套管柱强度设计计算
套管强度校核方法
❖ ①确定设计条件：安全系数、外载计算方式 ❖ ②求井底外挤力，选第一段套管 ❖ ③校核套管抗内压、抗拉能力 ❖ ④选第二段套管，计算其可下深度 ❖ ⑤计算第一段套管长度和有关安全系数 ❖ ⑥选第三段套管
❖ …… ❖ <当套管的抗拉安全系数不满足时，改为抗拉设计> ❖ 或<当抗挤强度设计套管柱超过水泥面或轴向力0点后>
套管柱的组成
由不同强度的套管段组成
原因： 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须 有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管系列。
套管柱的主要功能 抗挤 抗拉 抗内压 密封
一、套管外载分析
作用在套管上的主要载荷应是：
轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力
套管类型 表层套管 技术套管 生产套管
抗挤设计安全系数 Sc
1.0～1.1
1.0～1.125
1.0～1.2
抗内压设计安全系 数Sb 1.1～1.2
1.1～1.33
1.1～1.4
抗拉设计安全系数 St
1.6～1.8
1.6～2.0
1.6～1.9
（a）
（b）
套管柱强度设计示意图
（c）
（a）抗挤设计 （b）抗拉设计 （c）复合套管柱 1——外载 2——设计外载 3——套管强度
❖ 套管单位长度名义重量又称为套管公称重量，指的是 包括接箍在内的、套管单位长度上的平均重量
❖ 套管壁厚、套管单位长度名义重量二者是直接相关的
（3）螺纹类型
套管螺纹及螺纹连接是套管质量的关键所在，与套管的 强度和密封性能密切相关。API标准的螺纹类型有4种： 短圆螺纹（英文缩写STC） 长圆螺纹（英文缩写LTC） 梯形螺纹（英文缩写BTC） 直连型螺纹（英文缩写XL，用于无接箍套管）
套管柱设计
已知数据井深D=3233.3 m 钻井液密度ρd=1.15 g/cm3套管外径d=139.7mm 油管线重q=25.3 Kg/m 水密度ρW =1.0 g/cm3抗外挤强度Sc=43.3 MP 抗拉强度St=1548 KN抗内压屈服强度Si=53.4 MP 管体屈服强度1766 KN各安全系数：抗外挤强度Sc=1.0 抗拉强度St=1.8N抗内压屈服强度Si=1.1强度校核1. 校核抗外挤强度井底外挤压力最大Poc=9.81×ρd×D×10-3=9.81×1.15×3233.3×10-3=36.48 KPSc=σ/ Poc=43.3/36.48=1.19＞1.0符合要求Poc—套管外挤压力，kPa；D —计算点深度，m；ρd—管外钻井液密度，g/cm3；2. 校核抗拉强度井口处受拉应力最大Fo=q×L×10-3=25.3×9.81×3233.3×10-3=802.48 KNSt=σ/ Fo=1548/802.48=1.93 ＞1.8符合要求Q—套管单位长度的名义重力，N/m；L—套管长度，m；Fa—井口处套管的轴向拉力，KN；3.校核抗内压强度关井时井口最易受内压力破坏此时井口压力等于井底压力（净水柱压力）Pgas=9.81×ρW×D×10-6=9.81×1000×3233.3×10-6=312.72Pi=P gas/e1.1155×10-4GD= P gas/e0.00011155GD=31.10Si=Pri/Pi=53.4/31.10=1.72＞1.1符合要求Pgas —井底天然气压力， MPa；Pi—井口内压力，MPa；D—井深，m；G—天然气与口气密度之比，一般取0.55；4.对油管水泥返高处进行抗外挤强度校核Pcc=Pc×（1.03-0.74×Fm/Fs）=43.3×（1.03-0.74×802.48/1766）=30.04 MPSc=σ/ Pcc=43.3/30.04=1.44＞1.0Pcc—存在轴向拉力时的最大允许抗外挤强度，MPa；Pc—无轴向拉力时套管的强度外挤强度，MPa；Fm—轴向拉力，kN；Fs—套管管体屈服强度 kN；；。
钻井课设
一、井身结构设计1.1、钻井液压力体系1.1.1、最大泥浆密度ρmax=ρpmax+Sh （1-1）式中：ρmax-某层套管钻进井段中所用最大泥浆密度，g/cm 3.ρpmax-该井段中所用地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm 3Sb-抽吸压力允许值得当量密度，取0.036 g/cm 3。
发生井涌情况时：ρfnk=ρpmax+Sb+Sf+HniHp max .Sk （1-2） 式中：ρfnk-第n 层套管以下发生井涌时，在井内最大压力梯度作用下，上部地层不被压裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm 3Hni-第n 层套管下入深度初选点，mSk-压井时井内压力增高值的等效密度，取0.06g/cm 3Sf-地层压裂安全增值，取0.03g/cm 3。
1.1.2 校核各层套管下到初选点深度Hni 时是否会发生压差卡套ΔPm=9.81Hmm （ρpmax+Sb-ρpmin ）×10-3 （1-3） 式中：ΔPm-第n 层套管钻进井段内实际的井内最大静止压差，MPaρpmin-该井段内最小地层孔隙压力梯度等效密度，g/cm 3.Hmm-该井段内最小地层孔隙压力梯度的最大深度，mΔPN-避免发生压差卡套的许用压差，取12MPa 。
