套管柱设计
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钻井工程-19-井身结构讲解
Sf
D31 D2
Sk
2.15 0.036 0.03 D31 0.06 3200
试取 D31 =3900m，得 pper 2.01g / cm3
由ρp曲线，p3900 1.94 pper 2.01g / cm3
故确定初选点 D31 = 3900 m.
21
（4）校核是否会卡尾管 计算压差：
钻井工程
井身结构
中国石油大学（北京）
1
oil zone
一开 表层套管
二开 中间套管
(技术套管)
三开 生产套管
(油层套管)
2
井身结构—油井基础，全井骨架 固井工程—套管柱设计和注水泥 不仅关系全井能否顺利钻进完井， 而且关系能否顺利生产和寿命。
3
井身结构设计 内容：套管层次； 每层套管下深； 套管和井眼尺寸配合。
Dpmin ——最小地层孔隙压力所处的井深，m
f min ——裸眼段最小地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
fc1 ——套管鞋处地层破裂压力的当量泥浆密度， g / cm3
Dc1 ——套管下入深度，m
11
五、井身结构设计方法
1、求中间套管下入深度初选点 D21 （1）不考虑发生井涌
一、套管的分类及作用 二、井身结构设计原则 三、井身结构设计基础数据 四、裸眼井段应满足力学平衡 五、井身结构设计方法（举例） 六、套管尺寸和井眼尺寸选择
4
一、套管的分类及作用
1、表层套管—Surface casing 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层 安装井口、悬挂及支撑后续各层套管
2、中间套管—Intermediate casing 表层和生产套管间因技术要求下套管 可以是一层、两层或更多层 主要用来分隔井下复杂地层
套管及套管柱汇总
窜槽：由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走，而使环形空间局 部出现未被水泥浆封固住的这种现象。
形成窜槽的原因：
• 套管不居中； • 井眼不规则；
• 水泥浆性能及顶替措施不当。
– 接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。
（2）水泥浆凝结过程中油气水上窜
引起油气水上窜的原因： ①水泥浆失重：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力 逐渐减小的现象。 ②桥堵引起失重，从而引起油气水上窜； ③水泥浆凝结后体积收缩；收缩率小于0.2%。 ④套管内原来有压力，放压后使套管收缩。 ⑤泥饼的存在，影响地层——水泥间（第二界面）的胶结。
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
第二节
一、套管规范
套管及套管柱
套管：优质无缝钢管。一端为公扣，直接车在管体上；一端为带
母扣的套管接箍。
套管的尺寸系列：
图
单根套管示意图
1——接箍
2——套管本体
API标准套管：4 1/2“，5”，5 1/2“，6 5/8”，7“， 7 5/8”， 8 5/8“， 9 5/8"，10 3/4"，11 3/4"，13 3/8"，16"，18 5/8"，20"；共14种。 壁厚：5.21～16.13 mm。 套管的钢级 API标准：H-40，J-55，K-55，C-75，L-80，N-80，C-90，C-95， P-110，Q-125。（数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。 连接螺纹的类型 API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型 （XL）
形成窜槽的原因：
• 套管不居中； • 井眼不规则；
• 水泥浆性能及顶替措施不当。
– 接触时间、顶替速度及流态、水泥浆流变性等。
（2）水泥浆凝结过程中油气水上窜
引起油气水上窜的原因： ①水泥浆失重：水泥浆柱在凝结过程中对其下部或地层所作用的压力 逐渐减小的现象。 ②桥堵引起失重，从而引起油气水上窜； ③水泥浆凝结后体积收缩；收缩率小于0.2%。 ④套管内原来有压力，放压后使套管收缩。 ⑤泥饼的存在，影响地层——水泥间（第二界面）的胶结。
第三节
2、油井水泥的主要成分
油井水泥
油井水泥属于硅酸盐类水泥，它的主要原料是石灰石、粘土和 少量铁矿石。
1）水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙3CaO· SiO2（简称C3S）
• 水泥的主要成份，一般的含量为 40％～65％。 • 对水泥的强度，尤其是早期强度有较大的影响。 • 高早期强度水泥中含量可达60％～65％，缓凝水泥中含量在40 ％～45％。 （2）硅酸二钙2CaO· SiO2（简称C2S）， • 含量一般在24％～30％之间；
第二节
一、套管规范
套管及套管柱
套管：优质无缝钢管。一端为公扣，直接车在管体上；一端为带
母扣的套管接箍。
套管的尺寸系列：
图
单根套管示意图
1——接箍
2——套管本体
