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1、第 一 節(jié) 套 管 及 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 序 言套 管 柱 的 主 要 功能 抗 擠 抗 拉 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 ：套 管 受 到 各 種 類 型 外 力 作 用 ， 須 具 有 一 定 強(qiáng) 度 。外 載 大 小 、 類 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 套 管 柱 的 類 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

2、 （ 技 術(shù) 尾 管 、 生 產(chǎn) 尾 管 ）w 回 接 套 管 序 言 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 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 軸 向 力 ： 自 重 、 浮 力外 擠 壓 力內(nèi) 壓 力一 、 套 管 外 載 分 析 與

3、 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 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 1.外 擠 壓 力w 有 效 外 壓 力 ：式 中 Poe有 效 外 壓 力 ； Po外 壓 力 ； P ib支 撐 內(nèi) 壓 力 。 ibooe PPP 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

4、 套 管 ： 井 漏 造 成 全 掏 空技 術(shù) 套 管 ： 井 漏 發(fā) 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 發(fā) 后 期 可 能 抽 油 或 氣 舉 采 油 ） ，因 為 這 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 似 ， 即 為 全 掏 空 。 一 、 套 管

5、 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 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 的 外

6、壓 力 也 按 鉆 井 液 液柱 壓 力 計(jì) 算 。 ZP mo 0098.0 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

7、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 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 水柱 壓 力 ， 根 據(jù) 壓 力 平 衡 關(guān) 系 可 得 漏失 面 深 度 為 ： )1( nswnL HH 一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 鉆 井 液

8、 鹽水H n H L swnnLn HHH )( 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 0 ibP )(0098.0 Lnib HHP （ 0 H H L） （ H L H H B） 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

9、況 ， 有 效 外 壓 力 為 （ 0 H H L） （ H L H H B） HP moe 0098.0 HP moe 0098.0 )(0098.0 HHP mnLnoe 一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 （ a） 全 掏 空 （ b） 非 全 掏 空?qǐng)D 7-3 有 效 外 擠 壓 力 對(duì) 比 示 意 圖1外 壓 力 2支 撐 內(nèi) 壓 力 3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

10、 ） ；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 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 壓 井 、 酸 化壓 裂 、 擠 水 泥 等 ） 時(shí) 所 施 加 的 壓 力 。 與 外 擠 壓 力 類似 ， 對(duì) 內(nèi) 壓 力 也 是 分 析 計(jì) 算 危 險(xiǎn) 工 況 時(shí) 的

11、 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 徑 向 內(nèi) 壓 力 ：管 內(nèi) 流 體 壓 力壓 裂 作 業(yè) 等 增 產(chǎn)措 施 時(shí) 的 壓 力一 、 套 管 外 載 分 析 與

12、 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 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 ： HPP nsi 0098.0 一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 2.內(nèi) 壓 力（ 1） 內(nèi) 壓 力

13、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 。 Bnfs HP )(0098.0 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)

14、于 油 井 ， 認(rèn) 為 采 油 初 期 ， 產(chǎn) 層 壓 力 較 高 ， 井 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 ） HHPP oBopi 0098.0)0098.0( )(10115.1 4/ HHpi BePP

15、 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) 算 中 一 般 無(wú) 論 是 水 泥 面 以上 還 是 水 泥 面 以 下 均 按

16、地 層 鹽 水 柱 壓 力 計(jì) 算 ， 即 ： HP swob 0098.0 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 ： HPP swnsie )(0098.0 HHPP oswoopie )(0098.0)0098.0( HePP swHHpi B 0098.0/ )(10115.1 4 一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 （ a） （ b） （ c）圖 7-4

17、 有 效 內(nèi) 壓 力 對(duì) 比 示 意 圖（ a） 表 層 或 技 術(shù) 套 管 （ b） 油 井 油 層 套 管 （ c） 氣 井 油 層 套 管1內(nèi) 壓 力 2支 撐 外 壓 力 3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 。 可 見 ， 不 同類 型 的 井 、 不 同 類 型 的 套 管 ， 所 受 外 載 是 不 一 樣 的 。 w