1.2 井身结构的设计根据邻井数据，绘制地层压力与破裂压力剖面图，如下图所示：图1-1 地层压力与破裂压力剖面图（1）油层套管下入深度初选点H2的确定由于井深为2160m ，所以确定油层套管的下入深度为2155m 。
（2）表层套管下入深度初选点H1的确定试预取H1i=390m ，由邻井参数得：ρpmax=1.1g/cm 3、Hpmax=2160m 。
以及发生井涌时，由公式1-2并代入各值得：ρf1k=1.1+0.036+0.03+3902160×0.06=1.498g/cm 3根据邻井数据可知390m 以下的最小破裂压力梯度为ρfmin=1.5g/cm 3，因为ρf1k<ρfmin 且相近，所以确定表层套管下入深度初选点为H1=390m 。
第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法
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由套管性能表查得N－80、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为: 泥
σD1 =60.5MPa。
返 高
因此，实际安全系数为:
SD1
D1
Pco1
60.46 45.5
1.33
D1=3500
4.6.设计举例
3）确定第二段套管可下深度和第一段套管的使用长度。
由于外挤压力愈往上愈小, 根据既安全又经济的原则, 第
②N-80、10.36mm 水
泥
D2=3300
返
高①
D1=3500
4.6.设计举例
4）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。
显然第三段套管底部由于承受其下部套管
可下深的度重:量, 其抗挤强度必定下降, 下入深度就
不可能达到2600m, 否则其底部安全系数必 ＜1.125。
由于第二段比第三段强度大, 应将第二段套 管长度增长, 即减少第三段的下入深度, 提 高其底部的抗挤系数, 以补偿双向应力的影 响。
③
D3=2300
2800
第二章 套管柱及注水泥设计
第1节 井身结构设计 第2节 生产套管尺寸的确定 第3节 套管柱强度设计 第4节 注水泥技术 第5节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介
第3节 套管柱强度设计
1. 套管、套管柱 2. 套管柱的载荷分析及套管强度 3. 定向井套管柱载荷计算 4. 套管柱强度设计
4.套管柱强度设计
特殊情况考虑；
API规定的安全系S数i : 1.10 ~ 1.33，一般取1.10 Sc 1.00 ~ 1.25，一般取1.00 St 1.60 ~ 2.00，一般取1.80
4.5.具体的设计步骤
Step3 计算内压载荷, 筛选符合内压强度的套管； 内压载荷由套管内外的流体综合产生。内压最大的情况一般出现在井 涌关井和特殊作业（压裂、…、注水）时, 内压的计算中间套管与生 产套管是不同的。 中间套管的计算方法如我们教材上P263介绍； 生产套管的计算方法在按补充方法进行。
套管柱及其强度设计
Step2 确定安全系数；
载荷计算的精确性↑ ，安全系数↓ ； 计算公式精确性↑，安全系数↓： 对于特别情况（如含有腐蚀性气体H2S、CO2）则安全系数需按特殊情 况考虑； API规定的安全系数：
◆ API规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以kpsi为单 位）的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅/英寸2）
◆ 只有屈服强度 s 105 psi对H2S提敏感的，但对CO2则影响很小，
可以数年内不破坏，而在H2S～盐的环境中会在一小时内破坏。
• 地质构造力的影响
•
一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空 来计算套管承受的外挤载荷。
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
套管内全掏空
载荷
载荷
载荷
井身结构
井 深
套管内载荷
井 深
套管外载荷
井 深
套管内液面
有效载荷
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
（2）套管的API抗挤强度
抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管 受外挤作用时，其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破 坏。
1、基本概念
（1）套管的尺寸 （又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外 径，实际上套管尺寸已经标准化了。
套管尺寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。
1、基本概念
（2）套管的钢级 API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度， 用钢级表示。
□ 套管钢级由字母及其后面的数码组成，字母没有特殊含义，但数码 代表套管的强度。
1、轴向载荷及套管的抗拉强度
套管强度校核全解
体外径
4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-5/8”, 20”, 30”....
