一口井套管柱设计大作业

完井工程大作业二

一口井套管柱设计

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完井工程大作业二：一口井套管柱设计

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

一、表层套管设计

已知条件：下深D=150m ，外径Φ339.7mm ，一开钻井液密度ρm 表=1.1g/cm 3，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。 1、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P i =21MPa ，设计内压载荷为P i S i =21×1.0=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[P i ]=21.305MPa ，抗外挤强度[P c ]=10.618MPa ，抗拉强度[T b ]=2646.7KN 。

3）校核井口危险截面的实际抗内压安全系数 S i =[P i ]/P i =21.305/21=1.015>1.0（安全） 2、抗挤校核

1）计算表层套管底部的外挤压力

P c =0.00981ρm 表D=0.00981×1.1×150=1.619MPa 2）校核表层套管底部的实际抗挤安全系数

S c =[P c ]/P c =10.618/1.619=6.558>1.0（安全） 3、抗拉校核

1）计算一开的浮力系数

已知套管钢材密度ρS =7.8g/cm3

则浮力系数K B =1-ρm 表/ρS =1-1.1/7.8=0.859 2）计算表层套管口的段重

T b =qDK B =0.8902×150×0.86=114.702KN 3）校核表层套管口的实际抗拉安全系数

S t =[T b ]/T b =2646.7/114.702=23.075>1.6（安全）

二、油层套管设计

已知条件：下深D 1=3574m ，外径Φ139.7mm ，二开最大钻井液密度ρm 油=1.32g/cm 3，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 ρO =2.3g/cm 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。 1、计算二开的浮力系数

K B =1-ρm 油/ρS =1-1.32/7.8=0.831 2、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

P c1=0.00981ρO D 1=0.00981×2.3×3574=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q 1=335.7N/m ，抗内压强度[P i1]=90.735MPa ，抗外挤强度[P c1]=100.250MPa ，抗拉强度[T b1]=2860.2KN 3）校核套管底部的实际抗挤安全系数

S c1=[P c1]/P c1=100.250/80.640=1.243>1.125（安全）

3、按抗挤强度选第二段套管

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q

2=291.9N/m，抗内压强度[P

i2

]=87.150MPa，抗外挤强度[P

c2

]=76.532MPa，

抗拉强度[T

b2

]=2437.6KN

2）计算第二段套管的可下深度

D

2=[P

c2

]/（0.00981ρ

O

S

c

）=76.532/（0.00981×2.3×1.125）=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

S

c2=[P

c2

]/P

c2

=[P

c2

]/（0.00981ρ

O

D

2

）

=76.532/（0.00981×2.3×3000）=1.131>1.125（安全）4、校核第一段套管

1）计算第一段套管的段长L

1=D

1

-D

2

=3574-3000=574m

2）计算第一段套管的段重T

b1=L

1

q

1

K

B

=574×0.3357×0.831=160.13KN

3）校核第一段套管顶部的抗拉安全系数

S

t1=[T

b1

]/T

b1

=2860.2/160.13=17.862>1.8（安全）

5、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7.72mm的套管，其名义重力

q 3=248.1N/m，抗内压强度[P

i3

]=73.360MPa，抗外挤强度[P

c3

]=51.573MPa，抗拉强度

[T

b3

]=1979.5KN

2）计算第三段套管的下深

D

3=[P

c3

]/（0.00981ρ

O

S

c

）=51.573/(0.00981×2.3×1.125)=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

S

c3=[P

c3

]/P

c3

=[P

c3

]/（0.00981ρ

O

D

3

）

=51.573/（0.00981×2.3×2000）=1.143>1.125（安全）6、校核第二段套管

1）计算第二段套管的段长L

2=D

2

-D

3

=3000-2000=1000m

2）计算第二段套管的段重T

b2=L

2

q

2

K

B

=1000×0.2919×0.831=242.57KN

3）计算第二段套管的累重T

b ’=T

b2

+T

b1

=242.57+160.13=402.7KN

3）校核第二段套管顶部的抗拉安全系数

S

t2=[T

b2

]/T

b

’=2437.6/402.7=6.053>1.8（安全）

7、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）按抗拉强度设计第三段套管长度

L

3=(([T

b3

]/S

t

)-T

b

’)/q

3

K

B

=（（1979.5/1.8）-402.7.96）/0.2481×0.831=3381m

由于L

1+L

2

+L

3

=574+1000+3381=4955m>D1=3574m，故按抗拉强度设计的第三段套

管长度已满足要求。

应取L

3=D

1

-L

1

-L

2

=3574-574-1000=2000m

2）第三段套管段重T

b3=L

3

q

3

K

B

=2000×0.2481×0.831=412.34KN