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S c=1.0，抗拉S t=1.6，抗内压S i=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S c=1.125，抗拉S t=1.80(考虑浮力)，抗内压S i=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、计算结油层套管设计：已知条件：油层套管下深H=3574m，外径Φ139.7mm，二开最大钻井液密度ρm= 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ρo=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ρo=2.3g/cm3来计算第一段套管设计：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，P b =0.00981*ρo*H=0.00981*2.3*3574=80.64Mpa2）第一段套管应具有的抗挤强度应为P c1= 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. 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：H 2= Pc’’/(0.00981*ρo* 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：S c1= Pc’/ Pb=100.25/80.64=1.24>1.125(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）①计算第一段套管的浮力系数B f =1-ρm/ρs=1-1.32/7.8=0.831②计算第一段套管的段重（空气中）T 1=L1*W1=574*0.3357=192.69KN③计算第一段套管的浮重（钻井液中）T 1’= L1*W1*Bf=574*0.3357*0.831=160.08KN④第一段套管的抗拉系数（题目要求考虑浮力影响，因此用浮重计算）S t1= Tt1/ T1’=2860.2/160.08=17.87>1.8（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P c’’’=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：H 3= Pc’’’/(0.00981*ρo* 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L 2= 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）S c2= Pc’’/(0.00981*ρo*H2)=76.532/(0.00981*2.3*3000)=1.13>1.125(安全)2）校核第二段套管的抗拉安全系数（上端面）①计算第二段套管的浮力系数B f =1-ρm/ρs=1-1.32/7.8=0.831②计算第二段套管的段重（空气中）T 2= L2*W2=1100*0.2919=321.09KN③计算第二段套管的浮重（钻井液中）T 2’= L2*W2*Bf=1100*0.2919*0.831=266.83KN④第二段套管上端面的拉力（钻井液中）T 1’+ T2’=160.87+266.83=427.70KN⑤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）S t2=Tt2/( T1’+ T2’)= 2437.6/(160.08+266.83)=5.71>1.80(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）S c3= P c ’’’/(0.00981*ρo *H 3)= 51.573/0.00981*2.3*1900=1.2>1.125(安全) 2）校核第三段套管的抗拉安全系数（上端面） ①计算第三段套管的浮力系数B f =1-ρm /ρs =1-1.32/7.8=0.831②计算第三段套管的段重（空气中）T 3= H 3* W 3=1900*0.2481=471.39KN③计算第三段套管的浮重（钻井液中）T 3’= H 3* W 3* B f =1900*0.2481*0.831=391.73KN④第三段套管上端面的拉力（钻井液中）T 1’+ T 2’+T 3’=160.87+266.83+391.73=819.43KN⑤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） S t3=T t3/( T 1’+ T 2’ +T 3’)= 1979.5/(160.87+266.83+391.73)=1979.5/819.43=2.42>1.80(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） S i ’=P i /P s =73.36/21=3.49>1.10(安全)表层套管设计：已知条件：下深H 表=150m ，外径Φ339.7mm ，一开钻井液密度ρm 表=1.1g/cm 3，防喷器额定压力 P s 表=21Mpa,安全系数:抗挤S c =1.0，抗拉S t =1.6，抗内压S i =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 P c 表=13.445 Mpa ，抗内压强度为P i 表=23.787 Mpa ，抗拉强度为T t 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）①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） P b 表=0.00981*ρm 表*H 表=0.00981*1.1*150=1.62MPa ②表层套管应具有的抗挤强度应为 P c 表=Pb 表*Sc=1.62*1.0=1.62MPa ③表层套管实际抗挤安全系数为：S c ’=P c 表/ P b 表=13.445/1.62=8.30>1.0(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 ①计算表层套管的段重（空气中）T 表=H 表*W 表=150*0.9924=148.86KN②表层套管的实际抗拉系数S t’=Tt表/ T表=3002.5/148.86=20.17>1.6(安全)3）校核表层套管（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）S i’=Pi表/Ps表= 23.787/21=1.13>1.0(安全)。