套管強(qiáng)度校核

1、第一節(jié) 套管及套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)序言序言套管柱的主要功套管柱的主要功能能s 抗擠s 抗拉s 抗內(nèi)壓 密封套管柱的組成 由不同強(qiáng)度的套管段組成原因：s套管受到各種類(lèi)型外力作用，須具有一定強(qiáng)度。外載大小、類(lèi)型不同，所需的強(qiáng)度要求也不同，須有一系列不同尺寸、不同強(qiáng)度的套管。即套管系列。序言序言套管柱的類(lèi)型w表層套管w技術(shù)套管（中間套管）w生產(chǎn)套管（油層套管）w尾管（技術(shù)尾管、生產(chǎn)尾管）w回接套管序言序言一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1、靜載特點(diǎn)：長(zhǎng)期作用、聯(lián)合作用在套管上。類(lèi)型：2、動(dòng)載特點(diǎn)：瞬時(shí)地、單一地作用在套管上。產(chǎn)生原因：l起下鉆時(shí)速度變化產(chǎn)生的動(dòng)載l阻、卡套管時(shí)提拉動(dòng)載l摩擦動(dòng)載

2、l碰壓動(dòng)載l密度差產(chǎn)生的附加拉力一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算軸向力：自重、浮力軸向力：自重、浮力外擠壓力外擠壓力內(nèi)壓力內(nèi)壓力一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.外擠壓力w管外鉆井液液柱壓力:（水泥不返到井口時(shí)，上部有一段套管外為鉆井液。該段套管稱(chēng)為自由套管）w水泥漿液柱壓力w地層中流體壓力w易流動(dòng)巖層的側(cè)壓力等一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.外擠壓力w有效外壓力：式中 Poe有效外壓力； Po外壓力； Pib支撐內(nèi)壓力。 ibooePPP一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.徑向外擠壓力w有效外壓力：表層套管：井漏造成全掏空技術(shù)套管：井漏發(fā)

3、生，但不可能造成發(fā)生全漏空的情況，因此技術(shù)套管的下部還有支撐內(nèi)壓力作用油層套管：一般在采油后期產(chǎn)層壓力降得很低的時(shí)候產(chǎn)生最大有效外壓力（開(kāi)發(fā)后期可能抽油或氣舉采油），因?yàn)檫@時(shí)套管內(nèi)的內(nèi)壓力會(huì)降得很低。若近似認(rèn)為內(nèi)壓力為零，則其受載情況與表層套管類(lèi)似，即為全掏空。 一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.外擠壓力（1）外壓力w在水泥面（環(huán)空內(nèi)水泥的頂面）以上應(yīng)按鉆井液液柱壓力計(jì)算w對(duì)于水泥封固段，當(dāng)發(fā)生上述最大有效外壓力時(shí)，管外環(huán)空中的水泥已經(jīng)凝固，水泥環(huán)（水泥漿在環(huán)空內(nèi)凝固后的環(huán)狀水泥石稱(chēng)為水泥環(huán)）應(yīng)有助于套管承受外壓力，但難于準(zhǔn)確計(jì)算，因此從安全角度考慮現(xiàn)場(chǎng)上一般將水泥面以下水泥環(huán)段

4、的外壓力也按鉆井液液柱壓力計(jì)算。 ZPmo0098. 0一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.外擠壓力（2）支撐內(nèi)壓力w對(duì)于表層套管、油層套管這種可能全掏空的情況，支撐內(nèi)壓力為零。w對(duì)于技術(shù)套管非全掏空的情況，在漏失面以上（即井深小于漏失面深度的套管段），支撐內(nèi)壓力為零，在漏失面以下（即井深大于漏失面深度的套管段）作用有管內(nèi)鉆井液液柱壓力。w因此，要計(jì)算支撐內(nèi)壓力，首先要知道漏失面的深度。一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.徑向外擠壓力（2）支撐內(nèi)壓力w漏失面深度確定：假設(shè)下一次鉆進(jìn)鉆至下一層套管的下入深度（下一井段的目的井深）時(shí)發(fā)生井漏，并假設(shè)漏失層的孔隙壓力為地層鹽水