二、套管强度
目 前 国 内外所生产 的套管尺寸 及钻头及尺 寸已标准系 列化。套管 与其相应井 眼的尺寸配 合基本确定 或在较小范 围内变化。
第一节
套管及套管柱强度设计
序言
套管柱的主要功 对套管的要求 圆度 能 壁厚均匀性 抗挤 抗腐蚀 最小的流动阻力 抗拉 良好的上扣性能及重复互 抗内压 换性能 耐磨（硬度指标） 密封
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成 原因： 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同， 须有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管 系列。
一、套管外载分析与计算
（2）支撑内压力
对于技术套管非全掏空的情况，支撑内压力
的计算式为
Pib 0
P n ( H H L ) ib 0.0098
（ 0≤ H ≤ H L ） （ H L＜ H ≤ H B）
1.外挤压力
一、套管外载分析与计算
（3）有效外压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，需
以关于套管内压力的计算有多种方法，常用方法是：
Pi Ps 0.0098n H
2.内压力
一、套管外载分析与计算
（1）内压力
确定井口内压力的三种方法是：
1）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。 2）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。
Ps 0.0098 ( f n ) H B
国内外油层套管柱计算方法及设计对比
收 稿 日 期 :2020-09-15 作者简介:何可(1982- ),重庆璧山人,2012年毕业于西南石油大学石油工程专业,获硕士学位,现从事钻井技术工作。
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内蒙古石油化工
2020 年 第 12 期
油 层 套 管 的 设 计 结 果 见 表 3。 其 中 chevron、
SLB 方法 的 设 计 结 果 相 同,其 余 方 法 设 计 结 果 不 同。SY 方法设 计 的 套 管 强 度 较 低,shell方 法 设 计 的套管强度较高。
因此,根据不同 方 法 设 计 出 的 套 管 结 果 有 几 种 情况,见 表 3。SLB、shell 方 法 在 《SY/T 64172009套管、油 管 和 钻 杆 使 用 性 能》中 无 满 足 要 求 套 管,SY 方 法 套 管 强 度 较 低。 这 是 由 于 蠕 变 地 层 挤 压载荷、气 侵、漏 失 液 面 位 置 或 者 掏 空 的 计 算 方 法 不同引起的。
掏空系数 抗挤安全系数 抗内压安全系数 抗拉安全系数 是否蠕变地层 是否泊松系数 封 隔 液 密 度 ,g/cm3
1 1.0 1.1 1.65
是 0.35 1.15
图1 油层套管有效外挤载荷
图2 油层套管有效内压载荷
2020 年 第 12 期
何 可 国内外油层套管柱计算方法及设计对比
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图3 油层套管拉伸载荷
2.1 油层套管设计 油层套管载荷计算方法 见 表 1。表 1 中 给 出 了
不同加载情况下套管内载荷和外载荷的计算方法。 根据表1中油 层 套 管 载 荷 计 算 方 法,结 合 设 计
套管柱结构与强度设计
套管柱结构与强度设计套管柱结构是石油工程中常用的一种结构形式，它由多个套管组合而成，通常用于油井的钻探和生产过程中。
套管柱的设计需要考虑到其承受外部压力和内部流体压力时的强度问题，以确保其能够在复杂的地质条件下安全地运行。
首先，我们需要了解套管柱结构的基本组成。
一般来说，套管柱由多个套管和接头组合而成。
每个套管都有自己的内径、外径、壁厚等参数，而接头则用于连接不同大小或类型的套管。
在实际应用中，还需要考虑到其他因素如防腐、防爆等问题。
接下来，我们需要考虑到套管柱在承受外部压力时所需具备的强度。
这主要包括两个方面：弯曲强度和挤压强度。
对于弯曲强度来说，我们需要计算出套管在受到侧向载荷时所能承受的最大应力值。
这需要考虑到材料本身的性质、壁厚、长度等因素，并采用相关公式进行计算。
同时，在实际应用中，还需要考虑到套管的支撑方式、地质条件等因素。
对于挤压强度来说，我们需要计算出套管在承受内部流体压力时所能承受的最大应力值。
这同样需要考虑到材料本身的性质、壁厚、长度等因素，并采用相关公式进行计算。
同时，在实际应用中，还需要考虑到套管的接头、防爆措施等因素。
除了以上两个方面，我们还需要考虑到套管柱在复杂地质条件下所需具备的其他强度。
例如，在遇到断层或者地震等情况时，套管柱需要具备足够的抗震和抗变形能力。
这需要在设计时考虑到不同情况下套管柱结构的变化和调整。