API标准套管：4 1/2“，5”，5 1/2“，6 5/8”，7“， 7 5/8”， 8 5/8“， 9 5/8"，10 3/4"，11 3/4"，13 3/8"，16"，18 5/8"，20"；共14种。 壁厚：5.21～16.13 mm。 套管的钢级 API标准：H-40，J-55，K-55，C-75，L-80，N-80，C-90，C-95， P-110，Q-125。（数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。 连接螺纹的类型 API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连型 （XL）
套管设计的力学基础
第二节套管设计的力学基础一、套管设计的力学基础1.压力法定计量单位规定，压力是作用在每平方米面积上以N(牛顿)为单位的力，国际单位为MPa，英制单位为psi。
横截面积为1m2时的lm高的液柱，作用在底部的压力数值上等于体积为1m3液体的重力。
2.静水压力由均质流体作用于一点处的压力。
静水压力是一种全方位的力，各个方向大小均匀一致。
静水压力增大，会使受力物体的体积缩小，但不会改变其形状。
某点的静水压力等于作用玉该点以上无附加压力液柱重量。
如钻井液密度为×103k g/m3，重力加速度为s2，则在3000米井深位置的静水压力为p=×103×3000×10=(2-1-1)3.静水压力梯度某点的静水压力梯度等于此点的静水压力除以深度，也等于液柱密度乘以重力加速度，单位为MPa/m，常用g/cm3表示，数值等于钻井液密度。
某井，在3000米处压力为，钻井液密度为×103k g/m3，则静水压力梯度为静水压力梯度=3000=m=cm34.浮力浮力是由套管钢材所排开的液体体积产生的力。
该力作用在套管底部，方向向上。
一般情况下，浮力在数值上等于套管底部的静水压力乘以套管的横截面积,按下式计算（单位kN）。
浮力=-10γc L A s(3-2-1)式中γc一一压力梯度，g/cm3；L一一套管深度，m；A s一一管体横截面积，m2。
例：深度为1000m的(7in)，平均重为m的套管柱，在密度为cm3的钻井液中的浮力是多少？浮力=-10×钻井液密度×1000××10-4=在井内充满钻井液的套管柱，钻井液浮力作用在套管下部，产生向上的压应力。
作用在套管柱上的轴向拉力随套管长度增加，在井口轴向拉力最大。
如套管在空气中，则浮力为零，底部轴向应力也为零。
上述情况的轴向应力分布如图3-2-1所示。
浮力随套管深度而变化，在顶部的最大轴向载荷等于套管浮重，下套管时轴向应力计算是以浮重为基础的(见图3-3。
第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法
![第6讲-[第二章-套管柱及注水泥设计]——套管柱强度设计方法](https://img.taocdn.com/s3/m/8e98958c85254b35eefdc8d376eeaeaad1f316a5.png)
由套管性能表查得N－80、壁厚11.51mm套管，其抗挤强度为: 泥
σD1 =60.5MPa。
返 高
因此，实际安全系数为:
SD1
D1
Pco1
60.46 45.5
1.33
D1=3500
4.6.设计举例
3）确定第二段套管可下深度和第一段套管的使用长度。
由于外挤压力愈往上愈小, 根据既安全又经济的原则, 第
②N-80、10.36mm 水
泥
D2=3300
返
高①
D1=3500
4.6.设计举例
4）确定第三段套管可下深度和第二段套管的使用长度。
显然第三段套管底部由于承受其下部套管
可下深的度重:量, 其抗挤强度必定下降, 下入深度就
不可能达到2600m, 否则其底部安全系数必 ＜1.125。
由于第二段比第三段强度大, 应将第二段套 管长度增长, 即减少第三段的下入深度, 提 高其底部的抗挤系数, 以补偿双向应力的影 响。
③
D3=2300
2800
第二章 套管柱及注水泥设计
第1节 井身结构设计 第2节 生产套管尺寸的确定 第3节 套管柱强度设计 第4节 注水泥技术 第5节 复杂类型井套管柱设计和注水泥技术简介
第3节 套管柱强度设计
1. 套管、套管柱 2. 套管柱的载荷分析及套管强度 3. 定向井套管柱载荷计算 4. 套管柱强度设计
4.套管柱强度设计
特殊情况考虑；
API规定的安全系S数i : 1.10 ~ 1.33，一般取1.10 Sc 1.00 ~ 1.25，一般取1.00 St 1.60 ~ 2.00，一般取1.80
4.5.具体的设计步骤
Step3 计算内压载荷, 筛选符合内压强度的套管； 内压载荷由套管内外的流体综合产生。内压最大的情况一般出现在井 涌关井和特殊作业（压裂、…、注水）时, 内压的计算中间套管与生 产套管是不同的。 中间套管的计算方法如我们教材上P263介绍； 生产套管的计算方法在按补充方法进行。
套管柱及其强度设计
井身结构，压力剖面等，套管的库存等。
Step2 确定安全系数；
载荷计算的精确性↑ ，安全系数↓ ； 计算公式精确性↑，安全系数↓： 对于特别情况（如含有腐蚀性气体H2S、CO2）则安全系数需按特殊情 况考虑； API规定的安全系数：
◆ API规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以kpsi为单 位）的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅/英寸2）
