石油钻井固井工程设计计算书

固井工程设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

,一、基础设计参数录入,,,,,,,,

1,设计井深,H,设计值,,m,4000,固井设计的最大井深,SY/T5336-2019,单级套管固井井深

2,井眼直径,D_well,实测值,,m,0.2159,钻井完成后的井眼直径,SY/T5336-2019,8.5英寸井眼

3,套管外径,D_c,选用值,,m,0.1397,套管本体的外径,API5CT,5.5英寸套管

4,套管内径,d_c,选用值,,m,0.12136,套管本体的内径,API5CT,5.5英寸套管内径

5,套管壁厚,t_c,计算值,(D_c-d_c)/2,m,0.00917,套管本体的壁厚,API5CT,套管壁厚

6,套管钢级,Grade_c,选用值,,无,N80,套管的材料钢级,API5CT,N80高强度钢级

7,套管最小屈服强度,Yp_c,查表值,,Pa,552000000,N80钢级的最小屈服强度,API5CT,552MPa屈服强度

8,套管单位长度重量,w_c,选用值,,N/m,253,套管单位长度的重量,API5CT,5.5英寸N80套管线重

9,套管入井长度,L_c,设计值,,m,3990,套管的入井总长度,SY/T5336-2019,套管柱总长度

10,地层孔隙压力,P_form,实测值,,Pa,48000000,井底的地层孔隙压力,GB/T20657-2006,地层压力测试值

11,井底地层温度,T_form,实测值,,℃,130,井底的静止地层温度,SY/T5336-2019,循环温度测试值

12,地表温度,T_s,实测值,,℃,25,地表的平均温度,SY/T5336-2019,地表温度

13,钻井液密度,rho_m,实测值,,kg/m³,1300,固井前的钻井液密度,SY/T5336-2019,固井前钻井液密度

14,水泥浆密度,rho_cem,设计值,,kg/m³,1900,设计的水泥浆密度,API10A,加重水泥浆密度

15,顶替液密度,rho_dis,设计值,,kg/m³,1050,设计的顶替液密度,API10A,清水顶替液密度

16,注水泥排量,Q_cem,设计值,,m³/s,0.015,注水泥阶段的施工排量,SY/T5336-2019,注水泥排量

17,顶替排量,Q_dis,设计值,,m³/s,0.02,顶替阶段的施工排量,SY/T5336-2019,顶替排量

18,水泥浆水灰比,w/c,设计值,,无,0.44,水泥浆的水灰比,API10A,常规水灰比0.44

19,水泥浆稠化时间,t_thick,设计值,,min,240,水泥浆的稠化时间,GB/T19139-2012,稠化时间设计值

20,水泥浆24h抗压强度,S_cem,设计值,,MPa,24,水泥浆24小时的抗压强度,GB/T19139-2012,水泥石抗压强度

21,管流摩阻系数,f,查表值,,无,0.02,管道流动的范宁摩阻系数,范宁公式,通用摩阻系数

22,钢材密度,rho_s,查表值,,kg/m³,7850,标准钢材的密度,GB/T20657-2006,通用钢材密度

23,钢材弹性模量,E,查表值,,Pa,2.1E+11,标准钢材的弹性模量,材料力学,210GPa弹性模量

24,钢材线膨胀系数,α,查表值,,/℃,0.000012,钢材的线膨胀系数,热膨胀理论,1.2e-5/℃

25,拉伸安全系数,S_t,查表值,,无,1.6,拉伸强度的安全系数,API5CT,行业通用安全系数

26,内压安全系数,S_i,查表值,,无,1.25,内压强度的安全系数,API5CT,行业通用安全系数

27,外挤安全系数,S_o,查表值,,无,1.25,外挤强度的安全系数,API5CT,行业通用安全系数

,二、套管柱轴向力与浮力计算,,,,,,,,

28,浮力系数,Kf,计算值,1-ρm/ρs,无,0.834394904,考虑钻井液浮力的修正系数,SY/T5336-2019,浮重法修正系数

29,套管柱总浮重,W_c,计算值,w_c*L_c*Kf,N,842296.6242,套管柱在钻井液中的总浮重,SY/T5336-2019,套管柱有效重量

