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固井作业3

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1解: 2) 进行套管柱抗挤强度设计 。a. 计算漏失面深度 。 b. 计算设计外压力 。 0≤ Z≤ 1524m 1524m< Z≤ 3200m 由此可计算出井口 、 漏失面处和井底的设计外压力分别是 0、 并可作出设计外压力线 。三、套管柱强度设计1524)600)1( Z  )([0 0 9  2解: 2) 进行套管柱抗挤强度设计 。c. 据设计外压力选择抗挤强度满足要求的套管(考虑轴向拉力对套管抗挤强度的影响)。选择套管,就要确定出各段套管所下的深度(包括顶端深度和底端深度)进而确定出所用的长度。因为要考虑双轴应力问题,故需要计算双轴应力抗挤强度;计算双轴应力抗挤强度要知道拉力值,而计算套管柱某截面上的拉力必须知道该截面以下套管柱的自重情况。所以, 确定各段套管所下的深度和所用的长度时,是从井底往上逐段确定。三、套管柱强度设计3解: ① 设计下部第一段套管 。先不考虑双轴应力问题初选套管。根据设计外压力(井底设计外压力 查套管强度性能数据表,下部第一段选用 厚 有关数据如下:m, 头拉伸强度)三、套管柱强度设计4解: ①设计下部第一段套管 (续)该段套管的底端深度就是本套管柱的下入井深,需要计算确定的是其顶端井深。当不考虑双轴应力问题时,由式( 7令 ( 024( m)将深度值圆整到 10m,即取 2030m。三、套管柱强度设计5三、套管柱强度设计有效外挤压力分布 套管全掏空时外挤压力分布漏失面可以根据第一段套管的抗挤强度确定第一段套管的深度不能根据第一段套管的抗挤强度确定第一段套管的深度,而必须另选抗挤强度小一级的套管,由此确定第一段套管顶部深度6解: ①设计下部第一段套管。由于轴向拉力的影响,其抗挤强度要降低,所以 其顶端深度要增加 (因为此处随井深增加设计外压力降低)。但到底要增加多少,难于用双轴应力公式直接确定,下面采用试算法。该方法如下:(a)先计算在上述顶端井深条件下套管顶、底端的双轴应力抗挤强度;近似认为顶、底端之间的双轴应力抗挤强度为线性分布,求出该双轴应力抗挤强度直线的方程。三、套管柱强度设计7解: ①设计下部第一段套管。(b)令双轴应力抗挤强度与设计外压力相等,求出第一次修正后的顶端井深。(c)计算在第一次修正后的顶端井深条件下, 套管顶端的双轴应力抗挤强度与设计外压力 ,将二者比较,如果二者相差不大(如小于 1%),可将该修正后的井深作为其顶端井深。(d)如果二者相差较大,则以 第一次修正后的顶端井深为条件,重复步骤 (a)、 (b)与 (c),直到满足要求为止。重复 ( b)-(d),可求出满足任意精度要求的顶端井深。在实际设计过程中,通过计算机编程很容易找到满足抗挤条件的深度。三、套管柱强度设计8解: ①设计下部第一段套管。当 2030 一段套管长度为 200 – 2030=1170( m)。1170× 65.6(、套管柱强度设计1121111 21431 9解 ①设计下部第一段套管。因为底端轴向拉力为零,所以: 连接第一段套管顶端的井深、双轴应力抗挤强度点( 2030m,底端的井深、双轴应力抗挤强度点( 3200m,可得双轴应力抗挤强度直线,求得该直线的方程为: m)10解: ①设计下部第一段套管。令该式与( 7相等(套管的抗挤强度等于套管上截面所受到的等效外挤压力),可求得第一次修正后的井深 ( / ( = 2419( m)将该深度圆整到 2420 m。校核修正井深后顶端的双轴应力抗挤强度。此时: 3200 – 2420 = 780( m) 780× 、套管柱强度设计11解: ①设计下部第一段套管。 2420= 可见,双轴应力抗挤强度满足要求,而且两者非常接近,以设计外压力为准时,因此,可以取 2420然,这也是第二段套管的下入深度(底端深度)。三、 顶② 设计第二段套管。根据设计外压力 ( 漏失面处设计外压力为 第二段选用 壁厚 其有关数据如下:m , 于过漏失面的套管 , 关键是校核其在漏失面处的双轴应力抗挤强度 。在漏失面处的拉力为: (2420–1524)× 、套管柱强度设计13解: ② 设计第二段套管。