一口井套管柱设计

1、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2设计地层剖面 地层时代设计地层/m岩性简述界系组段层井深厚度新生界第四系平原组9090黄色粘土、砾石、流砂层上第三系广华寺组930840杂色粘土岩、砾状砂岩、砂砾岩下第三系荆河镇组1760830灰、绿灰色泥岩底部夹油页岩潜江组潜一段2170410膏岩韵律层段及砂泥岩互层段潜二段2570400盐岩、油浸泥岩、石膏质泥岩、泥岩组成的韵律层潜三段3070500灰色泥岩夹粉砂岩、盐岩、油浸泥岩、泥岩潜四上41312050灰色泥岩

2、夹粉砂岩41下316040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段40318020盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段40中3330150盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段40下338050盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段42341030灰色泥岩夹粉砂岩42下345040盐岩、油浸泥岩、泥岩组成的韵律层段43350050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339.7mm，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=

3、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。油层套管：下深3574m，外径139.7mm，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：套管程序井 段m规 范长

4、度m钢级壁 厚mm重 量安 全 系 数尺 寸mm扣型单位重N/m段 重104N累 重104N抗拉抗 挤抗 内 压表套0150339.7STC150J5512.19992.414.88614.88620.178.31.13油套01900139.7LTC1900P1107.72248.147.13998.5172.421.23.4919003000139.7LTC1100P1109.17291.932.10951.3785.711.1330003574139.7LTC574P11010.54335.719.26919.26917.871.24套管性能表钢级扣型壁厚/mm外径/mm名义重量/N/m抗

5、内压强度/MPa抗外挤强度/MPa抗拉强度/KNJ-55STC9.65339.7795.418.8237.7912286.4J-55STC10.92339.7890.221.30510.6182646.7J-55STC12.19339.7992.423.78713.4453002.5N-80LTC7.72139.7248.153.36543.2991548.0N-80LTC9.17139.7291.963.36360.8811903.8N-80LTC10.54139.7335.768.12076.9452233.0P-110LTC7.72139.7248.173.36051.5731979.5

6、P-110LTC9.17139.7291.987.15076.5322437.6P-110LTC10.54139.7335.790.735100.2502860.2油层套管设计：已知条件：油层套管下深H=3574m，外径139.7mm，二开最大钻井液密度m= 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。上覆岩层压力的当量密度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o=2.3g/cm3来计算第一段套管设计

7、：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，Pb=0.00981*o*H=0.00981*2.3*3574=80.64Mpa2）第一段套管应具有的抗挤强度应为Pc1= Pb *Sc=80.64*1.125=90.72Mpa2.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Pc=100.25 Mpa，抗拉强度为Tt1=2860.2KN，重量W1=0.3357KN/m第二段套管设计：1.

8、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Pc=76.532 MPa，抗拉强度Tt2=2437.6KN，重量为W2=0.2919KN/m2. 按抗挤强度计算第二段套管的可下深度：H2= Pc/(0.00981*o * Sc)=76.532/(0.00981*2.3*1.125)=3023m3.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H2=3000m，则第一段套管的段长为L1=3574-3000=574m4.校核第一段套管的

9、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：Sc1= Pc/ Pb =100.25/80.64=1.241.125(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） 计算第一段套管的浮力系数Bf=1-m/s=1-1.32/7.8=0.831 计算第一段套管的段重（空气中）T1=L1*W1=574*0.3357=192.69KN 计算第一段套管的浮重（钻井液中）T1= L1*W1*Bf=574*0.3357*0.831=160.08KN 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

10、计算）St1= Tt1/ T1=2860.2/160.08=17.871.8（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Pc=51.573 MPa，抗拉强度Tt3=1979.5KN，抗内压强度Pi=73.36 Mpa，重量W3=0.2481 KN/m2.按抗挤强度计算第三段套管的可下深度：H3= Pc/(0.00981*o * Sc)=51.573/(0.00981*2.3*1.125)=2031.76m3.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

11、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H3=1900m，则第二段套管的段长为L2= H2- H3=3000-1900=1100m4. 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）Sc2= Pc/(0.00981*o *H2)=76.532/(0.00981*2.3*3000)=1.131.125(安全) 2）校核第二段套管的抗拉安全系数（上端面） 计算第二段套管的浮力系数Bf=1-m/s=1-1.32/7.8=0.831 计算第二段套管的段重（空气中）T2= L2*W2=

12、1100*0.2919=321.09KN 计算第二段套管的浮重（钻井液中）T2= L2*W2*Bf=1100*0.2919*0.831=266.83KN 第二段套管上端面的拉力（钻井液中）T1+ T2=160.87+266.83=427.70KN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）St2=Tt2/( T1+ T2)= 2437.6/(160.08+266.83)=5.711.80(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）Sc3= Pc/(0.00981*o *H3)= 51.573/0.00981*

13、2.3*1900=1.21.125(安全)2）校核第三段套管的抗拉安全系数（上端面） 计算第三段套管的浮力系数Bf=1-m/s=1-1.32/7.8=0.831 计算第三段套管的段重（空气中）T3= H3* W3=1900*0.2481=471.39KN 计算第三段套管的浮重（钻井液中）T3= H3* W3* Bf =1900*0.2481*0.831=391.73KN 第三段套管上端面的拉力（钻井液中）T1+ T2+T3=160.87+266.83+391.73=819.43KN第三段套管的抗拉系数（题目要求考虑浮力影响，因此用浮重计算）St3=Tt3/( T1+ T2 +T3)= 1979

14、.5/(160.87+266.83+391.73)=1979.5/819.43=2.421.80(安全)6.由校核数据可知第三段套管的抗拉系数已经接近题目要求的最小抗拉系数，因此我们设计三段套管，第三段套管即为最后一段油层套管，延伸至井口。7. 校核第三段套管（井口）的抗内压安全系数（题目要求抗内压强度接近防喷器的额定压力，因此防喷器额定压力为井口内压力）Si=Pi/Ps=73.36/21=3.491.10(安全)表层套管设计：已知条件：下深H表=150m，外径339.7mm，一开钻井液密度m表=1.1g/cm3，防喷器额定压力Ps 表=21Mpa,安全系数:抗挤Sc=1.0，抗拉St=1.6

15、，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解：1.根据题目要求表层套管的抗内压强度接近防喷器的额定压力21 Mpa，依据抗内压强度查表，由套管性能表查的选用J-55，壁厚12.19mm套管，其抗挤强度为Pc表=13.445 Mpa，抗内压强度为Pi表=23.787 Mpa，抗拉强度为Tt表=3002.5KN，重量W表=0.9924KN/m2.校核表层套管的安全系数： 1）校核表层套管的抗挤安全系数（井底）计算表层套管应具有的抗挤强度（按全掏空计算井底外挤压力）Pb表=0.00981*m表*H表=0.00981*1.1*150=1.62MPa表层套管应具有的抗挤强度应为Pc表=Pb表*Sc=1.62*1.0=1.62MPa表层套管实际抗挤安全系数为：Sc=Pc表/ Pb表=13.445/1.62=8.301.0(安全)2）校核表层套管的抗拉安全系数（井口），由于题目抗拉强度没有特别说明，所以从安全考虑我们按照不考虑浮力计算计算表层套管的段重（空气中）T表=H表*W表=150*0.9924=148.86KN表层套管的实际抗拉系数St=