中國(guó)石油大學(xué)鉆井工程課程設(shè)計(jì)

1、鉆井工程設(shè)計(jì)前言鉆井與完井工程設(shè)計(jì)主要是指在得到地質(zhì)設(shè)計(jì)后，如何以地質(zhì)設(shè)計(jì)為依據(jù)，完成一口井的綜合、合理的鉆井工程設(shè)計(jì)。鉆井工程設(shè)計(jì)是石油工程的一個(gè)重要部分，是確保 油氣鉆井工程順利實(shí)施和質(zhì)量控制的重要保證，是鉆井施工作業(yè)必須遵循的原則，是組織 鉆井生產(chǎn)和技術(shù)協(xié)作的基礎(chǔ)，是搞好單井預(yù)算和決算的唯一依據(jù)。主要目的層段的設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)有利于發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層，非目的層段的設(shè)計(jì)主要考慮 滿足鉆井工程施工作業(yè)和降低成本的需要。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：一、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及井身質(zhì)量要求，原則是能有效地保護(hù)油 氣層，使不同地層壓力梯度的油氣層不受鉆井液污染損壞，應(yīng)避免漏、噴、塌、卡等復(fù)雜 情況發(fā)生，鉆下部高壓地層時(shí)

2、所用的較高密度鉆井液產(chǎn)生的液柱壓力，不致壓裂上一層管鞋處薄弱的裸露地層；二、套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)；三、鉆柱設(shè)計(jì)：給鉆頭加壓時(shí)下部鉆柱是否會(huì) 壓彎，選用足夠的鉆鋌以防鉆桿受壓變形；四、機(jī)械破巖參數(shù)設(shè)計(jì)；五、水力參數(shù)設(shè)計(jì)等 幾個(gè)方面的基本設(shè)計(jì)內(nèi)。目錄1.地質(zhì)概況 .31.1 地理概況.31.2 地質(zhì)基本數(shù)據(jù).31.2.1 井號(hào).31.2.2 井別.31.2.3 井位.31.2.4 設(shè)計(jì)井深.41.2.5 目的層.41.2.6 完鉆層位.41.2.7 完鉆原則.41.2.8 鉆探目的.41.3 地層層位預(yù)測(cè)及巖性.42.技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求.62.1 井身質(zhì)量要求.62.2 固井質(zhì)量要求.63.工程設(shè)計(jì) .8

3、3.1 井下復(fù)雜情況提示.83.2 地層可鉆性分級(jí)及地層壓力預(yù)測(cè).83.2.1 地層可鉆性分級(jí).83.2.2 壓力剖面預(yù)測(cè).93.3 井身結(jié)構(gòu).93.3.1 鉆井液壓力體系.103.3.2 校核各層套管下到初選點(diǎn)深度 h ni 時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套 .103.3.3 套管層次與深度的確定.113.3.4 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì).133.3.5 套管柱設(shè)計(jì)結(jié)果.183.4 鉆井主要設(shè)備.183.4.1 鉆機(jī)編號(hào).183.4.2 鉆機(jī)型號(hào).183.4.3 提升系統(tǒng).183.4.4 井架.193.4.5 轉(zhuǎn)盤(pán).193.4.6 泥漿泵.193.4.7 柴油機(jī).193.5 鉆具組合.203.5.1 各次開(kāi)鉆鉆具

4、組合.253.6 鉆頭及鉆井參數(shù)設(shè)計(jì).323.6.1 鉆頭設(shè)計(jì).323.6.2 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì).34參考文獻(xiàn)： .491.地質(zhì)概況1.1 地理概況該探井位于 504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn)，距 xx 省 xx 市東 500m，所在的地質(zhì)構(gòu)造為 xx 凹 陷。該井的海拔較低，鉆該井目的是通過(guò)打開(kāi)qj層來(lái)了解該層的油氣情況擴(kuò)大該油區(qū)的勘探范圍，增加油區(qū)的總體油氣后備儲(chǔ)量。1.2 地質(zhì)基本數(shù)據(jù)1.2.1 井號(hào):a51.2.2 井別:預(yù)探井1.2.3 井位： (1)井位座標(biāo)：縱（x）4275165m橫（y）20416485m(2)地面海拔:50m(3)地理位置：xx 省 xx 市東 500m(4)構(gòu)造位

