【正文】 套管內(nèi)液面 井底 井身結(jié)構(gòu) 65 （ 2）套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度 ? 內(nèi)壓載荷下的主要破壞形式：爆裂、絲扣密封失效 ? 抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)查得 （ 3）套管的腐蝕 ? 原因： 在地下與腐蝕性流體接觸 ? 破壞形式： 管體的有效厚度減小，套管承載力降低，鋼材性質(zhì)變化 ? 引起套管腐蝕的 主要介質(zhì) 有：氣體或液體中的硫化氫、溶解氧、二氧化碳 ? 抗硫套管： API套管系列中的 H K J C L級(jí)套管。 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時(shí)計(jì)算。 , zrt ???rrt ??? ,??222 stztz ????? ???1222???????????????????stzstsz???????橢圓圖上 , 百分比為縱坐標(biāo) , 百分比為橫坐標(biāo) . st ?? / sz ?? /])()()[(21 222 rzztrts ??????? ??????第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 58 軸向受壓 抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低 軸向拉力 抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加 軸向受壓 抗擠強(qiáng)度增加 軸向拉力 抗擠強(qiáng)度降低 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 59 由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出 : ? 第一象限 : 軸向拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向拉力 抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加 . ? 第二象限 : 軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用 軸向受壓 抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低 . ? 第三象限 : 軸向壓縮與外擠聯(lián)合作用 軸向受壓 抗外擠強(qiáng)度增加 . ? 第四象限 : 軸向拉伸與外擠聯(lián)合作用 軸向拉力 抗外擠強(qiáng)度降低 （需考慮） 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 60 考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式 PCC的推導(dǎo) : 如圖 : tdp ccct 2???由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng) σZ =0時(shí) , 22 st ?? ?根據(jù)上式則有 : tdp ccs 2??由上 2式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，簡(jiǎn)化得 ( 1 . 0 3 0 . 7 4 )mc c csFppF? ? ? Fm— 軸向拉力， KN； Fs— 管體屈服強(qiáng)度， KN； ， MPa 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 61 62 考慮管外平衡壓力，一般井口內(nèi)壓最大。 57 （ 3）有軸向載荷時(shí)的套管抗擠強(qiáng)度（雙向應(yīng)力） 套管內(nèi)微小單元，外載作用下產(chǎn)生三向應(yīng)力 由第四強(qiáng)度理論： 對(duì)于薄壁管， 可忽略，變?yōu)殡p向應(yīng)力問(wèn)題。 ? 外擠作用下破壞形式： ? 根據(jù)現(xiàn)有套管尺寸，絕大部分是失穩(wěn)破壞，其 抗擠強(qiáng)度 可 在鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)中查得。 cidmc dhF 241000)( ??? ???第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 54 外擠載荷及套管抗外擠強(qiáng)度 （ 1）外擠壓力 — 主要載荷： ? 一般情況下按套管內(nèi)部全掏空時(shí)管外壓力計(jì)算： MPa ? 高塑性巖石，按上覆巖層壓力計(jì)算，梯度 23～ 27kPa/m。 3311( 1 ) 1 0 1 0nndm i i m i iii sF q L q L K N?? ????? ? ? ? ??? c o cF D A??第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 軸向載荷及套管抗拉強(qiáng)度 53 ?注水泥引起的附加拉力 Fc KN ?其它附加拉力 ? 上提或下放套管的動(dòng)載、井壁摩擦力等； ? 一般在安全系數(shù)中考慮。 Li — 第 I 種套管的長(zhǎng)度， m ； n — 組成套管柱的套管種類（鋼級(jí)、厚度） 。 ? 鹽巖層對(duì)套管柱的壓力梯度要按上覆巖石的壓力梯度計(jì)算； ? 在酸化壓裂時(shí)承受的內(nèi)壓力與正常采油時(shí)的壓力就不同； ? 在易坍塌油層生產(chǎn)的前、中、后期對(duì)套管柱的外擠壓力也不同 ? 長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐證明，影響套管柱的基本載荷主要有以下幾種： ①軸向載荷；②外擠壓力；③內(nèi)壓力。 ? 套管螺紋都是錐形螺紋， API規(guī)范中分為五大類， API 標(biāo)準(zhǔn)和非 API標(biāo)準(zhǔn) 。 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 81/ 248 一、套管和套管柱 ? 套管的鋼級(jí) : API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，API標(biāo)準(zhǔn)， 8種 10級(jí) H40, J55, K55, C75, L80, N80, C 90, C95, P110, Q125 其中， 字母 只是標(biāo)識(shí)， 數(shù)字 代表套管的強(qiáng)度。 