5、柱壓力，根據(jù)壓力平衡關(guān)系可得漏失面深度為：)1 (nswnLHH一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算鉆井液鹽水HnHLswnnLnHHH)(1.外擠壓力（2）支撐內(nèi)壓力w對(duì)于技術(shù)套管非全掏空的情況，支撐內(nèi)壓力的計(jì)算式為0ibP)(0098. 0LnibHHP（0HHL） （HLHHB） 一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算1.外擠壓力（3）有效外壓力w對(duì)于表層套管、油層套管這種可能全掏空的情況，需要按全掏空考慮的技術(shù)套管，有效外壓力為w對(duì)于技術(shù)套管非全掏空的情況，有效外壓力為 （0HHL） （HLHHB） HPmoe0098. 0HPmoe0098. 0)(0098. 0HHP

6、mnLnoe一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算（a a）全掏空）全掏空 （b b）非全掏空）非全掏空?qǐng)D圖7-3 7-3 有效外擠壓力對(duì)比示意圖有效外擠壓力對(duì)比示意圖11外壓力外壓力 22支撐內(nèi)壓力支撐內(nèi)壓力 33有效外壓力有效外壓力全掏空與非全掏空兩種不同的情況下，套管柱所受的有效外壓力不一樣。對(duì)于全掏空情況，有效外壓力是井底最大，井口最小（為零）；對(duì)于非全掏空情況，有效外壓力是中間大，井口和井底小。顯然，這種不同的外載情況會(huì)使套管柱設(shè)計(jì)的結(jié)果不同。 一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算2.內(nèi)壓力w套管柱所受的內(nèi)壓力主要來(lái)自于鉆井液、地層流體（油、氣、水）壓力以及特殊作業(yè)（如

7、壓井、酸化壓裂、擠水泥等）時(shí)所施加的壓力。與外擠壓力類(lèi)似，對(duì)內(nèi)壓力也是分析計(jì)算危險(xiǎn)工況時(shí)的有效內(nèi)壓力。有效內(nèi)壓力為 Pie Pi Pob 對(duì)于表層套管和技術(shù)套管，如果在下一井段鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生井涌而進(jìn)行壓井時(shí)，套管柱所受的有效內(nèi)壓力最大。而對(duì)于油層套管，油井和氣井的情況不一樣，要根據(jù)采油、采氣工藝情況考慮相關(guān)的危險(xiǎn)工況。 一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算w徑向內(nèi)壓力：w管內(nèi)流體壓力w壓裂作業(yè)等增產(chǎn)措施時(shí)的壓力一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算2.內(nèi)壓力（1）內(nèi)壓力w對(duì)于表層套管和技術(shù)套管，當(dāng)在下一井段鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生井涌而進(jìn)行壓井時(shí)，套管的內(nèi)壓力為井口內(nèi)壓力與管內(nèi)流體（鉆井液

8、與涌入流體氣、水、油或混合物）的液柱壓力之和。由于井涌情況的多樣性，所以關(guān)于套管內(nèi)壓力的計(jì)算有多種方法，常用方法是： HPPnsi0098. 0一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算2.內(nèi)壓力（1）內(nèi)壓力確定井口內(nèi)壓力的三種方法是：w1）井口防噴裝置（防噴器及壓井管線等）許用最高壓力。 w2）套管鞋處附近地層破裂壓力所決定的許用井口壓力。 w3）下部高壓油氣噴出時(shí)可能出現(xiàn)的井口內(nèi)壓力。 BnfsHP)(0098. 0一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算w對(duì)于油層套管，分油井與氣井采用不同的計(jì)算方法。以下是關(guān)于油層套管內(nèi)壓力的計(jì)算方法之一 。對(duì)于油井，認(rèn)為采油初期，產(chǎn)層壓力較高，井

9、口有內(nèi)壓力作用于套管，套管的內(nèi)壓力為井口內(nèi)壓力與原油的液柱壓力之和（式中括號(hào)項(xiàng)即為井口內(nèi)壓力） 對(duì)于氣井，井口也有內(nèi)壓力作用于套管。當(dāng)考慮氣體自重及其壓縮性后，套管內(nèi)任意深度處的內(nèi)壓力為（式中令井深Z為零即得井口內(nèi)壓力） HHPPoBopi0098. 0)0098. 0()(10115.14/HHpiBePP一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算2.內(nèi)壓力（2）支撐外壓力w在無(wú)水泥段，因鉆井液降解及固相沉降，其液柱壓力可能降低w對(duì)水泥封固段，可能水泥環(huán)并不完整，地層壓力可能作用于管柱上，按鹽水柱計(jì)算支撐外壓力可能比實(shí)際外壓力偏小，但可使有效內(nèi)壓力偏大而使管柱趨于安全。所以，在支撐外壓力計(jì)