5、置：xx 凹陷(5)過(guò)井測(cè)線：504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn)1.2.4 設(shè)計(jì)井深： h=3000 + 4100 + 學(xué)號(hào)的后二位數(shù)字 3 =3652m1.2.5 目的層： qj 層，底層深度 3650m，分層厚度 150m1.2.6 完鉆層位：a、b、c、d、e、f3、f2j、f2k、 f1、 qj1.2.7 完鉆原則：當(dāng)鉆入目的層 150m 完鉆1.2.8 鉆探目的：了解 xx 構(gòu)造 qj 含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣資源1.3 地層層位預(yù)測(cè)及巖性表 1 地層層位預(yù)測(cè)及巖性層位代號(hào)底界深度，m分層厚度，m主要巖性a280礫巖層夾砂土,未膠結(jié)b600320上部礫巖,砂質(zhì)礫巖,中下部含

6、礫砂巖c1050450中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層d1600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖e1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖f32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖f2j2900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖f2k3150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互f13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖qj3660(未穿)150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖地質(zhì)概況如表 2表 2 地質(zhì)概況井 別探 井井 號(hào)

7、a5設(shè)計(jì)井深3716m目的層q j井 位坐標(biāo)地面海拔m50縱（ x ）m4275165橫（ y ）m20416485測(cè)線位置504 和 45 地震測(cè)線交點(diǎn)地理位置xx 省 xx 市東 500m構(gòu)造位置xx 凹陷鉆探目的了解 xx 構(gòu)造 q 含油氣情況，擴(kuò)大勘探區(qū)域，增加后備油氣源j完鉆原則進(jìn)入qj 150m 完鉆完井方法先期裸眼層位代號(hào)底界深度，m分層厚度，m主要巖性描述故障提示a280礫巖層夾砂土,未膠結(jié)滲漏b600320上部礫巖,砂質(zhì)礫巖,中下部含礫砂巖滲漏c1050450中上部含礪砂巖、夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖；下部礪狀砂巖，含礪砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層防塌d1600泥巖、砂質(zhì)泥巖、礪

8、狀砂巖、含礪砂巖不等厚互層，泥質(zhì)粉砂巖防漏防斜e1900300砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、夾礪狀砂巖、含礪砂巖防斜防漏f32650750泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜f2j2900250泥巖夾鈣質(zhì)砂巖，夾碳質(zhì)條帶煤線，中部泥巖夾煤層、下部泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖防斜、 塌、卡f2k3150250泥巖為主，泥質(zhì)粉砂巖，中粗砂巖，砂礫巖間互f13500350泥巖、泥質(zhì)砂巖、下部灰褐色泥巖防漏、噴、卡qj3650 (未穿)150深灰，淺灰色灰?guī)r為主，間夾褐，磚紅色泥巖防漏、噴、卡2.技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求2.1 井身質(zhì)量要求表 3井段（m）井斜（0）水平位移（m）全角變化率（0/25m）0-10003030

9、10/25m-200040501015/25m-3000508020/25m-4000601002015/25m-5000701402030/25m2.2 固井質(zhì)量要求固井質(zhì)量采用聲波測(cè)井和變密度測(cè)井綜合評(píng)價(jià)，要求聲幅20%；變密度測(cè)井反應(yīng)弱 套管波，強(qiáng)地層波。（1）完鉆前按下套管管串設(shè)計(jì)準(zhǔn)備好套管附件、轉(zhuǎn)換短接、聯(lián)頂節(jié)、循環(huán)接頭等必要 配件，以保證各配件的尺寸、螺紋類(lèi)型相匹配；（2）完鉆前取固井水樣進(jìn)行水泥漿性能復(fù)核試驗(yàn)；（3）生產(chǎn)套管下入前認(rèn)真通井循環(huán)，保證套管下到底。套管下完后盡快固井，不能長(zhǎng) 時(shí)間循環(huán)；（4）固井候凝 48 小時(shí)后鉆分級(jí)箍。鉆完分級(jí)箍后，必須循環(huán)沖洗干凈，方可向下鉆 進(jìn)