◆ 只有屈服强度 s 105 psi对H2S提敏感的，但对CO2则影响很小，
可以数年内不破坏，而在H2S～盐的环境中会在一小时内破坏。
• 地质构造力的影响
•
一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空 来计算套管承受的外挤载荷。
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
套管内全掏空
载荷
载荷
载荷
井身结构
井 深
套管内载荷
井 深
套管外载荷
井 深
套管内液面
有效载荷
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
（2）套管的API抗挤强度
抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管 受外挤作用时，其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破 坏。
1、基本概念
（1）套管的尺寸 （又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外 径，实际上套管尺寸已经标准化了。
套管尺寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。
1、基本概念
（2）套管的钢级 API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度， 用钢级表示。
□ 套管钢级由字母及其后面的数码组成，字母没有特殊含义，但数码 代表套管的强度。
1、轴向载荷及套管的抗拉强度
Step2 确定安全系数；
载荷计算的精确性↑ ，安全系数↓ ； 计算公式精确性↑，安全系数↓： 对于特别情况（如含有腐蚀性气体H2S、CO2）则安全系数需按特殊情 况考虑； API规定的安全系数：
◆ API规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以kpsi为单 位）的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅/英寸2）
◆ 只有屈服强度 s 105 psi对H2S提敏感的，但对CO2则影响很小，
可以数年内不破坏，而在H2S～盐的环境中会在一小时内破坏。
• 地质构造力的影响
•
一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空 来计算套管承受的外挤载荷。
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
套管内全掏空
载荷
载荷
载荷
井身结构
井 深
套管内载荷
井 深
套管外载荷
井 深
套管内液面
有效载荷
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
（2）套管的API抗挤强度
抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管 受外挤作用时，其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破 坏。
1、基本概念
（1）套管的尺寸 （又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外 径，实际上套管尺寸已经标准化了。
套管尺寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。
1、基本概念
（2）套管的钢级 API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度， 用钢级表示。
□ 套管钢级由字母及其后面的数码组成，字母没有特殊含义，但数码 代表套管的强度。
1、轴向载荷及套管的抗拉强度
第2讲_井身结构设计
测技术得到发展，特别是近平衡钻井的推广和井控技术的掌
握，使井身结构中套管层次和下入深度的设计，逐步总结出 一套较为科学的设计方法。
在“六五”期间，我国开始应用这套方法．首先在中原
油田取得很大效益。如在3500到4700m深井中，使平均事故 时间大幅度下降、建井周期缩短、钻井成本下降。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
2.2、发生溢流（井涌）时
f 2
剖面图中最大地层压力梯度点对应的深度（m）
p m ax
Sb S
f
D p m ax D 21
Sk
井涌条件允许值
地层设计破裂压当量密度
激动压力系数
剖面图中最大地层压力对应的当量密度值 破裂压力安全增值 中间套管下入深度的初始假定点深度（m）
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
3、井身结构设计中所需要的基础数据
地层破裂安全增值Sf由地区统计资料得到，一般取 0.031 g/cm3； 井涌条件允许值Sk由地区统计资料得到，一般取 0.051-0.10 g/cm3； 最大回压pwh由工艺条件决定，一般取2.0-4.0MPa；