双轴应力抗挤强度为(假设漏失面位于第二段套管内):前面已经计算出漏失面处的设计外压力为 见,是安全的,其实际的安全系数为(抗挤、抗内压、抗拉实际安全系数分别以 、 、 表示): ( 1524 ) = 、套管柱强度设计2222222 21431失面漏失面漏失面)(42 43126 M P a14解: ③ 设计第三段套管。第二段套管的顶端深度(从而其长度)取决于第三段套管的下入深度。因为从漏失面往上,设计外压力逐渐降低,故可选比第二段抗挤强度低一级的套管(可降低钢级,也可降低壁厚)。此处第三段选用与第一段相同的厚 关数据同第一段:m, 管柱强度设计15解: ③ 设计第三段套管。确定第三段套管的下入深度(底端井深)采用的方法也是试算法,过程与确定第一段套管顶端深度类似。为便于设计,先假设第三段套管顶端深度为零,即假设第三段套管从井口一直下到满足抗外挤设计所允许的最大许可下入深度。第三段套管顶端的最终深度待第四段套管的下入深度确定后确定。三、套管柱强度设计16解: ③ 设计第三段套管。由式 ( 7, 令 可求得当不考虑双轴应力时的下入深度: 1432( m)将深度值圆整到 10m, 即取 1430m。 这时: 2420 – 1430 = 990( m)1+990× 由于第三段套管位于漏失面之上,外挤压力随着井深的增加逐渐减小,但轴向力随着井深的减小而增加,考虑双轴应力影响,按抗挤强度设计时,实际的套管下入深度应小于不考虑双轴应力时套管的下入深度。三、套管柱强度设计17解: ③ 设计第三段套管。 1430× 、套管柱强度设计3223233 21431 90 4 4 843130 顶③ 设计第三段套管。连接第三段套管顶端的井深 、 双轴应力抗挤强度点( 0, 和底端的井深 、 双轴应力抗挤强度点 ( 1430m, 可得双轴应力抗挤强度直线 , 求得该直线的方程为: 7令该式与 ( 7式相等 , 可求得第三段套管底端第一次修正后的井深: ( = 1222( m)三、套管柱强度设计19解: ③ 设计第三段套管。 将 整到 1220m。 校核修正井深后底端的双轴应力抗挤强度。 此时: 2420 – 1220 = 1200( m) 1200× 1220 = ( 7深修正后,双轴应力抗挤强度满足要求,而且两者非常接近,以设计外压力为准时,双轴应力抗挤强度与其相差仅 因此,可以取1220、3 底④设计第四段套管。第四段选用 壁厚 其有关数据如下:m , 四段套管的设计方法与第三段类似 。 仍先假设第四段套管的顶端深度为零 。由式 ( 7, 令 可求得当不考虑双轴应力时的下入深度 1191( m)三、套管柱强度设计21解 ④设计第四段套管。将 整到 1190m。 这时: 1220 – 1190= 30( m) 30× 、套管柱强度设计4324344 21431 22解: ④设计第四段套管。 1190× 、802 顶④设计第四段套管。连接第四段套管顶端的井深 、 双轴应力抗挤强度点 (0, 和底端的井深 、 双轴应力抗挤强度点 ( 1190m, , 可得双轴应力抗挤强度直线 , 求得该直线的方程为: 7令该式与 ( 7式相等 , 可求得第四段套管底端第一次修正后的井深: ( = 851( m)三、套管柱强度设计24解: ④设计第四段套管。将 整到 850m。 校核修正井深后底端的双轴应力抗挤强度 。 此时: 1220 – 850 = 370( m) 370× 、套管柱强度设计73 2 2 643172 底 ④设计第四段套管。 850 = 可见 , 井深修正后 , 双轴应力抗挤强度满足要求 , 以设计外压力为准时 , 双轴应力抗挤强度与其相差只 因此 , 可以取 850往上还可选抗挤强度更低的套管,依样进行设计。考虑到现场施工,套管段数不宜过多,不再进行套管选择与设计。套管柱的段数一般可取 3~ 4段;有时出于其它考虑或便于施工,采用单一强度的套管柱(一般井较浅时这样做),这时成本有所增加。三、套管柱强度设计26三、套管柱强度设计图 7套管柱抗挤设计示意图27三、套管柱强度设计图 7套管柱抗挤设计示意图红圆点处判断:箭头:最初井深蓝箭头:考虑拉力所下井深(1524,0,0)(3200,(3200,0,(0,1430,(1190,(2030,(1190,28解: 2)进行套管柱抗挤强度设计。d. 将套管柱抗挤设计结果列表 。套管柱抗挤强度设计结果见下表所示。