总之，套管柱结构设计是石油工程中非常重要的一环。
它不仅涉及到工程安全和效率问题，还涉及到环境保护和资源利用问题。
因此，在进行设计时，我们需要充分考虑各种因素，并采用科学合理的方法进行计算和优化。
只有如此，才能确保套管柱结构在实际应用中具备足够的强度和稳定性。
海洋钻井手册--井身结构与套管设计
钻头尺寸 mm 88.9 88.9 95.3 95.3 95.3 104.8 107.9 107.9 107.9 114.3 117.5 120.6 120.6 123.8 149.2 152.4 155.6 155.6 212.7 215.9 215.9 219.1 228.6 228.6 244.5 244.5 304.8 311.1 311.1 374.6 374.6 381 444.5 469.9 469.9 469.9
表 3-1-1
孔隙压力剖面 地层破裂 / 坍塌压力剖面 塑性盐层和泥页岩位置 地层信息 渗透层位置或漏失层位置 断层、破碎地层等 淡水砂层位置 浅气层位置 地质目标 定向井数据 定向井轨迹 其他 完井需求 所需最小直径
井身结构设计所需基本数据列表
满足钻井和采油目标所需要的最小井眼直径 测试 / 测井工具外径 油管尺寸 封隔器及相关设备要求尺寸 井下安全阀外径 生产井资料 在完井、生产和井下作业中所需求的套管尺寸 法律、法规限制 库存情况或采办策略 钻机设备限制
· 95 ·
2．井身结构设计内容 按井内压力系统平衡原则设计出各层套管的下入深度。要求在同一井段的裸眼内保持 压力系统平衡，即在钻进、起下钻及井涌压井过程中不会压裂上部地层而发生井漏；在钻 井作业和下套管时不会发生压差卡钻、卡套管等复杂情况。当特殊地层造成不能正常钻进 时，应考虑适当调整井身结构。 开发井的井身结构设计通常采用自下而上的原则进行，最后一层套管的下入深度通常 取决于井深或地质要求，而完井的油层套管尺寸通常取决于完井和采油作业的要求。对于 预探井，也可以采用自上而下的原则进行设计，最后一层套管的尺寸应考虑地层评价的相 关要求。 无论采用自下而上还是自上而下井的设计方法，井身结构设计均应保证同一裸眼段内 满足压力平衡原则，达到防喷、防卡和防漏的目的，同一裸眼井段井身结构设计必须满足 的压力约束条件为： （1）防喷、防塌：
钻井完井套管柱强度校核编程
2014-2015学年第二学期《完井工程》《套管柱强度校核》上机报告班级：石油工程12级1班姓名：李国锋学号：教师：一、欲解决问题的说明某井177.8毫米油层套管下至井深3600m，ρ=1.6g/cm3，水泥返到地面，预计气层深度3700m处七层压力Pp=59Mpa，尾管射孔完井，油管不带封隔器生产。
试对井段套管柱强度校核。
二、问题求解分析过程①设计方法按照各段所选套管钢级壁厚，查找套管对应抗挤强度，丝扣连接强度，以及抗内压强度，计算各段套管段底外挤力，段顶拉力，以及天然气充满井时的内压力。
从而求得抗挤、抗拉、抗内压系数。
②主要公式Sc=Pc/ρgHSt=Fst/Fm 其中Fm=qgLSi=Pi/（Pp/e1.1155×10-4GD）③符号说明程序中出现符号主要有：Pc——套管受到的外挤力Fm——套管收到的下部套管重力之和Fs——套管的屈服强度Fst——套管的丝扣滑脱强度Sc——套管抗挤系数St——套管抗拉系数Si——套管抗内压系数D——表示某段套管下入深度L——表示某段套管长度三、程序功能介绍及代码①程序功能本程序可以代替人工进行某一井段套管柱强度校核，通过程序可以查看各个井段套管柱是否符合各个安全系数要求。
确保套管柱安全。
②程序运行界面见图1③附源程序代码Private Sub Command1_Click()Dim L1, L2, L3, L4, L5 As Integer Dim D1, D2, D3, D4, D5 As Integer Dim Sc1, Sc2, Sc3, Sc4, Sc5 As Single Dim St1, St2, St3, St4, St5 As Single Dim Si1, Si2, Si3, Si4, Si5 As Single Dim bh1, bh2, bh3, bh4, bh5 As Single Dim ρ As SingleD1 = Val(Text26.Text)ρ = Val(Text27.Text)Pp = Val(Text28.Text)L1 = Val(Text5.Text)L2 = Val(Text4.Text)L3 = Val(Text3.Text)L4 = Val(Text2.Text)L5 = Val(Text1.Text)bh1 = Text20.Textbh2 = Text19.Textbh3 = Text18.Textbh4 = Text17.Text图1 bh5 = Text16.Text'根据段长自动计算井段'Text15.Text = D1Text14.Text = D1 - L1Text13.Text = Text14.TextD2 = Text13.TextText12.Text = D2 - L2Text11.Text = Text12.TextD3 = Text11.TextText10.Text = D3 - L3Text9.Text = Text10.TextD4 = Text9.TextText8.Text = D4 - L4Text7.Text = Text8.TextD5 = Text7.TextText6.Text = D5 - L5'第一段校核'If bh1 = 8.05 Thenq1 = 34.22: Pc1 = 26400000: Pi1 = 43710000: Fst1 = 1966000ElseIf bh1 = 9.19 Thenq1 = 38.69: Pc1 = 37296000: Pi1 = 49918000: Fst1 = 2308000ElseIf bh1 = 10.36 Thenq1 = 43.15: Pc1 = 48398000: Pi1 = 56253000: Fst1 = 2656000ElseIf bh1 = 11.51 Thenq1 = 47.62: Pc1 = 59293000: Pi1 = 62461000: Fst1 = 2989000ElseIf bh1 = 12.65 Thenq1 = 52.08: Pc1 = 70189000: Pi1 = 63706000: Fst1 = 3319000End IfSc1 = Round((Pc1 / (ρ * 9810 * D1)), 2)Label30.Caption = Sc1Fm1 = 9.81 * q1 * L1St1 = Round((Fst1 / Fm1), 2)Label35.Caption = St1Si1 = Round((Pi1 * (2.7183 ^ (0.00011155 * 0.55 * D1)) / (Pp * 1000000)), 2)Label40.Caption = Si1'第二段校核'If bh2 = 8.05 Thenq2 = 34.22: Pc2 = 26400000: Pi2 = 43710000: Fst2 = 1966000ElseIf bh2 = 9.19 Thenq2 = 38.69: Pc2 = 37296000: Pi2 = 49918000: Fst2 = 2308000ElseIf bh2 = 10.36 Thenq2 = 43.15: Pc2 = 48398000: Pi2 = 56253000: Fst2 = 2656000ElseIf bh2 = 11.51 Thenq2 = 47.62: Pc2 = 59293000: Pi2 = 62461000: Fst2 = 2989000ElseIf bh2 = 12.65 Thenq2 = 52.08: Pc2 = 70189000: Pi2 = 63706000: Fst2 = 3319000End IfSc2 = Round((Pc2 / (ρ * 9810 * D2)), 2)Label29.Caption = Sc2Fm2 = (9.81 * q2 * L2) + Fm1St2 = Round((Fst2 / Fm2), 2)Label34.Caption = St2Si2 = Round((Pi2 * (2.7183 ^ (0.00011155 * 0.55 * D2)) / (Pp * 1000000)), 2)Label39.Caption = Si2'第三段校核'If bh3 = 8.05 Thenq3 = 34.22: Pc3 = 26400000: Pi3 = 43710000: Fst3 = 1966000ElseIf bh3 = 9.19 Thenq3 = 38.69: Pc3 = 37296000: Pi3 = 49918000: Fst3 = 2308000ElseIf bh3 = 10.36 Thenq3 = 43.15: Pc3 = 48398000: Pi3 = 56253000: Fst3 = 2656000ElseIf bh3 = 11.51 Thenq3 = 47.62: Pc3 = 59293000: Pi3 = 62461000: Fst3 = 2989000ElseIf bh3 = 12.65 Thenq3 = 52.08: Pc3 = 70189000: Pi3 = 63706000: Fst3 = 3319000End IfSc3 = Round((Pc3 / (ρ * 9810 * D3)), 2)Label28.Caption = Sc3Fm3 = (9.81 * q3 * L3) + Fm2St3 = Round((Fst3 / Fm3), 2)Label33.Caption = St3Si3 = Round((Pi3 * (2.7183 ^ (0.00011155 * 0.55 * D3)) / (Pp * 1000000)), 2)Label38.Caption = Si3'第四段校核'If bh4 = 8.05 Thenq4 = 34.22: Pc4 = 26400000: Pi4 = 43710000: Fst4 = 1966000ElseIf bh4 = 9.19 Thenq4 = 38.69: Pc4 = 37296000: Pi4 = 49918000: Fst4 = 2308000ElseIf bh4 = 10.36 Thenq4 = 43.15: Pc4 = 48398000: Pi4 = 56253000: Fst4 = 2656000ElseIf bh4 = 11.51 Thenq4 = 47.62: Pc4 = 59293000: Pi4 = 62461000: Fst4 = 2989000ElseIf bh4 = 12.65 Thenq4 = 52.08: Pc4 = 70189000: Pi4 = 63706000: Fst4 = 3319000End IfSc4 = Round((Pc4 / (ρ * 9810 * D4)), 2)Label27.Caption = Sc4Fm4 = (9.81 * q4 * L4) + Fm3St4 = Round((Fst4 / Fm4), 2)Label32.Caption = St4Si4 = Round((Pi4 * (2.7183 ^ (0.00011155 * 0.55 * D4)) / (Pp * 1000000)), 2)Label37.Caption = Si4'第五段校核'If bh5 = 8.05 Thenq5 = 34.22: Pc5 = 26400000: Pi5 = 43710000: Fst5 = 1966000ElseIf bh5 = 9.19 Thenq5 = 38.69: Pc5 = 37296000: Pi5 = 49918000: Fst5 = 2308000ElseIf bh5 = 10.36 Thenq5 = 43.15: Pc5 = 48398000: Pi5 = 56253000: Fst5 = 2656000ElseIf bh5 = 11.51 Thenq5 = 47.62: Pc5 = 59293000: Pi5 = 62461000: Fst5 = 2989000ElseIf bh5 = 12.65 Thenq5 = 52.08: Pc5 = 70189000: Pi5 = 63706000: Fst5 = 3319000End IfSc5 = Round((Pc5 / (ρ * 9810 * D5)), 2)Label26.Caption = Sc5Fm5 = (9.81 * q5 * L5) + Fm4St5 = Round((Fst5 / Fm5), 2)Label31.Caption = St5Si5 = Round((Pi5 * (2.7183 ^ (0.00011155 * 0.55 * D5)) / (Pp * 1000000)), 2)Label36.Caption = Si5End Sub四、应用举例为了检验程序是否可用，是否可以准确无误的达到预期设计效果，代入数据检验程序是否可以准确无误的达到目的要求。
迭代法在高温高压井套管柱设计计算中的应用
问题的提 出
高温高压钻井最显著特点是在考虑高温高压影 响的基础上提高计算精度。由于高温高压井套管柱 设计的特殊要求 ， 在遵循常规套管柱设计原则上 ， 还 必须考虑高温高压对套管性能 的影响 ， 在常规套管 柱设计 中， 没有考 虑温度对套 管强度的影 响。常规 套管柱设计的基本方法是根据套管柱所受的载荷曲 线圈进行套管初选 ， 然后对所选套管进行相应的抗 内压、 抗外挤和双轴应力校核计算 ， 所采用的计算方 法基本上是校核载荷线上的特殊点 。使用计算机较 容易实现。而对于高温高压井套管柱设计 ． 使用上 述方法进行套管强度校核几乎不可能实现。下面就 以技术套管抗外挤设计计算为例进行说 明。
②求 出该点的温度 ： ＋ Ｉ
Ｔ＋ ＝ Ｋ ｌ ｍ ｛ ＋ ， ¨｝其 中 １ ｌ 地温 １ ｌ他 ； ＋为 温度 ， Ｉ 环 温度 。 他 ＋为循
的两条曲线 ， 使用特殊点计算 ， 一共要对 ６ 个特殊点 进行校核计算。使 用计算机编程要考虑的可能方案 为９ ； 种 当考虑温度影响时 ， 进行校核计算时必须考 虑图 ｂ温度影响套管屈服强度下 降系数 ）图 ｃ循 （ 、 （ 环温度 曲线） 和图 ｄ 地温曲线）此时要计算 的特殊 （ ， 点多达 １ 点， ６ 此时使用计算机编程要考虑的可能方 案总数为 ２０ ７ 种之多 ， 工作量之艰巨不可想象， 甚至 根本不 可能 实现 。上 面 只是 对 一般 情 况 ． 同时 进 当
算结果 完全满足校 核计 算的要求 。这种计算方法不仅适 合套管柱 的强度校校计算 ， 同时还 可以应用到其他方面 关■词 ： 迭代计算法 ；高温高压 ； 套管往设计 ； 计算
中明分类号 ： Ｅ Ｔ 崩 ２２ ０ 文献标识码 ： Ａ 文章墒号：１ ６ ｖ （ｏ２ ａ 一 ６ — ３ ０ 一 ￣ｘ ：ｏ ）ｌ ０５ ０ ０ ２