. 钻压差允许值 卡
7、水泥返深设计
对于油层，生产套管的管外水泥返深至少应该在油 层顶部200m以上。对于气层，生产套管的管外水泥 返深至少应该在油层顶部300m以上；
中间套管的管外水泥返深至少应该在复杂或大断层
100m以上； 尾管的管外水泥返深至少在尾管的悬挂器以上；
表层套管的管外水泥返到地面。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
5.1、中间套管设计
（2）中间套管下入深度 的初始假定点D21 在压力剖面图的横坐标 上，找出前面已经确定的
《完井工程》复习题及答案_95051426570640013
课程编号：中国石油大学（北京）远程教育学院《完井工程》期末复习题学习中心：姓名：学号：专业：考场号：座位号：一、名词解释1. 泥侵2. 井身结构3. 后期裸眼完井4. 射孔孔眼参数5. 石油井口装置6.地应力7.水浸8.水灰比9.水泥浆稠化时间10.窜槽11.射孔12.正压射孔13.完井14. 出砂15.砂桥16.端部脱砂二、判断正误（正确的打√，错误的打×）1.地应力是地壳外部作用力（）2.轴向拉力作用下，套管的抗外挤强度提高（）3.套管柱的设计通常是由下而上分段设计的（）4.通常用套管的抗滑扣力表示套管的抗拉强度（）5.中间套管的作用主要是封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层安装井口（）6.固井时前置液的作用是将水泥浆与钻井液隔开（）7.无枪身射孔器的使用容易受到井下温度、压力的影响（）8.铅模通井应该快速下钻（）9.套管头用来安装采油树的井口装置（）10.偏心配水器可保持管柱有较大的通道，便于井下工具通过（）11.套管所受轴向拉力一般在井口最大。
（）12.由拉应力引起的破坏形式：本体被拉断、脱扣（）13.外挤作用下破坏形式有失稳破坏和强度破坏（）14.通常以套管鞋处的地层破裂压力值确定井口内压力。
（）15.以井口装置承压能力作为套管在井口所受的内压力。
（）16.API套管系列中的抗硫套管有:H K J C L级套管。
（）17.套管柱设计表层套管的设计特点：主要考虑内压载荷。
（）18.套管柱设计技术套管的设计特点：既要高抗内压强度，又要抗钻具冲击磨损。
（）19.套管柱设计油层套管的设计特点：上部抗内压，下部抗外挤。
（）20.大位移井是指井的水平位移与垂深之比等于或大于2的定向井。
大位移井具有很长斜度稳斜段，大斜度稳斜角大于60°（）21.射孔器按结构可以分两类：有枪身射孔器和无枪身射孔器。
（）22.裸眼完井法是国内外最为广泛的一种完井方法。
（）23.表层套管柱设计时主要考虑抗拉载荷（）24.地层流体高于临界流速时容易形成砂桥（）25.水泥面以下套管强度计算时应考虑双向应力影响（）26.砾石充填完井法是国内外最为广泛的一种完井方法（）27.偏心配水器相对于常规配水器可以增加内通孔直径（）28.在加重钻井液中，无枪身射孔器比有枪身射孔器更容易下井（）29.套管轴向拉力一般井底最大（）30.油管头上法兰以上的所有装备称为采油树（）三、不定项选择题（每题3分，共24分）1.井身结构中常见的套管的分类有A.表层套管B.中间套管C.生产套管D.尾管（衬管）2.储层流体包括A.油B.岩石C.气D.水3.套管受力分析中，主要考虑：A.轴向拉力B.外挤压力C.振动载荷D.内压力4.井身结构设计的主要依据是A.地应力剖面B.地层压力剖面C.地层破裂压裂压力剖面D.产层压力剖面5.引起套管腐蚀的主要介质有：A.气体或液体中的硫化氢B.溶解氧C.二氧化碳D.地层水6.注水泥目的：A.固定套管B.稳定井壁C.封隔井内的油气水层D.保护油气层7.对油井水泥的基本要求：A.配浆性好，在规定时间内保持流动性。
国内外油层套管柱计算方法及设计对比
由外挤载荷和 内 压 载 荷 可 以 选 定 套 管,计 算 其 拉 伸 载 荷 ,见 图 3。
收 稿 日 期 :2020-09-15 作者简介:何可(1982- ),重庆璧山人,2012年毕业于西南石油大学石油工程专业,获硕士学位,现从事钻井技术工作。
50
内蒙古石油化工
2020 年 第 12 期
油 层 套 管 的 设 计 结 果 见 表 3。 其 中 chevron、
SLB 方法 的 设 计 结 果 相 同,其 余 方 法 设 计 结 果 不 同。SY 方法设 计 的 套 管 强 度 较 低,shell方 法 设 计 的套管强度较高。
因此,根据不同 方 法 设 计 出 的 套 管 结 果 有 几 种 情况,见 表 3。SLB、shell 方 法 在 《SY/T 64172009套管、油 管 和 钻 杆 使 用 性 能》中 无 满 足 要 求 套 管,SY 方 法 套 管 强 度 较 低。 这 是 由 于 蠕 变 地 层 挤 压载荷、气 侵、漏 失 液 面 位 置 或 者 掏 空 的 计 算 方 法 不同引起的。
掏空系数 抗挤安全系数 抗内压安全系数 抗拉安全系数 是否蠕变地层 是否泊松系数 封 隔 液 密 度 ,g/cm3
1 1.0 1.1 1.65
是 0.35 1.15
图1 油层套管有效外挤载荷
图2 油层套管有效内压载荷
2020 年 第 12 期
何 可 国内外油层套管柱计算方法及设计对比
51