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 81/2 41 28″ 導(dǎo)管 26″x300m 185/8″x300m 16″x2600m 133/8″x2600m 121/4″x 封白云巖 103/4″x100m+9 7/8″x 封白云巖 81/2″* 目的層 7″ 尾管 *目的層 克拉 2氣田典型井身結(jié)構(gòu) 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 42 30 20 16 103/4 133/8 95/8 泥線 90m 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 43 m a x m in m in( ) 0 .0 0 9 8 1d p pDP?? ? ? ? ? ?m a x m a x 1 1/d f k p c fcS S D D??? ? ? ?HOMEWORK: 防壓差卡井關(guān)系 ： 防關(guān)井井漏關(guān)系 ： 3. 某井油層位于 2600m，預(yù)測(cè) ρ p= ，鉆至 200m下表層套管，液壓實(shí)驗(yàn)測(cè)得套管鞋處 ，問(wèn)不下中間套管能否順利鉆達(dá)油層？ 已知： Sb = ； Sg = ； Sk = ； Sf = 3/cmg3/ cmgf ??第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 44 oil zone 中間套管 (技術(shù)套管 ) 表層套管 生產(chǎn)套管 (油層套管 ) 主要內(nèi)容 : — 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) — 套管柱設(shè)計(jì) — 注水泥技術(shù) — 套管損壞與防護(hù) 一開(kāi) 二開(kāi) 三開(kāi) 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 45 一、套管和套管柱 ? 套管： 優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無(wú)縫管或焊接管，一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。 間隙最小： ～ ， 最好： 。 m a x m i n m i n( ) 0 . 0 0 9 8 1( 1 . 9 4 0 . 0 3 6 1 . 4 3 5 ) 3 2 0 0 0 . 0 0 9 8 1 1 6 . 9 8p b pP S DM P a??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?18AP P M P a? ? ? ?第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 38 （ 5）確定表層套管下深 D1 由： 221132001 .4 3 5 0 .0 3 6 0 .0 3 0 .0 6f E p b f kDS S SDD?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?試取 D1 = 850 m , 代入上式計(jì)算得 由 ρf曲線查得 故確定 D1 = 850 m。 查得 = 對(duì)應(yīng) D2 = 3200 m。 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 34 解： 由圖上查得 （ 1）中間套管下入深度初選點(diǎn) 由 試取 D21 =3400 m，代入上式得： 由破裂壓力曲線查得 且接近，故確定 D21 = 3400 m 。 給定設(shè)計(jì)系數(shù)： Sb = ； Sg = ； Sk = ； Sf = ； ΔPN = 12 Mpa 。 1f?第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 1221 / DDSSS kfbpf ????? ??,1f?ρp2 32 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法： 1. 由內(nèi)而外，自下而上； 2. 已知下層套管下深，求上層套管下深（中間，表層）； 3. 已知上層套管下深，求下層套管下深（如尾管）； 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： ； ； 33 設(shè)計(jì)舉例 某井設(shè)計(jì)井深為 4400 m； 地層孔隙壓力梯度和破裂 壓力梯度 剖面如圖 。 pper?（ 2）求壓差 條件下允許的最大地層壓力 NP?pper?bpp e rdpdNSDP??????????? 0098 )( m i nm i n第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 bpNpp e r SDP ????m i nm i ??D21 pper?30 2f?pper? D31 根據(jù) D2 處地層破裂壓力 ， 求出繼續(xù)向下鉆進(jìn)時(shí) 裸眼段允許最大地層壓力 試算法： 先試取一個(gè) D31，計(jì)算 ， 若計(jì)算 與實(shí)際值接近且略大， 則 D31 為尾管初選點(diǎn)，否則重試。 需根據(jù)壓差卡鉆條件確定中間套管的下深 。 Dpmin ：最小地層孔隙壓力所處的井深， m ? 若 ，不卡， D21為中間套管下入深度 D2。 一般情況下，在新探區(qū)，取以上兩種條件下較大值。 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 m i nm a x ffe S ?? ??ρpmax ρpmin 26 （ 1）正常鉆進(jìn)，不考慮發(fā)生井涌 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 計(jì)算出 ρ f2 ，在破裂壓力曲線 查出 ρf 2所在的井深 D21 ， 即為中間套管下入井深初選點(diǎn)。 在正常壓力地層： Δ PN=1518MPa 在異常壓力井段： Δ Pa=2123MPa PD ppd ????? )( m i nm i nm a x ?? 23 bpd S?? m a xm a x ??裸眼段內(nèi)最大鉆井液密度 最大井筒壓力梯度 gde S?? m a xm a x ??1m a xm a xm a x cpkde DDS ??? ??m inm a x ffe S ?? ??PD ppd ????? )( m i nm i nm a x ??四、裸眼井段應(yīng)滿足的力學(xué)平衡 第二章 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與固井 防壓裂裸露地層 井漏 防壓差卡套管 正常鉆進(jìn) 溢流關(guān)井 24 其中： —— 鉆井液密度， —— 裸眼段內(nèi)使用的最大鉆井液密度， —— 裸眼段鉆遇最大地層壓力的當(dāng)量泥漿密度， —— 最大地層孔隙壓力所處的井深， m —— 裸眼段鉆遇最小地層壓力的當(dāng)量泥漿密度， —— 最小地層孔隙壓力所處的井深， m —— 裸眼段最小地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， —— 套管鞋處地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， —— 套管下入深度， m 3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg3/cmg11minminmi