井身结构设计相关计算

1、井身结构设计所需各项参数如下:Sb取0.036 g/cm3 ;Sg取0.04 g/cm3;Sf取0.03g/cm3 ;Sk取0.06g/cm31.确定中间套管下如深度初选点D21f=max+Sb+Sg+Sf f=1.12+0.036+0.03+2240/D21×0.06若发生井涌时: f=max+Sb+ Sf+(Dpmax/D21)×SK初选D1 =650m;将650m代入上式得:f650=1.12+0.036+0.03+(2240/650)×0.06=1.393 g/cm3f650=1.393g/cm3 650m处地层破裂压力为f650 = 1.408g/cm3

2、 由上图得在650m处f650=1.393g/cm3 因为f <f650且相近,所以中间套管下如深度初选为650m2.校核中间套管下到深度650m是否会发生压差卡钻的危险由上图得在650m处时p650=0.913 g/cm3 pmin=0.85 g/cm3 Pmin=100m由p=0.00981(m-pmin)Dpmin得p=0.00981×85) ×100=0.097 MPa由p <pN;所以中间套管下入深度为650m 3.确定表层套管下入深度表层套管初选120m ;由fE=(p2+Sb+Sf)+(D2/D1)×Sk得fE=（0.913+0.036+

3、0.03）+(650/ D1)×0.006=1.304g/cm3由图得深120m处f=1.305 g/cm3;因fE<f45且相近所以满足要求该井井身结构设计结果套管层次表层套管中间套管油层套管下入深度120m650m2240m套管柱设计一、油层套管设计1.可选套管直径D=139.7mm;管鞋深度为2240m;固井前钻井液密度为1.25 g/cm3计算套管内压分布当Hi=0时井口压力为Pb=Pf/e0.0000618(D-hi)=35159/e0.0000618×2240=35159/1.147=30653 KPa当hi=hf时,套管鞋处内压力为 35159 KPa按

4、抗内压初选套管，则要求套管井口应有pbpb×SI=30653×1.1=33718KPa井底应有pbpb×SI=35159×1.1=38675KPa可选用的套管为:C-75 7.72mm 49987KPa2.按抗挤强度设计初选下部分第一断套管,按套管内内掏空计算外载荷Pc=9.81 m×H1=9.81×1.25×2240=27468KPa满足强度要求 ,实际抗挤安全系数为:Sc1=pc1/ pc =41644/27468=1.516>1.0(安全)Si1=pb1/pb=49987/30653=1.292>1.1(安

5、全)3.先按抗挤初选第二段套管,可选用K-55壁厚7.72mm套管,按抗内压确定第二段套管得下入深度取Si=1.1H2Hf-1/0.00011155×0.55×lnpf/Pi/Si=2240-3343=1103<0所以第二段套管不满足设计要求，故只能选用钢级C75壁厚7.72mm的套管4.校核抗拉强度：作用在套管上的浮力为:Fb=A1×9.81×m×h1×10-6=3.14/4（139.72124.32 ）×9.81×1.25×2240×10-6=87.66KN套管顶部轴向拉力载荷为:T

6、b= T1- Fb1=248.1×2240×10-387.66=532.6KN该套管的实际抗拉安全系数:ST1=1454.6/532.6=2.73113>1.8(安全)油层套管设计如下:段号井深m段长m钢级壁厚mm安全系数 ST Sc Si第一段22400-2240C-757.722.731.5161.292二、中间套管设计650m处的pf=1.408 g/cm3选用套管外径为244.5mm1) 计算套管的内压载荷当Hi=0时井口压力pf=1.517g/cm×9.81×650 =5729.5KPaPb=Pf/e0.0000618(D-hi)=572

7、9.5/e0.0000618×650=8624.4KPa当Hi=650时,管鞋处压力为Pb=Pf=8978KPa按抗内压初选套管，则要求套管井口应有pbpb×SI=8624×1.1=9486.4KPa井底应有pbpb×SI=8978×1.1=9875.8KPa可选套管为: J-55 8.94mm 24270KPa2)按抗挤强度设计初选下部第一段套管按套管内全捣空计算外载Pc=9.81 m×H1=9.81×1.2×650=7652KPa套管鞋处的实际抗挤安全系数为:SC=PC1/PC1=13927/7652=1.82

8、0>1.1(安全)在套管鞋处的实际抗内压安全系数为Si=Pb1/Pb1=24270/8978=2.703>1.1(安全)由纲级J-55套管性能表得，满足套管抗挤强度要求，且能同时满足套管抗内压要求的最便宜的套管3)校核抗拉强度:作用在套管上的浮力为:Fb=A×9.81×m×h=9.81×1.25×650×1/4(D2-d2)×10-6=9.81×1.25×650×1/4(244.52-226.62)×10-6=52.8KN套管重量:T=0.5254×650=341