图3 油层套管拉伸载荷
2.1 油层套管设计 油层套管载荷计算方法 见 表 1。表 1 中 给 出 了
不同加载情况下套管内载荷和外载荷的计算方法。 根据表1中油 层 套 管 载 荷 计 算 方 法,结 合 设 计
收 稿 日 期 :2020-09-15 作者简介:何可(1982- ),重庆璧山人,2012年毕业于西南石油大学石油工程专业,获硕士学位,现从事钻井技术工作。
50
内蒙古石油化工
2020 年 第 12 期
油 层 套 管 的 设 计 结 果 见 表 3。 其 中 chevron、
SLB 方法 的 设 计 结 果 相 同,其 余 方 法 设 计 结 果 不 同。SY 方法设 计 的 套 管 强 度 较 低,shell方 法 设 计 的套管强度较高。
因此,根据不同 方 法 设 计 出 的 套 管 结 果 有 几 种 情况,见 表 3。SLB、shell 方 法 在 《SY/T 64172009套管、油 管 和 钻 杆 使 用 性 能》中 无 满 足 要 求 套 管,SY 方 法 套 管 强 度 较 低。 这 是 由 于 蠕 变 地 层 挤 压载荷、气 侵、漏 失 液 面 位 置 或 者 掏 空 的 计 算 方 法 不同引起的。
掏空系数 抗挤安全系数 抗内压安全系数 抗拉安全系数 是否蠕变地层 是否泊松系数 封 隔 液 密 度 ,g/cm3
1 1.0 1.1 1.65
是 0.35 1.15
图1 油层套管有效外挤载荷
图2 油层套管有效内压载荷
2020 年 第 12 期
何 可 国内外油层套管柱计算方法及设计对比
51
图3 油层套管拉伸载荷
2.1 油层套管设计 油层套管载荷计算方法 见 表 1。表 1 中 给 出 了
不同加载情况下套管内载荷和外载荷的计算方法。 根据表1中油 层 套 管 载 荷 计 算 方 法,结 合 设 计
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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。
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-80 LTC 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==1.136>1.125(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：
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-110 LTC 壁厚10.54mm的套管
Φ241.3×1000m
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
139.7 LTC
139.7 LTC 139.7 LTC
套管性能表
钢扣 级型
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 /KN
J- STC 9.65 339.7 795.4 18.823 7.791 2286.4 55
J55
STC 10.92 339.7 890.2 21.305
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=178.46>1.6(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。
根据第三段下深可知第二段长度L2=D2D3=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=4171>3574m 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：
3120 50
灰色泥岩夹粉砂岩
41下 3160 40 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段 潜 四 40 3180 20 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
上
成的韵律层段
40中 3330 150 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
40下 3380 50 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
42 3410 30
灰色泥岩夹粉砂岩
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 90 90 黄色粘土、砾石、流砂层
10.618
2646.7
J55
STC 12.19 339.7 992.4 23.787
13.445
3002.5
N80
LTC
7.72
139.7 248.1 5N- LTC 9.17 139.7 291.9 63.363 60.881 1903.8 80
N- LTC 10.54 139.7 335.7 68.120 76.945 2233.0 80
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-55 STC