18、 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 ， 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sw n sw o sw 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

19、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) ，

20、 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 軸 向 拉 力 ：自 重浮 力 W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) ，

21、計(jì) 算 的 是 套 管 在 鉆 井 液 中 的 重 量 ，常 簡(jiǎn) 稱 為 浮 重 。 一 般 可 用 臺(tái) 階 法 和 浮 力 系 數(shù) 法 計(jì) 算 其 中 k iik LqT 1 k ibik LqT 1 Fb qBq smFB 1 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 小 ：Tf=Ph*A軸 向 力 為 ：一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 H T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

22、 的 分布 規(guī) 律 是 井 底 最 小 （ 為 零 ） ， 往 上 逐 漸 增 大 ，井 口 拉 力 最 大 圖 7-5 套 管 軸 向 拉 力 沿 井 深 分 布 示 意 圖 1-不 考 慮 浮 力 2-考 慮 浮 力一 、 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 有 考 慮 彎 曲 應(yīng) 力 ， 所

23、 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 。 Z(+) Z(-) m ax 一 、 套 管 外 載 分 析 與 計(jì) 算 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 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 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

24、管 壁 厚（ 或 單 位 長(zhǎng) 度 名 義 重 量 ） 、 螺 紋 類 型 與 套管 鋼 級(jí) 。 （ 1） 套 管 尺 寸 （ 又 叫 名 義 外 徑 或 公 稱 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 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)

25、準(zhǔn) 系列 化 。 套 管與 其 相 應(yīng) 井眼 的 尺 寸 配合 基 本 確 定或 在 較 小 范圍 內(nèi) 變 化 。 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 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 為 套 管 公 稱 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

26、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 1、 套 管 基 本 參 數(shù)（ 3） 螺 紋 類 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 型 有 4種 ：短 圓 螺 紋 （ 英 文 縮 寫 STC）長(zhǎng) 圓 螺 紋 （ 英 文 縮 寫 LTC）梯 形 螺 紋 （ 英 文 縮 寫 BTC）直 連 型 螺 紋 （ 英 文 縮 寫 XL， 用 于 無(wú) 接 箍 套 管 ）二 、 套 管 強(qiáng) 度 二 、 套 管

27、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)w API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-9

28、5-80Kpsiw 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-80, C-90二 、 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 題 ；二 是 套 管 的 尺 寸 、 壁 厚 與 螺 紋 連 接 型 式 按 照 API規(guī) 范

29、， 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 題 。 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 為 套 管 強(qiáng) 度 w 套 管 所 能 承 受 的 最 大 外 擠 壓 力 稱 為 套 管 的 抗 擠 強(qiáng)度 w 套 管 所 能 承 受

30、 的 最 大 內(nèi) 壓 力 稱 為 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 為 套 管 的 抗 拉 強(qiáng)度 。 因 為 在 軸 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 為 連 接 強(qiáng) 度 或 接 頭 拉 伸 強(qiáng) 度 。 二 、 套 管 強(qiáng) 度 套 管 強(qiáng) 度 系 列 ：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

31、 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 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 的失 效 形 式 。 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 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

32、 、 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 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 絲 扣

33、 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 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 w API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

34、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 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 ：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 0 0 拉 伸 內(nèi) 壓 z， t

35、 0 壓 縮 內(nèi) 壓 z， t 0 0 Pid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)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

36、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 ） 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

37、 校 核 一 下 套 管 柱 的抗 擠 強(qiáng) 度 ， 因 為 由 于 拉 力 的 變 化 會(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 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (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?？?擠 安 全 系 數(shù) 為 1.125,抗 拉 安 全 系 數(shù) 為 1.8(不考 慮 浮

38、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) (油 層

39、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 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*0098.0

40、35.492 mH 3500m3300m 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (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=95.24kN (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

41、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) (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=38.0

42、3/(0.0098*1.3*1.125) =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=259kN 3500m3300m水 泥 面 2800m 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (油 層 套 管 )w 校 核 水 泥 面 的 抗 擠 強(qiáng) 度 3500m3300m水 泥 面 28