10、；（5）鉆完全井水泥塞后，必須大排量循環(huán)沖洗干凈膠皮及鋁片,套管內(nèi)必須替換成清水；(6)鉆水泥塞前及起鉆后需丈量并記錄鉆頭外徑，鉆頭外徑變化不得超過(guò) 0.25mm；（7）必須認(rèn)真丈量鉆具尺寸及方入，留好人工井底，起鉆測(cè)聲、放、磁；（8） 水泥環(huán)與套管壁、井壁膠接緊密，管外無(wú)串槽；（9）油層套管水泥漿返深可根據(jù)實(shí)鉆油氣顯示情況最終確定。原則上含氣井水泥漿應(yīng)返至地面，不含氣井水泥漿返高至少高于最淺油頂 200 米；（10） 固井質(zhì)量檢查測(cè)井測(cè)定的固井質(zhì)量應(yīng)至少達(dá)到合格以上標(biāo)準(zhǔn)；（11）根據(jù)地層特性、儲(chǔ)層特點(diǎn)、固井工藝及固井質(zhì)量要求，科學(xué)合理編寫(xiě)固井施工設(shè)計(jì)；（12）固井前井眼及鉆井液準(zhǔn)備要求：a.

11、針對(duì)易漏、出水地層進(jìn)行堵漏治水，提高地層承壓能力，確保固井質(zhì)量；b.完鉆固井前要求鉆井液做到粘切低、動(dòng)塑比低、泥餅薄而韌，滿足固井要求。（13）下套管前必須認(rèn)真細(xì)致通井，確保井下安全及井眼暢通，通井時(shí)應(yīng)帶大接頭或欠尺寸穩(wěn)定器，防止下套管遇阻和卡鉆，氣層段反復(fù)劃眼，以清除井壁的泥餅，充分循環(huán)稀 釋泥漿，大排量洗井，確保井眼暢通，無(wú)漏失、井塌，井底無(wú)沉砂；（14）使用的浮鞋，浮箍，分級(jí)箍在下套管前應(yīng)認(rèn)真檢查，確保附件的正常使用，分級(jí)箍嚴(yán)禁碰撞，用套管鉗上扣時(shí)。應(yīng)借用上一跟套管傳遞扭矩，達(dá)到上扣的標(biāo)準(zhǔn)扭矩值和扭矩圖。不得用套管鉗咬分級(jí)箍的本體；（15） 嚴(yán)格按照下套管操作規(guī)程進(jìn)行下套管作業(yè)，認(rèn)真檢查

12、固井工具及管串附件，合理加放扶正器，確保套管居中度67%。扶正器加放原則：a.浮箍以下加一組扶正器；b.浮箍到最下氣層底部段每根都加扶正器,特別注意彈性扶正器必須加在接箍處；（16）下套管時(shí)必須平穩(wěn)。若有漏失要嚴(yán)格控制下放速度在 30 秒/根以下，一般情況下在 1520 秒/根，不準(zhǔn)猛提、猛放、猛剎，應(yīng)保證井眼穩(wěn)定，不發(fā)生井涌、井噴、井漏和井塌；（17）在井場(chǎng)通套管內(nèi)徑，通徑規(guī)規(guī)格型號(hào)必須按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁在鉆臺(tái)通套管內(nèi)徑，用清洗劑清洗套管螺紋，并檢查密封面是否有損傷，必須使用帶扭矩儀的套管鉗緊螺紋，螺紋扭矩必須符合標(biāo)準(zhǔn)，并將螺紋扭矩打印上報(bào)甲方。必須使用拓普套管螺紋密封脂（拓普 101、拓普

13、 102），確保絲扣的密封性；（18） 套管下完后，技術(shù)員應(yīng)根據(jù)套管頭的安裝。計(jì)算好聯(lián)入長(zhǎng)度。井口安裝好吊卡后，灌滿泥漿后，用單凡爾開(kāi)泵頂通后才可以大排量循環(huán)鉆井液避免造成井漏；（19）根據(jù)井下工況及管內(nèi)外液體的流變性能，進(jìn)行流變性計(jì)算，科學(xué)合理應(yīng)用頂替技術(shù)，提高頂替效率及一、二界面水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量；（20）科學(xué)全面的進(jìn)行氣侵、氣竄綜合評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)，為優(yōu)化注水泥施工參數(shù)提供理論依據(jù)；（21）固井前應(yīng)認(rèn)真檢查鉆機(jī)、泵、循環(huán)系統(tǒng)、水泥頭等設(shè)備和工具，確保固井施工連續(xù)順利；（22）根據(jù)電測(cè)井徑及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算水泥漿量，采用干混工藝，確保水泥、外摻料及外加劑混拌均勻；（23）從立式罐及灰罐車(chē)取樣，模擬井下