10、算中一般無(wú)論是水泥面以上還是水泥面以下均按地層鹽水柱壓力計(jì)算，即 ：HPswob0098. 0一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算2.內(nèi)壓力（3）有效內(nèi)壓力由上所述，可得套管柱有效內(nèi)壓力的計(jì)算方法：w對(duì)于表層套管和技術(shù)套管：w對(duì)于油層套管 油井：氣井： HPPswnsie)(0098. 0HHPPoswoopie)(0098. 0)0098. 0(HePPswHHpiB0098. 0/)(10115. 14一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算 （a） （b） （c）圖圖7-4 7-4 有效內(nèi)壓力對(duì)比示意圖有效內(nèi)壓力對(duì)比示意圖（a a）表層或技術(shù)套管）表層或技術(shù)套管 （b b）油

11、井油層套管）油井油層套管 （c c）氣井油層套管）氣井油層套管11內(nèi)壓力內(nèi)壓力 22支撐外壓力支撐外壓力 33有效內(nèi)壓力有效內(nèi)壓力w注意圖中，支撐外壓和內(nèi)壓曲線的斜率變化。w對(duì)于表層套管或技術(shù)套管，有效內(nèi)壓力是井口最小，井底最大；對(duì)于油層套管，有效內(nèi)壓力是井口最大，井底最小?？梢?jiàn)，不同類(lèi)型的井、不同類(lèi)型的套管，所受外載是不一樣的。 w現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)還采用直接用井口壓力Ps作為整個(gè)套管柱有效內(nèi)壓力的方法（即假設(shè)從井口到井底有效內(nèi)壓力均為Ps）。從圖可見(jiàn)，對(duì)于油層套管，采用這種方法顯然是安全的，不過(guò)可能有點(diǎn)不經(jīng)濟(jì)，但可使內(nèi)壓力計(jì)算、進(jìn)而使套管柱的抗內(nèi)壓設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)捷一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)

12、算swnswosw曲線曲線3.軸向拉力w一般情況下，套管柱在入井過(guò)程中（即下套管過(guò)程中）承受的拉力最大。這時(shí)，除了套管柱的自重外，還有上提下放時(shí)的動(dòng)載、上提時(shí)彎曲井段處的阻力、或者是遇卡上提時(shí)多提的拉力等附加拉力。在計(jì)算時(shí)，一般只計(jì)算套管的自重，將動(dòng)載、遇卡上提多提的拉力等附加拉力用設(shè)計(jì)安全系數(shù)考慮，或以其它方式考慮。w套管柱一般是由幾段套管組成。在計(jì)算套管自重所產(chǎn)生的軸向拉力時(shí)，通常需要計(jì)算的是各段套管頂、底端的軸向拉力。顯然，某段套管頂端的拉力即是其上面一段套管底端的拉力，其底端的拉力即是其下面一端套管頂端的拉力。 一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算w軸向拉力：自重浮力W一、套管

13、外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算3.軸向拉力w軸向拉力計(jì)算方法：當(dāng)不考慮鉆井液的浮力時(shí)，計(jì)算的是套管在空氣中的重量；當(dāng)考慮鉆井液的浮力時(shí)，計(jì)算的是套管在鉆井液中的重量，常簡(jiǎn)稱(chēng)為浮重。一般可用臺(tái)階法和浮力系數(shù)法計(jì)算 其中kiikLqT1kibikLqT1FbqBq smFB1一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算用臺(tái)階力法計(jì)算：考慮浮力是集中作用在套管界面變化的位置！浮力的大?。篢f=Ph*A軸向力為：fTqLT1000/一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算HT一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算w很顯然，套管柱自重所產(chǎn)生的軸向拉力的分布規(guī)律是井底最?。榱悖现饾u

14、增大，井口拉力最大 圖圖7-5 7-5 套管軸向拉力沿井深分布示意圖套管軸向拉力沿井深分布示意圖 1-1-不考慮浮力不考慮浮力 2-2-考慮浮力考慮浮力一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算4.彎曲附加拉力 如果井眼存在較大的井斜變化或狗腿時(shí)，由于套管彎曲效應(yīng)的影響將增大套管的拉力負(fù)荷，特別是在靠近絲扣嚙合處易形成裂縫損壞，由于API套管的連接強(qiáng)度沒(méi)有考慮彎曲應(yīng)力，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從套管的連接強(qiáng)度中扣除彎曲效應(yīng)的影響。ALEDTbd6101802Z(+) Z(-)max一、套管外載分析與計(jì)算一、套管外載分析與計(jì)算s對(duì)所用套管系列的統(tǒng)一規(guī)定，叫套管規(guī)范。規(guī)定了套管生產(chǎn)的尺寸、鋼級(jí)、壁厚、連接方