9、.5KN其抗拉安全系数为:St =2015/(341.552.8)=6.98>1.8 (安全)因此中间套管的设计结果如下:段号井深/m段长/m钢级壁厚/mm安全系数16500-650J-558.94StScSi6.981.822.0733>设计表层套管可选表层套管直径为339.7mm当Hi=0井口压力为:Pb=Pf/e0.0000618(D-hi)=0.00981×1.25×120×103/e0.00006135×120=1471.5/1.007=1461Kpa当Hi=Hf时套管鞋处的内压为Pb=1471.5Kpa按抗内压处选套管则要求套管:

10、井口应有: Pbpb×SI=1461×1.1=1607Kpa套管鞋处为: Pbpb×SI=1471×1.1=1618Kpa可选该尺寸套管为:H-40 8.38mm 11928Kpa按抗挤强度设计处选套管Pc=9.81 m×H1=9.81×1.25×120=1322Kpa管鞋初的实际抗挤和抗内压的安全系数为:SC=PC1/PC1=5102/1322=3.88>1.0 (安全)Si=Pb1/Pb1=11928/1471=8.11>1.1 (安全)校核抗拉强度作用在套管上的浮力为:FB=m×9.81×

11、;H×A=1.25×9.81×120×(339.7×339.7323×323) ×10-6=12.79KN套管重为: T1=700.5×120×10-3=84.06kN其抗拉系数为:St =1432.3/(84.06312.79)=20.1>1.8 (安全)故钢级H-40 壁厚 8.38mm 为可用套管中最经济的一种表层套管的设计结果如下:段号井深/m段长/m钢级壁厚/mm扣型安全系数11200-120H-408.38长圆扣StStSt20.13.868.113.钻柱的设计1> 一钻时的钻柱设

12、计井深: 120m 钻井液的密度1.25 g/cm3 钻铤选择: 选用外径203mm 内径71.40mm 线重qc=2.19KN/m 计算铤长度钻:KB=1-b/w =0.844 LC=SNWmax/qcKBcos计算得LC =180×1.25/(2.19×0.844)=122m按单根10m计算, 用13根钻铤,总长130m,即可钻达目的层.2> 二钻是的钻柱设计计算参数如下: 井深650m,钻头直径311.1mm,最大钻压180KN,卡瓦长度406.4mm,安全系数1.3, 钻铤的选择:选用外径203mm,内径71.4mm,钻铤线重qc=2.19KN/m计算钻铤长度

13、LC=SNWmax/qcKBcos, KB =0.844计算得LC=180 ×1.25/2.19×1090×0.844=122m按单根钻铤10m计算,用13根总长130m 选择第一段钻杆选用外径139.7mm,内径121.40mm, 强度为D级,最小抗拉载荷Fy=1426.36KN计算最大长度为:最大安全静拉载荷为:Fa=Fp/St=0.9×1426.36/1.3=987.48KNFa=FP( y/ t)=0.9×1426.36/1.42=904.03KNFa=FP-MOP=0.9×1426.36200=1083.72KN由上可知,按

14、卡瓦挤毁比值计算Fa最小,则每段钻杆的许用长度为:KB=0.856L=(Fa/KB)-lcqc/qp=904.03/(319.71/1000) ×0.8562.19×130/(319.71/1000)=3303890=2413m许用钻杆总长为130 + 2413 =2543 m已超过设计尺寸最后设计钻柱组合如下表:规范长度/m在空气中重/KN在钻井液中重/KN钻铤：外径203mm内径：71.4mm线重：2.19KN/m130284.7243.7钻杆：外径139.7mm内径：121.40mm线重：0.319KN/m D级520166.25142.31合计650451.9538

15、6三钻钻柱设计井深2240m钻头直径200mm,最大钻压180KN,卡瓦长度406.4mm,安全系数1.3,钻铤的选择:选用外径152mm,内径57.20mm,钻铤线重qc=1.212KN/m计算钻铤长度: KB=1-b/w =11.25/7.94=0.843L=180×1.25/1.212×0.843×1=208m按单根钻铤10m计算, ,用21根总长208m选择第一段钻杆选用外径114mm,内径100.50mm, 强度为E级,最小抗拉载荷Fy=1201.56KN计算最大长度为:最大安全静拉载荷为:Fa=Fp/St=0.9×1201.56/1.3=831.85KNFa=FP( y/ t)=0.9×1201.56/1.42=761.55KNFa=FP-MOP=0.9×1201.56200=881.4KN由上可知,按卡瓦挤毁比值计算Fa最小,则每段钻杆的许用长度为:KB=1-b/w =11.25/7.485=0.83 L=(Fa/KB)-lcqc/qp=761.55/(200.73