拉抗挤抗内压J55套管性能表套管性能表钢级钢级扣型扣型壁厚壁厚/mm外径外径/mm名义重量名义重量抗内压强度抗内压强度抗外挤强度抗外挤强度抗拉强度抗拉强度/N/m/MPa/MPa/KNJ-55J-55J-55N-80N-80N-8

5、0P-110P-110P-110STCSTCSTCLTCLTCLTCLTCLTCLTC9.6510.9212.197.729.1710.547.729.1710.54339.7339.7339.7139.7139.7139.7139.7139.7139.7795.4890.2992.4248.1291.9335.7248.1291.9335.718.82321.30523.78753.36563.36368.12073.36087.15090.7357.79110.61813.44543.29960.88176.94551.57376.532100.2502286.42646.73002.51

6、548.01903.82233.01979.52437.62860.2广斜广斜1 1 井井身结构示意图井井身结构示意图一开井眼外径：444.5 钻达井深：153m套管外径：339.7 套管下深：150m水泥返深：地面 241.31000m二开井眼外径：215.9 钻达井深：3579m套管外径：139.7 套管下深：3574m水泥返深：2850m一、表层套管设计一、表层套管设计已知条件：已知条件：下深 D=150m，外径 339.7mm，一开钻井液密度m 表=1.1g/cm3，防喷器额定压力 21Mpa,安全系数:抗挤Sc=1.0，抗拉St=1.6，抗内压Si=1.0。要求表层套管的抗内压强度接

7、近防喷器的额定压力，套管钢级用 J-55。1 1、抗内压设计、抗内压设计 1）确定井口内压力设计要求表层套管的抗内压强度接近防喷器的额定压力，则表层套管在井口的内压力为 Pi=21MPa，设计内压载荷为 PiSi=211.0=21MPa 2）依据井口内压力选套管钢级及壁厚表层套管的抗内压强度应接近设计内压载荷 21MPa，套管钢级用 J-55。根据抗内压强套管度，由套管性能表，可选 J-55，壁厚 10.92mm 的套管，其名义重力 q=890.2N/m，抗内压强度Pi=21.305MPa，抗外挤强度Pc=10.618MPa，抗拉强度Tb=2646.7KN。3）校核井口危险截面的实际抗内压安全

8、系数 Si=Pi/Pi=21.305/21=1.0151.0（安全）2 2、抗挤校核、抗挤校核 1）计算表层套管底部的外挤压力 Pc=0.00981m 表D=0.009811.1150=1.619MPa 2）校核表层套管底部的实际抗挤安全系数 Sc=Pc/Pc=10.618/1.619=6.5581.0（安全）3 3、抗拉校核、抗拉校核 1）计算一开的浮力系数已知套管钢材密度S=7.8g/cm3则浮力系数 KB=1-m 表/S=1-1.1/7.8=0.859 2）计算表层套管口的段重 Tb=qDKB=0.89021500.86=114.702KN 3）校核表层套管口的实际抗拉安全系数 St=T

9、b/Tb=2646.7/114.702=23.0751.6（安全）二、油层套管设计二、油层套管设计已知条件：已知条件：下深 D1=3574m，外径 139.7mm，二开最大钻井液密度m 油=1.32g/cm3，安全系数:抗挤Sc=1.125，抗拉St=1.80(考虑浮力)，抗内压Si=1.10。由于地层主要为盐岩、泥岩，易塑性流动和膨胀，外挤载荷要求按上覆岩层压力的当量密度O=2.3g/cm3来计算，按直井(井斜角小)和单向应力来设计，套管钢级选 N-80、P-110。1 1、计算二开的浮力系数、计算二开的浮力系数 KB=1-m 油/S=1-1.32/7.8=0.8312 2、按抗挤强度选第一

10、段套管、按抗挤强度选第一段套管 1）计算套管底部的最大外挤载荷 Pc1=0.00981OD1=0.009812.33574=80.640MPa 2）选第一段套管钢级及壁厚依据套管底部的最大外挤载荷，由套管性能表，可选P-110，壁厚 10.54mm 的套管，其 名 义 重 力 q1=335.7N/m，抗 内 压 强 度 Pi1=90.735MPa，抗 外 挤 强 度Pc1=100.250MPa，抗拉强度Tb1=2860.2KN 3）校核套管底部的实际抗挤安全系数 Sc1=Pc1/Pc1=100.250/80.640=1.2431.125（安全）3 3、按抗挤强度选第二段套管、按抗挤强度选第二段