15、式等；目前一般使用的美國(guó)API套管規(guī)范。其規(guī)定的有關(guān)性能主要有：套管尺寸、套管壁厚、螺紋類(lèi)型與套管鋼級(jí) 1、套管基本參數(shù) 套管的基本參數(shù)為套管尺寸、套管壁厚（或單位長(zhǎng)度名義重量）、螺紋類(lèi)型與套管鋼級(jí)。 （1）套管尺寸（又叫名義外徑或公稱(chēng)直徑）：本體外徑4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-5/8”, 20”, 30”. 套管尺寸的選擇與鉆頭尺寸相配合！- 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度 目 前 國(guó)內(nèi)外所生產(chǎn)的套管尺寸及鉆頭及尺寸已標(biāo)準(zhǔn)系列化。套管與其相應(yīng)井眼的尺寸配合

16、基本確定或在較小范圍內(nèi)變化。二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度1、套管基本參數(shù)（2）套管壁厚與套管單位長(zhǎng)度名義重量w套管壁厚指的是套管本體處套管壁的厚度，套管壁厚有時(shí)又稱(chēng)為套管名義壁厚。套管壁厚也已標(biāo)準(zhǔn)系列化 w套管單位長(zhǎng)度名義重量又稱(chēng)為套管公稱(chēng)重量，指的是包括接箍在內(nèi)的、套管單位長(zhǎng)度上的平均重量 w套管壁厚、套管單位長(zhǎng)度名義重量二者是直接相關(guān)的 二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度1、套管基本參數(shù)（3）螺紋類(lèi)型 套管螺紋及螺紋連接是套管質(zhì)量的關(guān)鍵所在，與套管的強(qiáng)度和密封性能密切相關(guān)。API標(biāo)準(zhǔn)的螺紋類(lèi)型有4種：短圓螺紋（英文縮寫(xiě)STC）長(zhǎng)圓螺紋（英文縮寫(xiě)LTC）梯形螺紋（英文縮寫(xiě)B(tài)TC）直連型螺紋（英文縮寫(xiě)XL，

17、用于無(wú)接箍套管）二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度 （a） （b） （c）圖7-6 API螺紋連接示意圖（a）圓螺紋連接 （b）梯形螺紋連接 （c）直連型螺紋連接（4）套管鋼級(jí)wAPI鋼級(jí)有10種：H,J,K,N,C,L,P,Q,X.非標(biāo)準(zhǔn)的鋼級(jí)，也較廣泛使用，如NKK,S,SS,V等。API規(guī)定鋼級(jí)代號(hào)后面的數(shù)字乘以1000PSi(6894.8Pa)即為該鋼材的最小屈服強(qiáng)度。如:N-80-80*1000Psi但也有個(gè)別例外:S-80-55KpsiSS-95-80Kpsiw套管鋼材的抗硫能力： 有抗硫能力的套管鋼級(jí) H-40, J-55, K-55, X-52, C-75, L-

18、80, C-90二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度w采用非API標(biāo)準(zhǔn)有兩種情況：一是套管的尺寸、鋼級(jí)與壁厚按照API規(guī)范，只是在螺紋連接上采用非API標(biāo)準(zhǔn)的特殊螺紋連接型式，這主要是為了解決螺紋連接的高密封要求問(wèn)題；二是套管的尺寸、壁厚與螺紋連接型式按照API規(guī)范，但使用特殊的套管鋼級(jí)，這是為了解決套管腐蝕和高應(yīng)力問(wèn)題。 二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（1）套管強(qiáng)度 外載可分為三種，即作用在管柱外壁上的外擠壓力、作用在管柱內(nèi)壁上的內(nèi)壓力和作用在管柱內(nèi)方向與管柱軸線平行的軸向拉力。w套管所具有的抵抗外載的能力稱(chēng)為套管強(qiáng)度 w套管所能承受的最大外擠壓力稱(chēng)為套管的抗擠強(qiáng)度 w套管所能承受的最大內(nèi)壓力稱(chēng)為