30,井口悬挂拉力,Q0,计算值,W_c,N,842296.6242,井口的套管悬挂拉力,SY/T5336-2019,大钩承受的载荷

31,套管横截面积,A_c,计算值,π*(D_c²-d_c²)/4,m²,0.003760361,套管本体的横截面积,API5CT,套管截面面积

32,套管拉应力,σ_t,计算值,Q0/A_c,Pa,223993550.5,套管的轴向拉应力,SY/T5336-2019,轴向拉应力

33,套管许用拉应力,σ_allow_t,计算值,Yp_c/S_t,Pa,345000000,套管的许用拉应力,API5CT,考虑安全系数的许用值

34,拉应力校核结果,,计算值,"IF(σ_t<σ_allow_t,""满足"",""不满足"")",无,满足,拉应力是否满足要求,SY/T5336-2019,拉应力不超许用则满足

,三、套管柱抗外挤强度校核,,,,,,,,

35,最大外挤压力,P_o_max,计算值,ρm*g*H,Pa,51012000,套管承受的最大外挤压力,GB/T20657-2006,管外最大压力

36,套管抗外挤强度,P_o_c,查表值,,Pa,60000000,套管的最小抗外挤强度,API5CT,查表得到的抗外挤强度

37,抗外挤校核结果,,计算值,"IF(P_o_max<P_o_c/S_o,""满足"",""不满足"")",无,不满足,抗外挤强度是否满足,GB/T20657-2006,外挤压力不超许用则满足

,四、套管柱抗内压强度校核,,,,,,,,

38,最大内压值,P_i_max,计算值,P_form+ρ_cem*g*H,Pa,122556000,套管承受的最大内压,GB/T20657-2006,管内最大工作压力

39,套管抗内压强度,P_i_c,计算值,0.875*2*Yp_c*t_c/D_c,Pa,63408876.16,套管的最小内屈服压力,GB/T20657-2006,套管抗内压强度

40,抗内压校核结果,,计算值,"IF(P_i_max<P_i_c/S_i,""满足"",""不满足"")",无,不满足,抗内压强度是否满足,GB/T20657-2006,内压不超许用则满足

,五、套管柱复合应力校核,,,,,,,,

41,套管上扣扭矩,M_torque,设计值,,N·m,8000,套管的上扣扭矩,API5B,上扣扭矩设计值

42,套管抗扭截面系数,Wt_c,计算值,π*(D_c^4-d_c^4)/(16*D_c),m³,0.000230442,套管的抗扭截面系数,材料力学,抗扭截面系数

43,套管剪应力,τ,计算值,M_torque/Wt_c,Pa,34715869.15,套管的扭转剪应力,材料力学,扭转剪应力

44,套管许用剪应力,τ_allow,计算值,0.577*Yp_c/S_t,Pa,199065000,套管的许用剪应力,第三强度理论,vonMises准则许用值

45,剪应力校核结果,,计算值,"IF(τ<τ_allow,""满足"",""不满足"")",无,满足,剪应力是否满足要求,材料力学,剪应力不超许用则满足

46,套管复合应力,σ_r,计算值,√(σ_t²+4*τ²),Pa,234507733.2,套管的拉扭复合应力,第三强度理论,拉扭复合应力

47,套管许用复合应力,σ_r_allow,计算值,Yp_c/S_t,Pa,345000000,套管的许用复合应力,第三强度理论,考虑安全系数的许用值

48,复合应力校核结果,,计算值,"IF(σ_r<σ_r_allow,""满足"",""不满足"")",无,满足,复合应力是否满足,SY/T5336-2019,复合应力不超许用则满足

,六、套管温度应力校核,,,,,,,,

49,井底与地表温差,ΔT,计算值,T_form-T_s,℃,105,井底与地表的温度差,热膨胀理论,温度差

50,套管温度应力,σ_T,计算值,E*α*ΔT,Pa,264600000,温度变化引起的热应力,热膨胀理论,温度应力

51,温度应力校核结果,,计算值,"IF(σ_T<σ_allow_t,""满足"",""不满足"")",无,满足,温度应力是否满足,SY/T5336-2019,温度应力不超许用则满足