14、工況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水樣、水泥樣品、外加劑等進(jìn)行全套性能復(fù)核試驗(yàn)，確保固井施工安全；（24）水泥漿混拌、注替及碰壓時(shí)，要根據(jù)井下情況，及時(shí)調(diào)整注替排量及流速, 減小u型管效應(yīng)，降低環(huán)空流動(dòng)阻力，減小壓力激動(dòng)，確保井下正常；（25）細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)施工措施，加強(qiáng)施工連續(xù)性，強(qiáng)化施工人員責(zé)任性, 確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、水泥漿密度均勻、現(xiàn)場(chǎng)施工連續(xù)、安全；（26）用水泥車(chē)試壓 25mpa，試壓合格后方可交井。3.工程設(shè)計(jì)3.1 井下復(fù)雜情況提示3.1.1 在本井的鉆井過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解、分析鄰井事故復(fù)雜情況，防 止事故的發(fā)生，及時(shí)處理好工程復(fù)雜。注意觀察地震對(duì)鉆井的影響：井漏：井漏深度及層位：井斜：易斜

15、井段及對(duì)應(yīng)層位；井噴：易井噴井段及對(duì)應(yīng)層位；其它情況及對(duì)應(yīng)層位；易串槽井段及原因。3.1.2 進(jìn)入目的層，應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆情況及時(shí)調(diào)整泥漿密度，注意防噴、防漏和防卡，一方面要搞好油氣層的發(fā)現(xiàn)，保護(hù)工作，另一方面要切實(shí)搞好井控工作，確保安全施工。3.1.3 根據(jù)油田分公司鉆開(kāi)油氣層申報(bào)制度要求，由地質(zhì)監(jiān)督以書(shū)面形式向鉆井監(jiān)督和井隊(duì)提出油氣層預(yù)告；原則：1）鉆揭目的層前 7 天。2）目的層提前或非目的層發(fā)現(xiàn)油氣顯示要立即通知。3）鄰井沒(méi)有發(fā)現(xiàn) h2s 氣體，但本井應(yīng)密切監(jiān)控。22行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中 h s 的安全臨界濃度為 20mg/m3（約 14ppm），若發(fā)現(xiàn) h s，無(wú)論濃度高低，都要向勘探事業(yè)部的鉆井技

16、術(shù)部及 hse 管理辦公室、生產(chǎn)技術(shù)處和質(zhì)量安全環(huán)保處報(bào)告，同時(shí)作業(yè)隊(duì)伍要向所屬的上級(jí)部門(mén)報(bào)告。3.2 地層可鉆性分級(jí)及地層壓力預(yù)測(cè)3.2.1 地層可鉆性分級(jí)表 4 各層段地層可鉆級(jí)值地層abcdef3f2jf2kf1可鉆性0.611.392.1633.57.35.24.93.2.2 壓力剖面預(yù)測(cè)圖 1 地層壓力剖面3.3 井身結(jié)構(gòu)鉆探目的層為 q 灰?guī)r地層，確定完井方法為先期裸眼完井。油氣套管下入 q 層 35m。j j根據(jù)地質(zhì)情況，鉆達(dá)目的層過(guò)程中不受鹽巖，高壓水層等復(fù)雜地層影響，故井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按地層壓力和破裂壓力剖面（圖 1）進(jìn)行。計(jì)系數(shù)見(jiàn)表 5。表 5 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)系數(shù)名稱sg/

17、cm3s gg/cm3s fg/cm3skg/cm3pnmpapampa數(shù)值0.050.050.030.051520來(lái)源理論計(jì)算理論計(jì)算區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)區(qū)域資料統(tǒng)計(jì)s 抽吸壓力系數(shù)。上提鉆柱時(shí)，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低的值，用當(dāng)量密度表示；s g 激動(dòng)壓力系數(shù)。下放鉆柱時(shí)，由于鉆柱向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的激動(dòng)壓力使井內(nèi)液柱壓力的增加值，用當(dāng)量密度表示；s f 安全系數(shù)。為避免上部套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安全增值，用當(dāng)量密度表示，安全系數(shù)的大小與地層破裂壓力的預(yù)測(cè)精度有關(guān)；sk 井涌允量。由于地層壓力預(yù)測(cè)的誤差所產(chǎn)生的井涌量的允值，用當(dāng)量密度表示，它與地層壓力預(yù)測(cè)的精