19、套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度 w套管所能承受的最大軸向拉力稱(chēng)為套管的抗拉強(qiáng)度。因?yàn)樵谳S向拉力的作用下，套管的破壞一般是發(fā)生在套管本體與接箍的螺紋連接處，因此套管的抗拉強(qiáng)度又常稱(chēng)為連接強(qiáng)度或接頭拉伸強(qiáng)度。 二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度套管強(qiáng)度系列：套管強(qiáng)度系列：二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（2）軸向拉力作用下套管的失效形式原因：軸向載荷過(guò)大 失效形式:(1)絲扣（接箍）滑脫(2)絲扣斷裂(3)管體斷裂(4)氫脆二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（2）軸向拉力作用下套管的失效形式w絲扣（接箍）滑脫 對(duì)圓扣套管是常見(jiàn)的失效形式。二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（2）軸向拉力作用下套管的失效形式w絲扣斷

20、裂條件：拉力大于絲扣連接強(qiáng)度，小于本體強(qiáng)度。位置：絲扣最后一個(gè)嚙合螺紋處（扣根）（直徑最小）二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（2）軸向拉力作用下套管的失效形式w管體斷裂條件：拉力小于絲扣連接強(qiáng)度，大于本體強(qiáng)度。二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（3）套管抗拉強(qiáng)度的選用抗拉強(qiáng)度min絲扣部分抗拉強(qiáng)度，管體抗拉強(qiáng)度（1）圓螺紋套管絲扣抗拉強(qiáng)度=min抗滑脫強(qiáng)度，絲扣拉斷強(qiáng)度（2）梯形扣和直連型套管以絲扣或管體抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度絲扣抗拉強(qiáng)度的計(jì)算絲扣抗拉強(qiáng)度的計(jì)算目的：根據(jù)材料的強(qiáng)度計(jì)算出絲扣抗拉強(qiáng)度抗滑脫強(qiáng)度絲扣拉斷強(qiáng)度DLYDLUDLAPppjpj14. 014. 05

21、 . 0283. 1095. 059. 0pjpjUAP095. 0二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度2、套管強(qiáng)度（4）軸向拉力作用下套管的抗擠強(qiáng)度 wAPI所公布的套管強(qiáng)度數(shù)據(jù)是套管受相應(yīng)的單一外載作用時(shí)的強(qiáng)度，如抗擠強(qiáng)度是套管僅受外擠壓力作用時(shí)套管所能承受的最大外擠壓力值；w套管柱在井下一般是處于復(fù)合外載作用狀態(tài)（兩種及兩種以上外載同時(shí)作用狀態(tài)）。在復(fù)合外載作用下，套管的強(qiáng)度要發(fā)生變化，有時(shí)套管的強(qiáng)度增加，有時(shí)套管的強(qiáng)度降低。二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度 在外壓力與軸向力或內(nèi)壓力與軸向力作用下，管柱內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)為三向應(yīng)力狀態(tài)，三個(gè)主應(yīng)力分別為軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力 ：22221zrrttzc222

22、22szrrttz二、套管強(qiáng)度二、套管強(qiáng)度由于套管為薄壁或中厚壁管，在這三個(gè)應(yīng)力中，r 00 拉伸內(nèi)壓 z，t 0 壓縮內(nèi)壓 z，t 00Pid對(duì)比抗擠設(shè)計(jì)結(jié)果與抗內(nèi)壓設(shè)計(jì)結(jié)果，在各井段內(nèi)選擇強(qiáng)度高的套管；將套管柱抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)與抗內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)綜合結(jié)果列表。三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)w技術(shù)套管柱設(shè)計(jì)一般步驟：4）進(jìn)行套管柱抗拉強(qiáng)度w根據(jù)抗擠設(shè)計(jì)和抗內(nèi)壓設(shè)計(jì)的綜合結(jié)果，計(jì)算套管柱的設(shè)計(jì)拉力，即w將套管的抗拉強(qiáng)度與設(shè)計(jì)拉力進(jìn)行比較，對(duì)抗拉強(qiáng)度不滿足要求的井段的套管進(jìn)行更換，以滿足抗拉強(qiáng)度的要求，即 （Tt接頭拉伸強(qiáng)度）tdTST dtTT 三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)w技術(shù)套管柱設(shè)

23、計(jì)一般步驟：4）進(jìn)行套管柱抗拉強(qiáng)度w 需要注意的是，如果因抗拉強(qiáng)度不夠而更換套管時(shí)更換了套管的壁厚，則套管柱的拉力要重新計(jì)算，再按新計(jì)算的拉力校核抗拉強(qiáng)度。如果這樣更換的套管是在套管柱的中部或下部，還要重新校核一下套管柱的抗擠強(qiáng)度，因?yàn)橛捎诶Φ淖兓瘯?huì)導(dǎo)致軸向拉力下套管抗擠強(qiáng)度的變化。w 水泥面之上進(jìn)行雙軸應(yīng)力校核5）將套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果列表。 三、套管柱設(shè)計(jì)方法三、套管柱設(shè)計(jì)方法三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )w某井177.8mm套管，下入深度3500m, 井內(nèi)鉆井液密度1.30g/cm3,水泥返至井深2800m?？箶D安全系數(shù)為1.125,抗拉安全系數(shù)為1.8