套管柱设计
42下 3450 40 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
43 3500 50
灰色泥岩夹粉砂岩
潜4下 3525 (25) 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
注：1）井深为垂直井深，井深、厚度单位均为米；
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。
139.7 LTC
139.7 LTC 139.7 LTC
套管性能表
钢扣 级型
壁厚 /mm
外径 /mm
名义重 量 /N/m
抗内压 强度 /MPa
抗外挤强 度 /MPa
抗拉强 度 /KN
J- STC 9.65 339.7 795.4 18.823 7.791 2286.4 55
J55
STC 10.92 339.7 890.2 21.305
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/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、计算结果)，最后按下表给出全井设计结果：
套 管井 程段 序m
规范
长 度
重量
固井基础知识
第二部分固井基础知识第一章基本概念1、什么叫固井？固井是指向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注以水泥浆，把套管与井壁紧固起来的工作。
2、什么叫挤水泥？是水泥浆在压力作用下注入井中某一特定位置的施工方法。
3、固井后套管试压的标准是什么？5英寸、51/2英寸试压15MPa，30分钟降压不超过?0.5MPa，7英寸，95/8英寸分别为10MPa和8MPa，30分钟不超过0.5MPa；103/4—133/8英寸不超过6MPa，30分钟压降不超0.5MPa。
4、什么叫调整井？为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果以及调整平面矛盾严重地段的开发效果所补钻井叫调整井。
5、什么叫开发井？亦属于生产井的一种，是指在发现的储油构造上第一批打的生产井。
6、什么叫探井？在有储油气的构造上为探明地下岩层生储油气的特征而打的井。
7、简述大庆油田有多少种不同井别的井？有探井、探气井、资料井、检查井、观察井、标准井、生产井、调整井、更新井、定向井、泄压井等。
8、什么叫表外储层？是指储量公报表以外的储层（即未计算储量的油层）。
包括：含油砂岩和未划含油砂岩的所有含没产状的储层。
9、固井质量要求油气层底界距人工井底不少于多少米？探井不少于多少米？固井质量要求，调整井、开发井油、气层底界距人工井底不少于25米（探井不少于15米）。
10、调整井（小于等于1500米）按质量标准井斜不大于多少度？探井（小于等于3000米）按质量标准井斜不大于多少度？调整井按质量标准井斜不大于3度。
探井按质量标准井斜不大于5度。
11、调整井（小于等于1500米）井底最大水平位移是多少？探井（小于等于3000米）井底最大水平位移是多少？调整井井底最大水平位移是40米。
探井井底最大水平位移80米。
12、目前大庆油田常用的固井方法有哪几种？（1）常规固井（2）双密度固井（变密度固井）（3）双级注固井（4）低密度固井（5）尾管固井13、目前大庆油田形成几套固井工艺？（1）多压力层系调整井固井工艺技术。
煤层气有限责任公司企业标准煤层气钻井工程作业规程
煤层气有限责任公司企业标准煤层气钻井工程作业规程煤层气有限责任公司企业标准煤层气钻井工程作业规程1. 开钻程序钻头尺寸套管类型套管尺寸一开ф311.1 表层套管ф244.5二开ф215.9 生产套管ф139.7（ф177.8）2.地层条件复杂情况下，可采用表 2 所示的井身结构设计。
表 2 复杂地层条件下煤层气钻井井身结构表单位为毫米开钻程序钻头尺寸套管类型套管尺寸一开ф444.5 表层套管ф339.7二开ф311.1 技术套管ф244.5三开ф215.9 生产套管ф139.7（ф177.8）在打井很少或未打过井的地区，为了先取得地层、煤层和储层参数资料，可在二开时先用ф95mm或ф118mm 钻头钻小井眼，在煤层部位进行小井眼取心、测试和测井等。
综合分析评价，若有工业生产价值，再用ф215.9mm 钻头扩眼钻进，下生产套管；否则，测井后打水泥塞封井。
3.4 井口及井控装置设计3.4.1 各次开钻井口和井控装置设计,参照SY/T 5964 标准并结合钻煤层气井具体情况进行设计。
3.4.2 井控技术要求及试压，参照 SY/T 6426 标准进行设计。
3.5 钻井循环介质设计3.5.1 钻井循环介质设计依据应根据地质设计提供的地层压力，掌握压力系数，在钻井设计时选定压差，并用当量循环密度进行验算，最后确定钻井循环介质类型、密度等技术指标以及这些指标的允许使用范围。