18、度有關(guān)；pn 、 pa 壓差允值。不產(chǎn)生壓差卡套管所允許的最大壓力差值。它的大小與鉆井工藝技術(shù)和鉆井液性能有關(guān)，也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關(guān)。若正常地層壓力和異常高壓同處一個(gè)裸眼井段，卡鉆易發(fā)生在正常壓力井段，所以壓差允值又有正常壓力井段和異常壓力井段之分，分別用 pn 和 pa 。3.3.1 鉆井液壓力體系最大泥漿密度計(jì)算公式為：max= pmax + s w（1）式中：3 max 某層套管鉆進(jìn)井段中所用最大泥漿密度， g/cm ；pmax該井段中所用地層孔隙壓力梯度等效密度， g/cm 3 ；ws 抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取 0.05 g/cm 3 。 發(fā)生井涌情況時(shí)：式中：f = p

19、max + s w + s f +h pmaxh ni s k（2）f 第 n 層套管以下井段發(fā)生井涌時(shí)，在井內(nèi)最大壓力梯度作用下，上部地層不被壓裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度， g/cm 3 ；h ni 第 n 層套管下入深度初選點(diǎn)，m；ks 井涌允量，取 0.05 g/cm 3 ；fs 安全系數(shù)，取 0.03 g/cm 3 。ws 抽吸壓力允許值的當(dāng)量密度，取 0.05 g/cm 3 。3.3.2 校核各層套管下到初選點(diǎn)深度 h ni 時(shí)是否會(huì)發(fā)生壓差卡套式中：prn= 9.81h mm(pmax+ s w pmin)103（3）prn 第 n 層套管鉆進(jìn)井段內(nèi)實(shí)際的井內(nèi)最大靜止壓差，mpa；

20、pmin該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度等效密度， g/cm 3 ；h mm 該井段內(nèi)最小地層孔隙壓力梯度的最大深度，m；若 prn p n 則有可能產(chǎn)生壓差卡套管，這時(shí)中間套管下入深度應(yīng)小于假定點(diǎn)深度。在第二種情況下中間套管下入深度按下面的方法計(jì)算： pper =p n0.00981h min+ p min s w（4）在壓力剖面圖上找出 pper 值，該值所對(duì)應(yīng)的深度即為中間下入深度 h 。為避免發(fā)生壓差卡套的許用壓差， pn 取 20mpa 。3.3.3 套管層次與深度的確定3.3.3.1 油層套管下入深度初選點(diǎn) h 2 的確定： 則按設(shè)計(jì)要求油氣套管下入 q j 層深度為 5mh 2 =

21、3500 + 5 = 3505(m)3.3.3.2 由圖 1 上查得最大地層孔隙壓力梯度為1、確定中間套管下入深度初選點(diǎn) h 2 ：由公式（2），將各值代入得：1.50gm 3 位于3200m 處。f1k= 1.50 + 0.05 + 0.03 + 3505 0.05h 2試取 h 2 = 2480m 代入上式得3505 3f1k= 1.50 + 0.05 + 0.03 + 0.05 = 1.65g m24803由上圖查得 h 2 = 2480m 處當(dāng) p2480 = 1.651g m中間套管下入深度初選點(diǎn)為 h 2 = 2480m 。因?yàn)?f1k p2480 且相近,所以確定2、校核中間套管

22、下入到初選點(diǎn) h 2 = 2480m 過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生壓差卡套管33由上圖查得,得：h 2 = 2480m 處 p2480 = 1.1gm ，pmin = 1.0gm ，h mm = 2000m ，由式（3）prn= 9.81 2000 (1.1 + 0.05 1.0)10 3 = 2.943mpa因?yàn)?pm pn ，所以不會(huì)發(fā)生壓差卡套管，故表層套管的下入深度為 2480m。3、確定表層套管下深度 h1 ：3由上述計(jì)算結(jié)果，中間套管鞋處 h 2= 1.1gm ,將其它的參數(shù)代入（2）式：f = 1.1 + 0.05 + 0.03 + 2480 0.05h 1將 h1 = 570m ，代入上式