,七、水泥浆用量计算,,,,,,,,

52,环空体积,V_ann,计算值,π*(D_well²-D_c²)/4*L_c,m³,84.91403935,套管与井眼之间的环空体积,SY/T5336-2019,环空容积

53,水泥塞体积,V_plug,计算值,π*d_c²/4*100,m³,1.156754019,套管内的水泥塞体积,SY/T5336-2019,100m水泥塞容积

54,水泥浆理论总体积,V_cem_total,计算值,V_ann+V_plug,m³,86.07079337,水泥浆的理论总体积,SY/T5336-2019,理论水泥浆用量

55,水泥浆实际总体积,V_cem_over,计算值,V_cem_total*1.05,m³,90.37433303,附加5%后的实际水泥浆体积,SY/T5336-2019,考虑损耗的附加量

56,水泥质量,m_cem,计算值,ρ_cem*V_cem_over/(1+w/c),kg,119243.9116,需要的水泥质量,API10A,干水泥质量

57,配浆水质量,m_w,计算值,w/c*m_cem,kg,52467.32112,配浆需要的水的质量,API10A,配浆水质量

58,配浆水体积,V_w,计算值,m_w/1000,m³,52.46732112,配浆需要的水的体积,API10A,配浆水体积

59,分散剂用量,m_add_d,计算值,m_cem*0.003,kg,357.7317349,分散剂的用量,API10A,0.3%BWOC

60,缓凝剂用量,m_add_r,计算值,m_cem*0.002,kg,238.4878233,缓凝剂的用量,API10A,0.2%BWOC

61,降失水剂用量,m_add_f,计算值,m_cem*0.0015,kg,178.8658675,降失水剂的用量,API10A,0.15%BWOC

,八、水泥浆性能校核,,,,,,,,

62,水泥浆实际密度,ρ_cem_calc,计算值,(m_cem+m_w)/V_cem_over,kg/m³,1900,计算得到的水泥浆实际密度,API10A,水泥浆密度验证

63,水泥浆API失水量,FL_API,设计值,,mL/30min,50,水泥浆的API失水量,GB/T19139-2012,失水量测试值

64,失水量校核结果,,计算值,"IF(FL_API<100,""满足"",""不满足"")",无,满足,失水量是否满足要求,SY/T5336-2019,失水量小于100mL则满足

65,水泥浆稠化时间,t_thick,设计值,,min,240,水泥浆的稠化时间,GB/T19139-2012,稠化时间测试值

66,稠化时间校核结果,,计算值,"IF(t_thick>t_total+60,""满足"",""不满足"")",无,满足,稠化时间是否满足要求,SY/T5336-2019,稠化时间大于施工时间+60min则满足

67,水泥石抗压强度,S_cem,设计值,,MPa,24,水泥石24h抗压强度,GB/T19139-2012,抗压强度测试值

68,抗压强度校核结果,,计算值,"IF(S_cem>14,""满足"",""不满足"")",无,满足,抗压强度是否满足要求,SY/T5336-2019,抗压强度大于14MPa则满足

,九、注水泥施工参数计算,,,,,,,,

69,环空注水泥流速,v_cem_ann,计算值,Q_cem/(π*(D_well²-D_c²)/4),m/s,0.704830443,环空的注水泥流速,水力计算,环空流速

70,注水泥循环压耗,ΔP_cem,计算值,f*ρ_cem*v_cem_ann²*L_c/(2*(D_well-D_c)),Pa,494243.3486,注水泥阶段的循环压耗,范宁公式,注水泥压耗

71,注水泥施工时间,t_cem_inj,计算值,V_cem_over/Q_cem/60,min,100.4159256,注水泥阶段的施工时间,SY/T5336-2019,注水泥时间

72,套管内顶替流速,v_dis_cas,计算值,Q_dis/(π*d_c²/4),m/s,1.728976055,套管内的顶替流速,水力计算,管内流速

73,顶替循环压耗,ΔP_dis,计算值,f*ρ_dis*v_dis_cas²*L_c/(2*d_c),Pa,1031964.088,顶替阶段的循环压耗,范宁公式,顶替压耗