3.5.2 煤层气井钻井循环介质设计应包括以下主要因素（不局限于这些因素）：3.5.2.1 尽量减少对煤储层的伤害，保护煤储层；3.5.2.2 稳定和保护井壁，平衡地层压力，以保障钻进施工安全；3.5.2.3 润滑、冷却钻头。
3.5.3 钻井循环介质优选原则：3.5.3.1 取心、裸眼测试的参数井、试验井及生产井，选用清水、无粘土钻井液或优质钻井液；3.5.3.2 生产井（包括直井和定向井），选用优质钻井液、无粘土钻井液、清水和气体（空气、氮气、充气）循环介质及泡沫循环介质。
钻井工程试题及答案
钻井工程试题及答案一、选择题二、填空题三、名词说明1．何谓双向应力椭圆？答：在轴向上套管承担有下部套管的拉应力，在径向上存在有套管内的压力或管外液体的外挤力，套管处于双向应力的作用中。
依照第四强度理论，列套管破坏的强度条件方程：σz2+σt2-σtσz=σs2改写为: (σz/σs)2-(σzσt)/ σs2+(σt/σs)2=1得一椭圆方程。
用σz/σs的百分比为横坐标，用σt/σs的百分比为纵坐标，绘出的应力图，称为双向应力椭圆。
2．何谓前置液体系？答：前置液是注水泥过程中所用的各种前置液体的总称。
前置液体系是用于在注水泥之前，向井中注入的各种专门液体。
四、简答题1．简述套管的的种类及其功用。
答：（1）表层套管，表层套管是开始下入的最短最浅的一层套管，表层套管要紧有两个作用：一是在其顶部安装套管头，并通过套管头悬挂和支承后续各层套管；二是隔离地表浅水层和浅部复杂地层，使淡水层不受钻井液污染。
（2）中间套管，亦称技术套管。
介于表层套管和生产套管之间的套管都称中间套管，中间套管的作用是隔离不同地层孔隙压力的层系戒易塌易漏等复杂地层。
（3）生产套管。
生产套管是钻达目的层后下入的最后一层套管，其作用是爱护生产层，并给油气从产层流到地面提供通道。
（4）钻井衬管，亦称钻井尾管。
钻井衬管常在已下入一层中间套管后采纳，即只要裸眼井段下套管注水泥，套管柱不延伸至井口。
采纳钻井衬管能够减轻下套管时钻机的负荷和固井后套管头的负荷，同时又可节约大量套管和水泥，降低固井成本。
2．井身结构设计的原则是什么？答：进行井身结构设计所遵循的原则要紧有：（1）有效地爱护油气层，使不同地层压力的油气层免受钻井液的损害。
（2）应幸免漏、喷、塌、卡等井下复杂情形的发生，为全井顺利钻进制造条件，以获得最短建井周期。
（3）钻下部地层采纳重钻井液时产生的井内压力不致压裂上层套管外最薄弱的裸露地层。
（4）下套管过程中，井内钻井液柱的压力和地层压力之间的压力差，不致产生压差卡套管现象。
套管强度设计
（3）
对于技术套管非全掏空的情况，在漏失面以上（即井深小于漏失面深度的套管段） ，支 撑内压力为零，在漏失面以下（即井深大于漏失面深度的套管段）作用有管内钻井液液柱压 力。要计算支撑内压力，首先要知道漏失面的深度。在实际生产中，漏失是人们尽量要避免 的，但由于各种原因井漏还是时有发生；就是对于开发井，尽管根据以往井或邻井的钻井情 况， 估计在很大程度上都不会发生井漏， 人们在套管柱设计时往往还是要按井漏的情况进行 设计。但是，不管那种情况，事先都不可能知道下次钻进时的实际漏失程度，因此，在套管 柱设计时， 人们往往是根据情况对漏失程度进行一定的假设和预计， 然后按假设和预计的情 况进行设计。 对漏失程度的预计具体体现就是对漏失面深度的预计。 下面是所提出的预计方 法中的一种。 这种方法是假设下一次钻进钻至下一层套管的下入深度 （下一钻进井段的目的 井深）时发生井漏，并假设漏失层的孔隙压力为地层盐水柱压力，于是根据压力平衡关系可 得漏失面深度为：
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南方海相探区重点钻井技术研究及软件开发------套管强度设计
第一节
套管柱外载分析与计算
套管柱从入井开始就受有各种外载的作用，而且，在以后的不同生产工序（或工作）情 况（简称工况）下其所受的外载大小是不一样的。为了使设计出的套管柱安全，必须对各种 可能出现的工况下的外载作用情况及外载大小进行分析， 找出最危险 （即外载最大） 的工况， 按最危险工况计算套管柱所受外载值，以此进行套管柱强度设计。 套管柱在井下的受力是复杂的， 但经过长期生产实践的分析和证明， 其所受的基本外载 可分为三种， 即作用在管柱外壁上的外挤压力、 作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内 方向与管柱轴线平行的轴向拉力。 一. 外挤压力 套管柱所受的外挤压力主要来自管外钻井液液柱压力 （水泥不返到井口时， 上部有一段 套管外为钻井液。该段套管称为自由套管） 、水泥浆液柱压力、地层中流体压力、易流动岩 层的侧压力等。套管柱在受有外压力（外挤压力常简称为外压力）作用时，管内可能还作用 有内压力，该内压力要抵消一部分外压力（该内压力习惯上称为支撑内压力） ，因此实际对 套管起挤压作用的是减去该内压力后所剩余的外压力， 称为有效外压力。 对外挤压力分析计 算也就是要分析计算其有效外压力。有效外压力为：