23、得到：f570 = 1.1 + 0.05 + 0.03 +2480570 0.05 = 1.3975g m 33查壓力剖面圖有： h1 = 570m 處的 p570 = 1.41g要求。3.3.3.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果m ，因 f570 p570 ，且相近，所以滿足設(shè)計(jì)套管層次和每層套管的下入深度確定之后，相應(yīng)的套管尺寸和井眼直徑也就確定了。 套管尺寸的確定一般由內(nèi)向外依次進(jìn)行，首先確定生產(chǎn)套管的尺寸， 再確定下入生產(chǎn)套管的井眼的尺寸，然后確定中間套管的尺寸等，依次類(lèi)推，直 到表層套管的井眼尺寸，最后確定導(dǎo)管的尺寸。查鉆井手冊(cè)（甲方），結(jié)合圖 2 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)系列，鉆頭與套管尺寸匹配結(jié)果如表

24、6， 圖 3 所示。圖 2井身結(jié)構(gòu)參數(shù)系列表 6 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表項(xiàng)目套管下深（m）套管外徑（mm）鉆頭尺寸（mm）表層570406.6444.5中間2480273311.1油層3505177.8200.0四開(kāi)3525149.20100020003000表層套管406.6mm570m鉆頭尺寸444.5mm570m中間套管273mm2480m鉆頭尺寸311.5mmm2480m生產(chǎn)套管177.8mm3505m鉆頭尺寸200.0mmmmm3505m四開(kāi)鉆頭尺寸149.2mmmmm3505m圖 3 井身結(jié)構(gòu)示意圖3.3.4 套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.3.4.1 套管和套管柱 油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無(wú)縫管或焊接

25、管，兩端均加工有錐形螺紋。大多 數(shù)的套管是用套管接箍連接組成套管柱。套管柱用于封固井壁的裸露巖石。 某井段的最大外擠壓力：式中：poc = d gh 1033（5）d 該井段所用泥漿的最大密度， g/cm ；h 某段鋼級(jí)的下深度，m。某段鋼級(jí)套管的最大下入深度： d（6）式中：h n =dgs d10 3 d 某段鋼級(jí)套管抗外擠強(qiáng)度，mpa；sd 最小抗外擠安全系數(shù)，取 1.125。套管浮力系數(shù)：式中：dk b = 1 s3（7）d 鉆某段所用的鉆井液密度， g/cm ；s 某段所用鋼材的密度，取 7.85 g/cm 3 。套管浮力：式中：f = qs lk b103（8）q s 某段所用套管

26、的線重， kn m 。l 某段所用套管的長(zhǎng)度， m 。安全系數(shù)： 抗拉安全系數(shù)： s t = 1.83.3.4.2 按抗外擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)由下向上選擇第一段套管 由公式（5）可知最大外擠壓力為：poc= dgh 110 3 = 1.5 9.81 3505 10 3 = 51.576075(mpa )而允許抗外擠強(qiáng)度為：pc= poc s d = 51.576075 1.125 = 58.023(mpa )查鉆井手冊(cè)（甲方）選擇第一段套管 均重為：d(2q = 1 d 2 )24g s（9）表 7 第一段套管鋼級(jí)選鋼級(jí)外徑（mm）壁厚（mm）均重（n/m）抗 拉 強(qiáng) 度（kn）抗擠強(qiáng)度（mpa）內(nèi)徑（

27、mm）s（kn）n-80177.811.51468.1298959.4154.783314.43.3.4.3 確定第二段套管的下入深度和第一段套管的使用長(zhǎng)度查鉆井手冊(cè)（甲方）選擇第二段套管表 8 第二段套管鋼級(jí)選擇鋼級(jí)外徑（mm）壁厚（mm）均重（n/m）抗 拉 強(qiáng) 度（kn）抗擠強(qiáng)度（mpa）內(nèi)徑（mm）s（kn）n-80177.810.36423.7265648.4157.083007.2由公式（6）可知第二段套管下入深度為 h 248.4=1.50 0.009811.125= 2329.7(m)，取h 2 = 2300m 。則 第 一 段 套 管 使 用 長(zhǎng) 度 為 l1 = h1 h

28、2 = 3505 2300 = 1205(m) ， 因 此 套 管 根 數(shù) 為ln =19.11205= 132.4175(根) ，實(shí)際取 n = 132根 。9.1故第一段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 l1 = 132 9.1 = 1201.2(m) ，第二段套管實(shí)際下入深度為h 2 = h1 l1 = 3505 1201.2 = 2303.8(m)。雙軸應(yīng)力校核套管實(shí)際所受的擠壓力為 t = d gh 2 = 1.5 0.00981 2303.8 = 33.9004(mpa )查鉆井手冊(cè)（甲方）可知 s =3314.4 10310 6 = 551.2056(mpa )故 t s33.8445=551