壁厚10.92mm的套管。[pi]=21.305MPa 则实际安全系数Si=
[pi]/pi=21.305/21=1.01>1(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]/p c=10.618/1.62=6.55>1.0(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：
套
规范
长
重量
安全系数
管井
度 钢 壁厚
程段 序m
m 级 mm
尺 寸 mm
扣 型
单位 段 累 重
重力 N/m
重 104N
104N
抗 拉
表0～ 套150
339.7 STC 150
J55 10.92 890.2 13.3 13.35 178.5
0～ 2300
139.7
LTC
2300
N80
9.17 291.9 67.1 109.9 2.08
油～ 套3000
139.7
LTC
700
N80 10.54 335.7 23.5 42.8
6.29
～ 3574
139.7
LTC
574
P110 10.54 335.7 19.3
19.3
17.88
L3=D-L1-L2=2300m Tb3=Tb2+KBq3L3=912.21KN ST3=[Tb3]/Tb3=2.08>1.8(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=4.32>1.10(安全)； Si2=[pri2]/pr=3.24>1.10(安全)； Si3=[pri3]/pr=3.01>1.10(安全)。
P- LTC 110
7.72
139.7 248.1 73.360
51.573
1979.5
P- LTC 9.17 139.7
110
291.9 87.150 76.532 2437.6
P110
LTC
10.54
139.7
335.7
90.735
100.250
2860.2
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： 2850m
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 管井 程段 序m
规范
长 度
重量
安全系 数
m 钢壁
尺 寸 mm
扣 型
级厚 单 mm 位
段 重
累 重
抗
抗
抗 内
重 N/m
104N
104N
拉
挤
压
表0 套～
339.7 STC
J55
0 油～ 套～
～
上第三系广华寺组 930 840 杂色粘土岩、砾状砂岩、
砂砾岩
荆河镇组 1760 830 灰、绿灰色泥岩底部夹油 页岩
新 生 界下
第 三潜 系江
组
潜一段 潜二段 潜三段
41
2170 410 膏岩韵律层段及砂泥岩互 层段
2570 400 盐岩、油浸泥岩、石膏质 泥岩、泥岩组成的韵律层
3070 500 灰色泥岩夹粉砂岩、盐 岩、油浸泥岩、泥岩
42下 3450 40 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
43 3500 50
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。
Tb1=L1×q1×KB=159.93KN 实际安全系数ST1=
[Tb1]/Tb1=2860.2/159.93=17.88>1.8(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N80 LTC 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=1.173>1.125(安全) 校核第二段：
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-80 LTC 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==1.136>1.125(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：
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-110 LTC 壁厚10.54mm的套管
Φ241.3×1000m
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
139.7 LTC
139.7 LTC 139.7 LTC
套管性能表
钢扣 级型
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 /KN
J- STC 9.65 339.7 795.4 18.823 7.791 2286.4 55
J55
STC 10.92 339.7 890.2 21.305
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=178.46>1.6(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。
