固井作业.ppt

2300m
第二段套管在钻井液中的重量： T2’=0.833*431.5=359.4kN
水泥面2800m
第三段套管下端面的拉力
3300m
T1’+T2’=79.3+359.4=438.7kN
考虑双轴应力后第三段套管的抗挤强度为 Pcc3=Pc3*K’=34.67MPa
第三段套管的抗挤安全系数为
Sc3=34.67/(0.0098*1.3*2300)=1.159 ( 安全)
3300m
井口抗拉系数小于1.8,抗拉强度不符 合要求。
3500m
8
三、套管柱强度设计(油层套管)
(4) 按抗拉设计确定第三段套管的许用
长度Li
1 qi
Pji
ST
i1 Tn
n1
1 0.3869
2354 1.8
(95.24
431.5)
2019(m)
2000m 2300m
➢实际取L3=2000m
T3=2000*0.3869=774kN 第三段套管顶截面的安全系数为：
水泥面2800m 3300m
St3=2354/(95.24+431.5+774)=1.81
3500m
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三、套管柱强度设计(油层套管)
➢第四段套管选用N-80,壁厚10。 36mm，长度为300m,
➢井口的抗拉安全系数为： ➢ST4=2708/(T1+T2+T3+T4)
Sc1=49.35/(0.0098*1.30*3300)=1.15 (安全)
3300m 3500m
4
三、套管柱强度设计(油层套管)
第二段套管的顶截面取决于第三段套管的可 下深度，第三段套管选N-80,壁厚9.10套管 (386.9N/m,抗拉强度2354kN,Ts=2740kN)， 抗挤强度为38.03MPa.,按抗挤计算第三段套 管的可下深度：
第一段套管的重量为476kN/m，抗拉强度为 3048kN,浮力系数为：
Bf=1-1.3/7.8=0.833 第一段套管的浮重为：
T1=200*0.476=95.24kN (空气中的重量) T1’=200*0.476*0.833=79.33kN (钻井液中的重
量) 第一段套管的抗拉系数
St1=3048/95.24=32 (安全) 第二段套管的抗挤系数
2
三、套管柱强度设计(油层套管)
（2）第一段套管得顶截面位置取决于第二段 套管得可下深度，第二段套管选用抗挤强度 低低一级的套管，可选N-80,壁厚10.36mm 套管，其抗挤强度为49.35MPa,抗拉强度 Tt=2708kN,Ts=3066kN,重量为431.5N/m.
➢ 第二段套管的可下深度为：
[注意：抗挤应按双轴应力进行计算]
1
三、套管柱强度设计(油层套管)
某井177.8mm套管，下入深度3500m, 井内钻 井液密度1.30g/cm3,水泥返至井深2800m。抗 挤安全系数为1.125,抗拉安全系数为1.8(不考虑 浮力影响)，井口抗内压安全系数为1.1.
解（1）按抗挤强度设计第一段套管 ➢ 按全掏空计算井底地外挤压力 Pb=0.0098*1.3*3500=45.5(MPa) ➢ 第一段套管应具有的抗挤强度为 Pc1=Pb*sc=45.5*1.125=51.19(MPa) ➢ 由套管性能表查得N-80，壁厚11.51mm套 管，其抗挤强度为60.46MPa ➢ 实际抗挤安全系数为： Sc1=60.46/51.19=1.181 N-80，壁厚11.51mm
=2708/(95+431.5+779+129)
=1.89 (5) 校核井口内压
Si=Pi/ps=57.36/ps=1.56
300m
2300m 水泥面2800m
3300m
3500m
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三、套管柱强度设计
以上介绍了套管柱外载分析与计算、套管柱强度设计的 基本原理和方法，同时以技术套管为例介绍了套管柱强度 设计的步骤，并给出了设计例子。
水泥面2800m 3300m
3500m
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三、套管柱强度设计(油层套管)
校核水泥面的抗挤强度
Pcc水泥面
Pc 2
1
3 4
T水泥面 Ts 2
2
1
T水泥面
2
Ts 2
49.35
1 3
259
2
1
259
47.75MPa
4 3066 2 3066
水泥面2800m
Sc水泥面＝
47.75 0.0098*1.30
3500m
7
三、套管柱强度设计(油层套管)
校核第二段套管顶截面的抗拉安全系 数（Tt2=2708kN）
➢St2=Tt2/(T1+T2)
=2708/(95.24+431.5)
=5.14 (安全)
➢校核第三段套管顶部（井口）的抗
2300m
拉强度
水wk.baidu.com面2800m
因为T3=2354kN,W3=386.9N/m ST3=2354/(T1+T2+T3)=1.66
三、套管柱设计方法
①确定设计条件：安全系数、外载计算方式 ②按内压筛选套管 ③求井底外挤力，选第一段套管 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>
……
⑦选套管，按套管抗拉强度计算其可下深度 ⑧ 抗内压安全系数校核
➢ H3=38.03/(0.0098*1.3*1.125)
=2600m
➢ 由于第三段套管要承受其下第一和第二段 套管的重量，其抗挤强度下降，因此要减 小第三段套管的下入深度，（如果不减小 ，抗挤强度不够）
水泥面处套管柱的轴向力为
T1’+T2’=79.33+500*0.4315*0.833=259kN
*
2800
1.311
(安全)
3300m 3500m
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三、套管柱强度设计(油层套管)
➢ 计算第三段套管的可下深度（采用双轴 应力设计）
找到一个井深，使第三段套管的下截面在拉 力作用下，其抗挤安全系数接近1.125
假设第三段套管下至2300 m,则第二段套管的 段长为L2=1000m
第二段套管在空气中的重量： T2=1000*0.4315=431.5kN
49.35 H 2 0.0098 *1.30 *1.125 3374 (m)
➢ 实取第二段套管的深度为3300m,则第一 段套管的段长为
L1=3500-3300=200m
3300m 3500m
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三、套管柱强度设计(油层套管)
➢ （3）校核第一段套管的抗拉系数（上端 面）和第二段套管的抗挤系数（下端面）