24、(不考慮浮力影響)，井口抗內(nèi)壓安全系數(shù)為1.1.w解（1）按抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)第一段套管按全掏空計(jì)算井底地外擠壓力Pb=0.0098*1.3*3500=45.5(MPa) 第一段套管應(yīng)具有的抗擠強(qiáng)度為Pc1=Pb*sc=45.5*1.125=51.19(MPa)由套管性能表查得N-80，壁厚11.51mm套管，其抗擠強(qiáng)度為60.46MPa實(shí)際抗擠安全系數(shù)為：Sc1=60.46/51.19=1.181三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )w（2）第一段套管得頂截面位置取決于第二段套管得可下深度，第二段套管選用抗擠強(qiáng)度低低一級(jí)的套管，可選N-80,壁厚10.36mm套管，其抗擠

25、強(qiáng)度為49.35MPa,抗拉強(qiáng)度Tt=2708kN,Ts=3066kN,重量為431.5N/m.第二段套管的可下深度為：實(shí)取第二段套管的深度為3300m,則第一段套管的段長(zhǎng)為w L1=3500-3300=200m)(3374125. 1*30. 1*0098. 035.492mH3500m3300m三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )（3）校核第一段套管的抗拉系數(shù)（上端面）和第二段套管的抗擠系數(shù)（下端面）w 第一段套管的重量為476kN/m，抗拉強(qiáng)度為3048kN,浮力系數(shù)為：Bf=1-1.3/7.8=0.833第一段套管的浮重為：T1=200*0.476=95.2

26、4kN (空氣中的重量)T1=200*0.476*0.833=79.33kN (鉆井液中的重量)第一段套管的抗拉系數(shù)St1=3048/95.24=32 (安全)第二段套管的抗擠系數(shù)Sc1=49.35/(0.0098*1.30*3300)=1.15 (安全)3500m3300m三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )w第二段套管的頂截面取決于第三段套管的可下深度，第三段套管選N-80,壁厚9.10套管(386.9N/m,抗拉強(qiáng)度2354kN,Ts=2740kN)，抗擠強(qiáng)度為38.03MPa.,按抗擠計(jì)算第三段套管的可下深度：H3=38.03/(0.0098*1.3*1.1

27、25) =2600m由于第三段套管要承受其下第一和第二段套管的重量，其抗擠強(qiáng)度下降，因此要減小第三段套管的下入深度，（如果不減小，抗擠強(qiáng)度不夠）w 水泥面處套管柱的軸向力為w T1+T2=79.33+500*0.4315*0.833=259kN3500m3300m水泥面2800m三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )w校核水泥面的抗擠強(qiáng)度222221431sscccTTTTPP水泥面水泥面水泥面MPa75.47306625921306625943135.492)(311. 12800*30. 1*0098. 075.47安全水泥面Sc3500m3300m水泥面2800

28、m三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )計(jì)算第三段套管的可下深度（采用雙軸應(yīng)力設(shè)計(jì)）w 找到一個(gè)井深，使第三段套管的下截面在拉力作用下，其抗擠安全系數(shù)接近1.125w 假設(shè)第三段套管下至2300 m,則第二段套管的段長(zhǎng)為L(zhǎng)2=1000mw 第二段套管在空氣中的重量： T2=1000*0.4315=431.5kNw 第二段套管在鉆井液中的重量： T2=0.833*431.5=359.4kNw 第三段套管下端面的拉力 T1+T2=79.3+359.4=438.7kNw 考慮雙軸應(yīng)力后第三段套管的抗擠強(qiáng)度為Pcc3=Pc3*K=34.67MPaw 第三段套管的抗擠安全系數(shù)為 Sc3=34.67/(0.0098*1.3*2300)=1.159 ( 安全)3500m3300m水泥面2800m2300m三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)三、套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)( (油層套管油層套管) )w校核第二段套管頂截面的抗拉安全系數(shù)（Tt2=2708kN）St2=Tt2/(T1+T2) =2708/(95.24+431.5) =5.14 (安全)校核第三段套管頂部（井口）的抗拉強(qiáng)度