一口井套管柱设计

完井工程大作业二一口井套管柱设计

班级：油工101

学号：004

姓名：王涛

课程：完井工程

任课教师：孙展利

1基本数据

1)井号：广斜-1井；2)井别：开发井；3)井型：定向井

3井身结构如图所示

4套管柱设计有关数据和要求

表层套管：下深150m，外径Φ339.7mm，一开钻井液密度1.1g/cm3，防喷器额定压力21Mpa,安全系数:抗挤S c=1.0，抗拉S t=1.6，抗内压S i=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：下深3574m，外径Φ139.7mm，二开最大钻井液密度1.32g/cm3，安全系数:抗挤S c=1.125，抗拉S t=1.80(考虑浮力)，抗内压S i=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/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。

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

油层套管设计：

已知条件：

油层套管下深H=3574m，外径Φ139.7mm，二开最大钻井液密度ρ

m

= 1.32g/cm3，安全

系数:抗挤S

c =1.125，抗拉S

t

=1.80(考虑浮力)，抗内压S

i

=1.10。

上覆岩层压力的当量密度ρ

o

=2.3g/cm3，按直井(井斜角小)和单向应力来设计，解：

根据题目要求，本定向井按照直井(井斜角小)和单向应力来设计，根据题目要求外挤

载荷要求按上覆岩层压力的当量密度ρ

o

=2.3g/cm3来计算

第一段套管设计：

1.计算第一段套管应具有的抗挤强度（即第一段套管底端的抗挤强度）

1）按抗挤强度设计第一段套管，因为套管底端的外挤压力最大，所以以套管底端的外挤压力作为第一段套管应具有的抗挤强度，按全掏空计算井底外挤压力，

P b =0.00981*ρ

o

*H=0.00981*2.3*3574=80.64Mpa

2）第一段套管应具有的抗挤强度应为

P c1= P

b

*S

c

=80.64*1.125=90.72Mpa

2.根据第一段套管应具有的抗挤强度，查套管性能表选用P-110，壁厚10.54mm套管，

其抗挤强度为P

c’=100.25 Mpa，抗拉强度为T

t1

=2860.2KN，重量W

1

=0.3357KN/m

第二段套管设计：

1. 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，查套管性能表可选P-110，壁厚9.17mm套管，其抗

挤强度为P

c’’=76.532 MPa，抗拉强度T

t2

=2437.6KN，重量为W2=0.2919KN/m

2. 按抗挤强度计算第二段套管的可下深度：

H 2= P

c’’

/(0.00981*ρ

o

* S

c

)=76.532/(0.00981*2.3*1.125)=3023m

3.实际套管因为是10m一根，因此要对可下深度取整，再加上数据误差的安全考虑，

实际第二段套管的深度为H

2=3000m，则第一段套管的段长为L

1

=3574-3000=574m

4.校核第一段套管的安全系数：

1）校核第一段套管的抗挤安全系数第一段套管实际抗挤安全系数为：

S c1= P

c’

/ P

b

=100.25/80.64=1.24>1.125(安全)

2）校核第一段套管的抗拉安全系数（因为套管上端受到的拉力最大，所以第一段套管的拉力强度就是第一段套管上端所受的拉力）

①计算第一段套管的浮力系数

B f =1-ρ

m

/ρ

s

=1-1.32/7.8=0.831

②计算第一段套管的段重（空气中）

T 1=L

1

*W

1

=574*0.3357=192.69KN

③计算第一段套管的浮重（钻井液中）

T 1’= L

1

*W

1

*B

f

=574*0.3357*0.831=160.08KN

④第一段套管的抗拉系数（题目要求考虑浮力影响，因此用浮重计算）

S t1= T

t1

/ T

1’

=2860.2/160.08=17.87>1.8（安全）

第三段套管设计：

1.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，查套管性能表可选P-110，壁厚7.72mm套管，其抗挤强度为

P c’’’=51.573 MPa，抗拉强度T

t3

=1979.5KN，抗内压强度P

i

=73.36 Mpa，重量

W

3

=0.2481 KN/m

2.按抗挤强度计算第三段套管的可下深度：

H 3= P

c’’’

/(0.00981*ρ

o

* S

c

)=51.573/(0.00981*2.3*1.125)=2031.76m

3.由于第三段套管要承受其下第一段和第二段套管的重量，其抗挤强度下降，因此要减少第三段套管的下入深度，另外在取整的前提下考虑一定的安全误差，我们假设第三段套管实际下至H

3

=1900m，则第二段套管的段长为

L 2= H

2

- H

3

=3000-1900=1100m

4. 校核第二段套管的安全系数：

1）校核第二段套管的抗挤安全系数

第二段套管实际抗挤安全系数为：（下端面）

S c2= P

c’’

/(0.00981*ρ

o

*H

2

)=76.532/(0.00981*2.3*3000)=1.13>1.125(安全)

2）校核第二段套管的抗拉安全系数（上端面）①计算第二段套管的浮力系数

B f =1-ρ

m

/ρ

s

=1-1.32/7.8=0.831

②计算第二段套管的段重（空气中）

T 2= L

2

*W

2

=1100*0.2919=321.09KN

③计算第二段套管的浮重（钻井液中）

T 2’= L

2

*W

2

*B

f

=1100*0.2919*0.831=266.83KN

④第二段套管上端面的拉力（钻井液中）

T 1’+ T

2’

=160.87+266.83=427.70KN

⑤第二段套管的抗拉系数（题目要求考虑浮力影响，因此用浮重计算）

S t2=T

t2

/( T

1’

+ T

2’

)= 2437.6/(160.08+266.83)=5.71>1.80(安全)

5. 校核第三段套管的安全系数：

1）校核第三段套管的抗挤安全系数

第三段套管实际抗挤安全系数为：（下端面）