根据第三段下深可知第二段长度L2=D2D3=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=4171>3574m 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：
3120 50
灰色泥岩夹粉砂岩
41下 3160 40 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段 潜 四 40 3180 20 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
上
成的韵律层段
40中 3330 150 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
40下 3380 50 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
42 3410 30
灰色泥岩夹粉砂岩
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 90 90 黄色粘土、砾石、流砂层
10.618
2646.7
J55
STC 12.19 339.7 992.4 23.787
13.445
3002.5
N80
LTC
7.72
139.7 248.1 5N- LTC 9.17 139.7 291.9 63.363 60.881 1903.8 80
N- LTC 10.54 139.7 335.7 68.120 76.945 2233.0 80
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-55 STC
壁厚10.92mm的套管。[pi]=21.305MPa 则实际安全系数Si=
[pi]/pi=21.305/21=1.01>1(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]/p c=10.618/1.62=6.55>1.0(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：
套
规范
长
重量
安全系数
管井
度 钢 壁厚
程段 序m
m 级 mm
尺 寸 mm
扣 型
单位 段 累 重
重力 N/m
重 104N
104N
抗 拉
表0～ 套150
339.7 STC 150
J55 10.92 890.2 13.3 13.35 178.5
0～ 2300
139.7
LTC
2300
N80
9.17 291.9 67.1 109.9 2.08
油～ 套3000
139.7
LTC
700
N80 10.54 335.7 23.5 42.8
6.29
～ 3574
139.7
LTC
574
P110 10.54 335.7 19.3
19.3
17.88
L3=D-L1-L2=2300m Tb3=Tb2+KBq3L3=912.21KN ST3=[Tb3]/Tb3=2.08>1.8(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=4.32>1.10(安全)； Si2=[pri2]/pr=3.24>1.10(安全)； Si3=[pri3]/pr=3.01>1.10(安全)。
P- LTC 110
7.72
139.7 248.1 73.360
51.573
1979.5
P- LTC 9.17 139.7
110
291.9 87.150 76.532 2437.6
P110
LTC
10.54
139.7
335.7
90.735
100.250
2860.2
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： 2850m
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 管井 程段 序m
规范
长 度
重量
安全系 数
m 钢壁
尺 寸 mm
扣 型
级厚 单 mm 位
段 重
累 重
抗
抗
抗 内
重 N/m
104N
104N
拉
挤
压
表0 套～
339.7 STC
J55
0 油～ 套～
～
上第三系广华寺组 930 840 杂色粘土岩、砾状砂岩、
砂砾岩
荆河镇组 1760 830 灰、绿灰色泥岩底部夹油 页岩
新 生 界下
第 三潜 系江
组
潜一段 潜二段 潜三段
41
2170 410 膏岩韵律层段及砂泥岩互 层段
2570 400 盐岩、油浸泥岩、石膏质 泥岩、泥岩组成的韵律层
3070 500 灰色泥岩夹粉砂岩、盐 岩、油浸泥岩、泥岩
42下 3450 40 盐岩、油浸泥岩、泥岩组
成的韵律层段
43 3500 50
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。
Tb1=L1×q1×KB=159.93KN 实际安全系数ST1=
[Tb1]/Tb1=2860.2/159.93=17.88>1.8(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N80 LTC 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=1.173>1.125(安全) 校核第二段：