三、套管柱强度设计序号井 段(m)段 长(m) 钢 级壁 厚(扣型抗挤安全系数4 0~ 850 850 圆扣 50~ 1220 370 圆扣 220~ 2420 1200 圆扣 420~ 3200 780 圆扣 3)进行套管柱抗内压强度设计a. 计算井口内压力 。由式 ( 7:( b. 计算设计内压力 。由式 ( 7及 ( 7得设计内压力为:三、套管柱强度设计6 8 0 0) 0 9 0 0 9  P )( 30解: 3)进行套管柱抗内压强度设计b. 计算设计内压力 。 [ Z ]× ( 7由式 ( 7可得井口与井底的设计内压力为:井口: 底: 3200 = 上述数据可作出设计内压力线 。三、套管柱强度设计31解: 3)进行套管柱抗内压强度设计c. 将按抗挤设计出的套管的抗内压强度与设计内压力相比较 ,对不满足抗内压要求者进行更换 。对于各段套管 , 底端所受内压力最大 。 由式 ( 7: 850 = 1220 = 2420 = 3200 = 上述数据分别与各段套管的抗内压强度比较 ( 参见图 7, 可见 , 各段套管的抗内压强度均满足要求 , 而且有余 。三、套管柱强度设计32三、套管柱强度设计图 7套管柱抗内压设计示意图33解: 3)进行套管柱抗内压强度设计c. 将按抗挤设计出的套管的抗内压强度与设计内压力相比较 ,对不满足抗内压要求者进行更换 。各段套管的实际抗内压安全系数为: [ ρn – ρ Z ] ( 7所以:= 850]== 1220]== 2420]== 3200]=管柱抗挤 、 抗内压强度设计综合结果见表 7、套管柱强度设计34解: 3)进行套管柱抗内压强度设计c. 将按抗挤设计出的套管的抗内压强度与设计内压力相比较 ,对不满足抗内压要求者进行更换 。表 7套管柱抗挤、抗内压强度设计综合结果三、套管柱强度设计序号井 段(m)段 长(m) 钢 级壁 厚(扣型抗挤安全系数抗内压安全系数4 0~ 850 850 圆 扣 50~ 122 370 圆 扣 220~2420 1200 圆 扣 420~3200 780 圆 扣 4)进行套管柱抗拉强度设计a. 根据抗挤设计和抗内压设计的综合结果 , 计算套管柱的设计拉力 。在此例中 , 在抗内压设计时 , 因套管的抗内压强度满足要求 , 未对抗挤设计所选择的套管进行更换 , 故可用抗挤设计中已求出的各段套管的拉力计算设计拉力 。 由式( 7有: 上述数据可作出设计拉力线。三、套管柱强度设计36解: 4)进行套管柱抗拉强度设计b. 将套管的抗拉强度与设计拉力进行比较 , 对抗拉强度不满足要求的井段的套管进行更换 。将上述数据分别与各段套管的抗拉强度比较(参见 图 7。 第一、二、三段套管的抗拉强度均满足要求,而且有余, 但第四管的抗拉强度不能满足要求, 故要对第四段套管进行更换。在此例中,尽管从满足抗拉强度出发,第四段套管还可保留下端一部分、只需对上端抗拉强度不满足部分进行更换,但这样将导致过短的段长,同时使整个套管柱的段数过多,故对整个第四段套管进行更换。可换用第三段套管,即:将原第四段套管取消,将第三段套管一直上升到井口。这样,整个套管柱由原来的四段组成变成了由三段组成,这时,各段套管顶端的轴向拉力为:三、套管柱强度设计37三、套管柱强度设计图 7套管柱抗拉设计示意图38解: 4)进行套管柱抗拉强度设计b. 将套管的抗拉强度与设计拉力进行比较 , 对抗拉强度不满足要求的井段的套管进行更换 。 段套管的实际抗拉安全系数为: T ( 7以: 管柱强度设计39解: 5)将套管柱强度设计结果列表。整个套管柱强度设计结果见表 7 7套管柱强度设计结果注:段重、累重栏中括号内的数据为空气中的重量。三、套管柱强度设计序号井 段(m)段长(m)钢级壁厚(型段重(重(全系数抗挤抗内压抗拉3 0~ 1220 1220 圆 522 1220~2420 1200 圆 421 2420~3200 780 圆 9640三、套管柱设计方法① 确定设计条件:安全系数、外载计算方式②按内压筛选套管③求井底外挤力,选第一段套管④选第二段套管,计算其可下深度⑤计算第一段套管长度和有关安全系数⑥选第三段套管……或 ……⑦ 选套管,按套管抗拉强度计算其可下深度⑧ 抗内压安全系数校核[注意:抗挤应按双轴应力进行计算 ]
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