43、00m 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (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 L2=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=359.4

44、kNw 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) (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) =270

45、8/(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 w因 為 T3=2354kN,W3=386.9N/mwST3=2354/(T1+T2+T3)=1.66w井 口 抗 拉 系 數(shù) 小 于 1.8,抗 拉 強(qiáng) 度 不 符 合 要 求 。 3500m3300m水 泥 面 2800m2300m 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (油 層 套 管 )w (4) 按 抗 拉 設(shè) 計(jì) 確 定 第 三 段 套 管 的 許用 長(zhǎng) 度實(shí) 際 取 L3=2000mwT3=2000*0.3869=774kNw第 三 段 套 管 頂 截 面

46、的 安 全 系 數(shù) 為 ：wSt3=2354/(95.24+431.5+774)=1.81 3500m3300m水 泥 面 2800m2300m)(2019)5.43124.95(8.123543869.0 11 11 mTSPqL in nTjiii 2000m 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) (油 層 套 管 )第 四 段 套 管 選 用 N-80,壁 厚 10。36mm， 長(zhǎng) 度 為 300m,井 口 的 抗 拉 安 全 系 數(shù) 為 ：ST4=2708/(T1+T2+T3+T4) =2708/(95+431.5+779+129) =1.89w (5) 校 核 井 口 內(nèi) 壓wSi=P

47、i/ps=57.36/ps=1.56 3500m3300m水 泥 面 2800m2300m300m w以 上 介 紹 了 套 管 柱 外 載 分 析 與 計(jì) 算 、 套 管 柱 強(qiáng) 度設(shè) 計(jì) 的 基 本 原 理 和 方 法 ， 同 時(shí) 以 技 術(shù) 套 管 為 例 介 紹了 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 的 步 驟 ， 并 給 出 了 設(shè) 計(jì) 例 子 。w在 現(xiàn) 場(chǎng) 的 套 管 柱 設(shè) 計(jì) 中 ， 還 會(huì) 遇 到 一 些 特 殊 的 問題 ： 如 在 腐 蝕 性 環(huán) 境 中 要 考 慮 井 內(nèi) 流 體 對(duì) 套 管 的 腐 蝕 問 題 ，如 硫 化 氫 氣 體 、 酸 性 氣 體 （ 如 二 氧 化

48、 碳 ） 、 腐 蝕 性 地層 水 中 的 碳 酸 根 和 碳 酸 氫 根 等 對(duì) 套 管 的 腐 蝕 問 題 ， 這時(shí) 除 強(qiáng) 度 考 慮 外 ， 在 套 管 材 質(zhì) 上 還 應(yīng) 選 用 具 有 抗 腐 蝕能 力 的 套 管 。三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 又 如 對(duì) 高 壓 氣 井 ， 為 防 止 氣 體 在 螺 紋 連 接 處 泄 露 ， 應(yīng)選 用 密 封 性 能 良 好 的 特 殊 螺 紋 套 管 。如 果 管 外 存 在 有 易 流 動(dòng) 地 層 （ 如 塑 性 鹽 層 ） ， 則 在 該地 層 附 近 的 外 壓 力 要 按 上 覆 巖 層 壓 力 計(jì) 算 ， 或 根 據(jù) 巖石 蠕 變 理 論 計(jì) 算 巖 石 蠕 變 所 產(chǎn) 生 的 擠 壓 力 。更 為 嚴(yán) 重 的 是 ， 塑 性 蠕 變 地 層 對(duì) 套 管 所 產(chǎn) 生 的 擠 壓 力在 周 向 上 往 往 是 非 均 布 的 ， 而 套 管 抵 抗 非 均 布 外 壓 力的 能 力 很 低 。 已 有 許 多 理 論 （ 包 括 實(shí) 驗(yàn) ） 來(lái) 計(jì) 算 這 種非 均 布 載 荷 和 在 這 種 非 均 布 載 荷 下 套 管 的 承 壓 能 力 。 三 、 套 管 柱 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 三 、 套 管 柱 設(shè) 計(jì) 方 法 三 、 套 管 柱 設(shè) 計(jì) 方 法