29、.20561 (0.17782 0.154782 )4= 0.0614圖 4 雙向應(yīng)力橢圓根據(jù)雙向應(yīng)力橢圓曲線可知 z = 0.94 ，則 z= 3314.4 0.94 = 3148.68(kn)，因此 s s套管實(shí)際所受拉力為= lqk= 1201.2 468.110 3 1 1.5 = 454.8394(kn ) 。zb 7.85 故 z s t= 454.8394 1.8 = 818.7109(kn) z s= 3148.68(kn)，滿足雙軸應(yīng)力校核要求。3.3.4.4 確定第三段套管的下入深度和第二段套管的使用長(zhǎng)度 查鉆井手冊(cè)（甲方）選擇第三段套管表 9 第三段套管鋼級(jí)選擇鋼級(jí)外徑（

30、mm）壁厚（mm）均重（n/m）抗 拉 強(qiáng) 度（kn）抗擠強(qiáng)度（mpa）內(nèi)徑（mm）s（kn）n-80177.89.19377.9230937.3159.422504.5由公式（6）可知第三段套管下入深度為 h 337.3=1.5 0.009811.125= 2253.18(m)，取h 2 = 2200m 。則第二段套管使用長(zhǎng)度為 l2 = h 2 h 3 = 2303.8 2200 = 103.8(m)，因此套管根實(shí)際取 n = 11根。ln =29.1103.8= 11.4066(根)9.1故第二段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 l2 = 11 9.1 = 100.1(m) ，第三段套管實(shí)際下入深度為

31、h 3 = h 2 l2 = 2303.8 100.1 = 2203.7(m)雙軸應(yīng)力校核 套管實(shí)際所受擠壓力為 t= d gh 3 = 1.5 0.00981 2203.7 = 32.4274(mpa )查鉆井手冊(cè)（甲方）可知3 s =3007.2 101 (0.17782 0.157082 )4106 = 551.815(mpa )故 t s32.5054= 0.05891551.815根據(jù)雙向應(yīng)力橢圓曲線可知 z = 0.961 ，則 z= 2504.5 0.961 = 2404.32(kn)，因此套 s s管實(shí)際所受拉力為： = lqk+ 454.8394 = 100.1 423.7

32、10 3 1 1.5 + 454.8394 = 489.1475(kn )故 zz s tb= 489.1475 1.8 = 880.4655(kn) z s 7.85 = 2404.32(kn)，滿足雙軸應(yīng)力校核要求。3.3.4.5 校核第三段套管及確定其使用長(zhǎng)度使用長(zhǎng)度的確定第 三 段 套 管 使 用 長(zhǎng) 度 為l3 = h 3 = 2203.7(m)， 因 此 套 管 根 數(shù) 為ln =39.12203.7= 242.1648(根) ，實(shí)際取 n = 242 根9.1故第三段套管實(shí)際使用長(zhǎng)度為 l3 = 242 9.1 = 2202.2(m) ?？估瓘?qiáng)度校核第三段套管所受最大拉應(yīng)力為 =

33、 lqk+ 492.92 = 2202.2 377.9 10 3 1 1.5 + 489.1475 = 1162.3376(kn )zb 7.85 而 z s t = 1162.3376 1.8 = 2092.20768(kn) 2309(kn)，滿足抗拉強(qiáng)度要求。3.3.4.6 中間套管柱設(shè)計(jì)由公式（5）可知，最大外擠壓力為：poc= dgh 10 3 = 1.1 9.81 2480 10 3 = 26.76168(mpa )而允許抗外擠強(qiáng)度為：pc = poc s d = 26.76168 1.125 = 30.10689(mpa )查鉆井手冊(cè)（甲方）選擇中間套管：表 10 中間套管鋼級(jí)選擇鋼級(jí)外徑（mm）壁厚（mm）均重（n/m）抗 拉 強(qiáng) 度（kn）抗 擠 強(qiáng) 度（mpa）內(nèi)徑（mm）s（kn）p-11027312.57791.98535131.8247.867802則中間套管的根數(shù)為 n = 2480 = 272.5