套管柱设计

完井工程大作业二一口井套管柱设计班级：油工10801班姓名：李彪学号：200806866序号：17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、新生界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。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：套管程序井段m规范长度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0～339.7STCJ55油套0～139.7LTC～139.7LTC～139.7LTC套管性能表钢级扣型壁厚/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/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-110LTC7.72139.7248.173.36051.5731979.5P-LTC9.17139.7110291.987.15076.5322437.6P-110LTC10.54139.7335.790.735100.2502860.2一开井眼外径：Φ444.5㎜钻达井深：153m套管外径：Φ339.7㎜套管下深：150m水泥返深：地面二开井眼外径：Φ215.9㎜钻达井深：3579m套管外径：Φ139.7㎜套管下深：3574m水泥返深：2850mΦ241.3×1000m广斜－1井井身结构示意图套管柱设计一.表套设计设计方法：由于表套仅须下150m，故无需分段设计。表套主要左右为封固表层平原组和部分广华寺组的疏松浅层，并要在其上安装井口防喷装置，因此表层套管可能的最大载荷是溢流关井时的井口内压力，井口是危险断面。设计应主要考虑井口抗内压，防止溢流关井时井口套管承受高压而爆裂，然后再校核抗挤和抗拉。1)抗内压强度设计按设计要求以防喷器额定压力为井口压力，则表套在井口内压载荷为21Mpa,pi=21Mpa。根据已给套管性能表，取表套为J-55STC壁厚10.92mm的套管。[pi]=21.305MPa则实际安全系数Si=[pi]/pi=21.305/21=1.011(安全)2)抗挤校核一开钻井液密度：ρm1=1.10g/cm3，套管下深：D=150m，则套管底部的外挤压力：pc=0.00981ρm1D=1.62Mpa实际抗挤安全系Sc=[pc]/pc=10.618/1.62=6.551.0(安全)3)抗拉校核已知钻井液密度和钢材密度可求得浮力系数：KB=1-=1-=0.86查表知套管线重：q=0.8902KN/m则在井口断面的轴向拉力载荷Tb==0.86×0.8902×150=114.83KN实际抗拉安全系数St=[Tb]/Tb=2646.7/114.83=178.461.6(安全)二.油套设计设计方法：油套下深太大，因此需分段设计。对于抗内压无要求，故只需在设计完毕之后进行校核即可。下部套管在底层深处，主要受外挤压力，故按抗挤强度设计，以抗拉强度校核。套管上部主要受轴向拉力作用，故当设计段变为自由套管时要以抗拉强度为设计标准。1)第一段套管设计二开钻井液密度ρm2=1.32g/cm3。上覆岩层当量密度ρo=2.3g/cm3故取上覆岩层密度计算套管全体最大外挤压力;套管下深为3574m，则套管全体最大外挤压力：Pc1=0.00981×ρoD1Sc=90.72Mpa查表后选取P-110LTC壁厚10.54mm的套管2)第二段套管设计以及第一段套管校核选取与第一段壁厚相同，钢级低一级的套管，即N-80LTC壁厚10.54mm查表知[pc2]=76.945Mpa,可推算出第二段套管下深：D2==3031m取实际下深为3000m实际抗挤安全系数:SC2=[pc2]/pc2==1.1361.125(安全)校核第一段抗拉强度：第一段长度L1=D1-D2=3574-3000=574m浮力系数KB=1-ρm2/ρo=则第一段套管顶部拉力载荷：Tb1=L1×q1×KB=159.93KN实际安全系数ST1=[Tb1]/Tb1=2860.2/159.93=17.881.8(安全)3)按抗挤强度选择第三段及校核第二段根据第二段套管的选材选取第三段套管，故选取与第二段套管同钢级，壁厚稍薄的N-80LTC壁厚9.17mm的套管。可知[pc3]=60.88Mpa，则第三段下深：取第三段下深D3=2300m则实际抗挤安全系数SC3=[pc3]/pc3=1.1731.125(安全)校核第二段：根据第三段下深可知第二段长度L2=D2-D3=700m则第二段顶端拉力载荷：第三段实际抗拉安全系数：(安全)由于第三段的下深已在水泥面以上，故是时候考虑抗拉强度了4)按抗拉强度设计第三段套管按抗拉强度设计计算第三段套管长度：取L3=2900m则三段套管总长L=L1+L2+L3=41713574m故按抗挤强度计算的第三段套管以满足要求，对第三段进行抗拉强度校核：L3=D-L1-L2=2300mTb3=Tb2+KBq3L3=912.21KNST3=[Tb3]/Tb3=2.081.8(安全)5)全套管抗内压强度校核以井口防喷器额定压力作为全套管内压力可算作内压力极限情况，故取pr=21Mpa,则：Si1=[pri1]/pr=4.321.10(安全)；Si2=[pri2]/pr=3.241.10(安全)；Si3=[pri3]/pr=3.011.10(安全)。套管程序井段m规范长度m钢级壁厚mm重量安全系数尺寸mm扣型单位重力N/m段重104N累重104N抗拉表套0～150339.7STC150J5510.92890.213.313.35178.5油套0～2300139.7LTC2300N809.17291.967.1109.92.08～3000139.7LTC700N8010.54335.723.542.86.29～3574139.7LTC574P11010.54335.719.319.317.88