套管强度校核方法.ppt

套管柱强度设计方法 套管柱的组成 由不同强度的套管段组成 原因： 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同，须 有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管系列。 套管柱的主要功能 抗挤 抗拉 抗内压 密封 一、套管外载分析 作用在套管上的主要载荷应是： 轴向力：自重、浮力 外挤压力 内压力 1. 外挤压力 ? 管外钻井液液柱压力 : （水 泥不返到井口时，上部有 一段套管外为钻井液。该 段套管称为 自由套管 ） ? 水泥浆液柱压力 ? 地层中流体压力 ? 易流动岩层的侧压力等 ? 有效外压力： ? 表层套管：井漏造成 全掏空 ? 技术套管：井漏发生，但 不可能造成发生全漏空 的情况， 因此技术套管的下部还有支撑内压力作用 ? 油层套管：一般在采油后期产层压力降得很低的时候产生 最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油），因为 这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压力为零， 则其受载情况与表层套管类似，即为 全掏空 。 径向内压力： 管内流体压力 压裂作业等增产措施时的 压力 ? 有效内压力 ? 确定井口内压力的三种方法是： ? 1 ）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。 ? 2 ）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。 ? 3 ）下部高压油气喷出时可能出现的井口内压力 。 ? 对于油层套管，分油井与气井采用不同的计算方法。以 下是关于油层套管内压力的计算方法之一 。 ? 对于油井，认为采油初期，产层压力较高，井口有内压 力作用于套管，套管的内压力为井口内压力与原油的液 柱压力之和 ? 对于气井，井口也有内压力作用于套管。考虑气体自重 及其压缩性后，套管内任意深度处的内压力 3. 轴向拉力 ? 一般情况下，套管柱在入井过程中（即下套管过程中）承受的拉 力最大。这时，除了套管柱的自重外，还有上提下放时的动载、 上提时弯曲井段处的阻力、或者是遇卡上提时多提的拉力等附加 拉力。在计算时，一般只计算套管的自重，将动载、遇卡上提多 提的拉力等附加拉力用设计安全系数考虑，或以其它方式考虑。 ? 套管柱一般是由几段套管组成。在计算套管自重所产生的轴向拉 力时，通常需要计算的是各段套管顶、底端的轴向拉力。显然， 某段套管顶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顶端的拉力。 轴向拉力 ： 自重 浮力 弯曲附加拉力 W 轴向拉力计算方法： 当不考虑钻井液的浮力时，计算的 是套管在空气中的重量； 当考虑钻井液的浮力时，计算的是 套管在钻井液中的重量，常简称为浮重。 一般可用台阶法和浮力系数法计算。 二、套管强度 对所用套管系列的统一规定，叫套管规范。 规定了套管生产的 尺寸、钢级、壁厚、连接 方式 等； 目前一般使用的美国 API 套管规范。 1 、套管基本参数 套管的基本参数为套管尺寸、套管壁厚（或 单位长度名义重量）、螺纹类型与套管钢级。 （ 1 ）套管尺寸 （又叫名义外径或公称直径） 本体外径 4-1/2, 5, 5-1/2, 6-5/8, 7, 7-5/8, 8- 5/8, 9-5/8, 10-3/4, 11-3/4, 16, 28-5/8, 20, 30.... 套管尺寸的选择与钻头尺寸相配合！ （ 2 ）套管壁厚与套管单位长度名义重量 ? 套管壁厚指的是套管本体处套管壁的厚度，套管壁厚 有时又称为套管名义壁厚。套管壁厚也已标准系列化 ? 套管单位长度名义重量又称为套管公称重量，指的是 包括接箍在内的、套管单位长度上的平均重量 ? 套管壁厚、套管单位长度名义重量二者是直接相关的 （ 3 ）螺纹类型 套管螺纹及螺纹连接是套管质量的关键所在，与套管的 强度和密封性能密切相关。 API 标准的螺纹类型有 4 种： ? 短圆螺纹（英文缩写 STC ） ? 长圆螺纹（英文缩写 LTC ） ? 梯形螺纹（英文缩写 BTC ） ? 直连型螺纹（英文缩写 XL ，用于无接箍套管） （ 4 ）套管钢级 ? API 钢级有 10 种： H,J,K,N,C,L,P,Q,X. 非标准的钢级，也较广泛使用，如 NKK,S,SS,V 等。 API 规定钢级代号后面的数字乘 1