74,顶替施工时间,t_dis_inj,计算值,(π*d_c²/4*(L_c-100))/Q_dis/60,min,37.49810944,顶替阶段的施工时间,SY/T5336-2019,顶替时间

75,总施工时间,t_total,计算值,t_cem_inj+t_dis_inj,min,137.914035,注水泥与顶替的总施工时间,SY/T5336-2019,总施工时间

76,最大施工泵压,P_pump_max,计算值,ΔP_cem+ΔP_dis+P_form,Pa,49526207.44,施工过程中的最大泵压,水力计算,最大泵压

77,泵压校核结果,,计算值,"IF(P_pump_max<25000000,""满足"",""不满足"")",无,不满足,泵压是否满足要求,SY/T5336-2019,泵压小于25MPa则满足

78,环空流速校核结果,,计算值,"IF(v_cem_ann>1andv_cem_ann<2,""满足"",""不满足"")",无,满足,环空流速是否满足要求,SY/T5336-2019,环空流速1-2m/s则满足

,十、套管居中与扶正器设计,,,,,,,,

79,套管截面惯性矩,I_c,计算值,π*(D_c^4-d_c^4)/64,m^4,8.04819E-06,套管的截面惯性矩,材料力学,截面惯性矩

80,允许偏心距,e,设计值,,m,0.01,允许的套管偏心距,SY/T5336-2019,设计允许偏心距

81,扶正器最大间距,L_spacer,计算值,√(24*E*I_c/(w_c*e)),m,4004.093288,扶正器的最大允许间距,SY/T5336-2019,扶正器间距

82,扶正器设计数量,N_spacer,计算值,ceil(L_c/L_spacer),个,1,需要的扶正器设计数量,SY/T5336-2019,扶正器数量

83,扶正器数量校核,,计算值,"IF(N_spacer>=1,""满足"",""不满足"")",无,满足,扶正器数量是否满足,SY/T5336-2019,扶正器数量足够则满足

84,套管偏心度,ecc,计算值,e/(D_well-D_c),无,0.131233596,套管的偏心度,SY/T5336-2019,偏心度

85,偏心度校核结果,,计算值,"IF(ecc<0.33,""满足"",""不满足"")",无,满足,偏心度是否满足要求,SY/T5336-2019,偏心度小于1/3则满足

,十一、顶替效率校核,,,,,,,,

86,顶替效率,E_dis,设计值,,无,0.95,注水泥的顶替效率,SY/T5336-2019,顶替效率设计值

87,顶替效率校核结果,,计算值,"IF(E_dis>0.9,""满足"",""不满足"")",无,满足,顶替效率是否满足要求,SY/T5336-2019,顶替效率大于0.9则满足

,十二、固井设计整体合理性判断,,,,,,,,

88,拉应力校核,,判断值,,无,满足,拉应力校核结果,SY/T5336-2019,

89,抗外挤校核,,判断值,,无,不满足,抗外挤校核结果,SY/T5336-2019,

90,抗内压校核,,判断值,,无,不满足,抗内压校核结果,SY/T5336-2019,

91,剪应力校核,,判断值,,无,满足,剪应力校核结果,SY/T5336-2019,

92,复合应力校核,,判断值,,无,满足,复合应力校核结果,SY/T5336-2019,

93,温度应力校核,,判断值,,无,满足,温度应力校核结果,SY/T5336-2019,

94,失水量校核,,判断值,,无,满足,失水量校核结果,SY/T5336-2019,

95,稠化时间校核,,判断值,,无,满足,稠化时间校核结果,SY/T5336-2019,

96,抗压强度校核,,判断值,,无,满足,抗压强度校核结果,SY/T5336-2019,

97,泵压校核,,判断值,,无,不满足,泵压校核结果,SY/T5336-2019,

98,环空流速校核,,判断值,,无,满足,环空流速校核结果,SY/T5336-2019,

99,扶正器校核,,判断值,,无,满足,扶正器校核结果,SY/T5336-2019,

100,偏心度校核,,判断