11、套管 1）选第二段套管第一段套管的顶截面位置取决于第二段套管的可下深度，第二段套管选用抗挤强度比第一段套管低一级的套管，由套管性能表，可选 P-110，壁厚 9.17mm 的套管，其名义重力 q2=291.9N/m，抗内压强度Pi2=87.150MPa，抗外挤强度Pc2=76.532MPa，抗拉强度Tb2=2437.6KN 2）计算第二段套管的可下深度 D2=Pc2/（0.00981OSc）=76.532/（0.009812.31.125）=3015m实取第二段套管下深 D2=3000m 3）校核第二段套管底部的实际抗挤安全系数 Sc2=Pc2/Pc2=Pc2/（0.00981OD2）=76.

12、532/（0.009812.33000）=1.1311.125（安全）4 4、校核第一段套管、校核第一段套管 1）计算第一段套管的段长 L1=D1-D2=3574-3000=574m 2）计算第一段套管的段重 Tb1=L1q1KB=5740.33570.831=160.13KN 3）校核第一段套管顶部的抗拉安全系数 St1=Tb1/Tb1=2860.2/160.13=17.8621.8（安全）5 5、按抗挤强度选第三段套管、按抗挤强度选第三段套管 1）选第三段套管第二段套管的顶截面位置取决于第三段套管的可下深度，第三段套管选用抗挤强度低一级的套管，由套管性能表，可选P-110，壁厚 7.72m

13、m 的套管，其名义重力q3=248.1N/m，抗内压强度Pi3=73.360MPa，抗外挤强度Pc3=51.573MPa，抗拉强度Tb3=1979.5KN 2）计算第三段套管的下深 D3=Pc3/（0.00981OSc）=51.573/(0.009812.31.125)=2032m实取第二段套管下深 D3=2000m 3）校核第三段套管底部的实际抗挤安全系数 Sc3=Pc3/Pc3=Pc3/（0.00981OD3）=51.573/（0.009812.32000）=1.1431.125（安全）6 6、校核第二段套管、校核第二段套管 1）计算第二段套管的段长 L2=D2-D3=3000-2000=

14、1000m 2）计算第二段套管的段重 Tb2=L2q2KB=10000.29190.831=242.57KN 3）计算第二段套管的累重 Tb=Tb2+Tb1=242.57+160.13=402.7KN 3）校核第二段套管顶部的抗拉安全系数 St2=Tb2/Tb=2437.6/402.7=6.0531.8（安全）7 7、按抗拉强度确定第三段套管的许用长度、按抗拉强度确定第三段套管的许用长度由于第二段套管顶部的抗拉安全系数（6.053）已比较接近规定的抗拉安全系数（1.8），且已有两段按抗挤强度设计的油层套管，则第三段套管即为最后一段油层套管，延伸至井口，其顶部可转为抗拉设计。1）按抗拉强度设计第

15、三段套管长度 L3=(Tb3/St)-Tb)/q3KB=（1979.5/1.8）-402.7.96）/0.24810.831=3381m由于 L1+L2+L3=574+1000+3381=4955mD1=3574m，故按抗拉强度设计的第三段套管长度已满足要求。应取 L3=D1-L1-L2=3574-574-1000=2000m 2）第三段套管段重 Tb3=L3q3KB=20000.24810.831=412.34KN 3）第三段套管累重 Tb”=Tb3+Tb=412.34+402.7=815.04KN 4）校核第三段套管口的实际抗拉安全系数 St3=Tb3/Tb”=1979.5/815.04=

16、2.4291.8（安全）8 8、校核井口内压力、校核井口内压力 Si=Pi3/Ps=73.360/21=3.4931.10（安全）三、套管柱设计结果表三、套管柱设计结果表套管井 段程m序表0150套02000规 范尺寸mm339.7139.7139.7139.7扣型STCLTCLTCLTC长度m15020001000574钢级壁厚mm10.927.729.17重 量单位重N/m890.2248.1291.9335.7安 全 系 数累重104N抗拉抗挤抗内压1.023.49段重104NJ55P-110P-11011.4711.4723.086.5641.2381.5024.2640.272.436.051.141.13油3000套3574P-11010.5416.0116.0117.861.24