【石油工程課程設(shè)計】套管柱及其強度設(shè)計ppt課件

1、楊明合楊明合石油工程學(xué)院石油工程學(xué)院一、套管的類型及其性能一、套管的類型及其性能二、套管柱的載荷分析及套管強度二、套管柱的載荷分析及套管強度三、套管柱強度設(shè)計三、套管柱強度設(shè)計四、注水泥工藝四、注水泥工藝一、套管的類型及其性能一、套管的類型及其性能1 1、根本概念、根本概念油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接納，兩端均加工有錐油井套管是優(yōu)質(zhì)鋼材制成的無縫管或焊接納，兩端均加工有錐形螺紋。形螺紋。大多數(shù)的套管是用套管接箍銜接組成套管柱。大多數(shù)的套管是用套管接箍銜接組成套管柱。表征套管的主要特性參數(shù)有套管尺寸、鋼級和壁厚。表征套管的主要特性參數(shù)有套管尺寸、鋼級和壁厚。API SPEC 5AAPI

2、SPEC 5A：C75C75、C95C95、P110P110的套管只能用無縫控制的套管只能用無縫控制造造1、根本概念、根本概念1套管的尺寸套管的尺寸 又稱名義外徑、公稱直徑等是指套管本體的外徑，又稱名義外徑、公稱直徑等是指套管本體的外徑，實踐上套管尺寸曾經(jīng)規(guī)范化了。實踐上套管尺寸曾經(jīng)規(guī)范化了。套管尺寸確實定是井身構(gòu)造設(shè)計的重要內(nèi)容之一，前面曾經(jīng)引見過。套管尺寸確實定是井身構(gòu)造設(shè)計的重要內(nèi)容之一，前面曾經(jīng)引見過。1、根本概念、根本概念2套管的鋼級套管的鋼級 API規(guī)范規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)到達(dá)規(guī)定的強度，規(guī)范規(guī)定套管本體的鋼材應(yīng)到達(dá)規(guī)定的強度，用鋼級表示。用鋼級表示。 套管鋼級由字母及其后面的數(shù)碼

3、組成，字母沒有特殊含義，但數(shù)碼代套管鋼級由字母及其后面的數(shù)碼組成，字母沒有特殊含義，但數(shù)碼代表套管的強度。表套管的強度。 API對套管進(jìn)展了相應(yīng)的分級對套管進(jìn)展了相應(yīng)的分級H、J、K、N、C、L、P、Q八種共十級即：八種共十級即： H40、J55、K55、C75、L80、N80、C90、C95、P110和和Q125，前，前6種類型為抗硫的，其他種類型為抗硫的，其他為非抗硫的。為非抗硫的。1、根本概念、根本概念A(yù)PIAPI套管規(guī)范及強度套管規(guī)范及強度(5(5寸套管寸套管)P192P1921、根本概念、根本概念psis510 APIAPI套管規(guī)范及強度套管規(guī)范及強度(5(5寸套管寸套管) )1、根

4、本概念、根本概念A(yù)PIAPI套管規(guī)范及強度套管規(guī)范及強度(5(5寸套管寸套管) )2、套管的聯(lián)接、套管的聯(lián)接 套管柱通常都是由同一外徑、一樣或不同鋼級、壁厚的套管用接箍聯(lián)接組成的。 聯(lián)接是由螺紋來實現(xiàn)的，螺紋聯(lián)接是套管質(zhì)量和強度檢驗的重點。 套管螺紋都是錐形螺紋，在API規(guī)范中分為五大類。前四類屬API 規(guī)范，第五類系非API規(guī)范。 類數(shù)類數(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱名稱符號或代號符號或代號1API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)短圓螺紋短圓螺紋STC/ CSG/ C12長圓螺紋長圓螺紋LTC/ LCSG/ C23梯形螺紋梯形螺紋BTC/ BCSG/ C334直連形螺紋直連形螺紋XL/ XCSG/ CHX5非非API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)特殊螺

5、紋特殊螺紋/二、套管柱的載荷分析及套管強度二、套管柱的載荷分析及套管強度套管柱套管柱:1在入井、注水泥以及以后消費的不同時期，套管柱的受力也是不斷在入井、注水泥以及以后消費的不同時期，套管柱的受力也是不斷變化的。變化的。2在不同的地層和地質(zhì)條件下，套管柱所接受的外載荷也是不同的。在不同的地層和地質(zhì)條件下，套管柱所接受的外載荷也是不同的。如在井下的鹽巖層對套管柱的壓力梯度那么要按上覆巖石的壓力梯度計如在井下的鹽巖層對套管柱的壓力梯度那么要按上覆巖石的壓力梯度計算；在酸化壓裂時接受的內(nèi)壓力與正常采油時的壓力就不同；在易坍塌油層算；在酸化壓裂時接受的內(nèi)壓力與正常采油時的壓力就不同；在易坍塌油層生前的

6、前、中、后期對套管柱的外擠壓力也不盡一樣。生前的前、中、后期對套管柱的外擠壓力也不盡一樣。經(jīng)過長期的消費實際證明，雖套管柱的受力復(fù)雜，但是影響套管柱的根經(jīng)過長期的消費實際證明，雖套管柱的受力復(fù)雜，但是影響套管柱的根本載荷主要有以下幾種：本載荷主要有以下幾種：軸向載荷；外擠壓力；內(nèi)壓力。軸向載荷；外擠壓力；內(nèi)壓力。其它載荷如套管彎曲載荷、振動載荷等都思索到平安系數(shù)中去了。其它載荷如套管彎曲載荷、振動載荷等都思索到平安系數(shù)中去了。1、軸向載荷及套管的抗拉強度、軸向載荷及套管的抗拉強度一般設(shè)計中是不予考慮出于安全浮力溫度變化引起的力碰后時產(chǎn)生的力摩擦力其它附加拉力力注水泥引起的附加應(yīng)應(yīng)力套管彎曲引起

7、的附加拉力本身自重產(chǎn)生的軸向,.1軸向載荷種類軸向載荷種類自重產(chǎn)生的軸向拉力，是軸向應(yīng)力產(chǎn)生的根本緣由。在井口最自重產(chǎn)生的軸向拉力，是軸向應(yīng)力產(chǎn)生的根本緣由。在井口最大。教材大。教材P258 式式77API規(guī)范中套管的強度值是沒有思索彎曲應(yīng)力的影響的，對于規(guī)范中套管的強度值是沒有思索彎曲應(yīng)力的影響的，對于井眼上存在大的斜度或狗腿時，這樣由于彎曲的影響就增大了井眼上存在大的斜度或狗腿時，這樣由于彎曲的影響就增大了套管的軸向拉力。特別是在接近扣處易構(gòu)成裂痕損壞，故應(yīng)給套管的軸向拉力。特別是在接近扣處易構(gòu)成裂痕損壞，故應(yīng)給予思索。予思索。 教材教材P259 式式710在深井或超井的注水泥過程中，由于

8、注水泥漿量較大，故在水在深井或超井的注水泥過程中，由于注水泥漿量較大，故在水泥還未返出套鞋處時，將對套管柱產(chǎn)生一較大的附加軸向應(yīng)力。泥還未返出套鞋處時，將對套管柱產(chǎn)生一較大的附加軸向應(yīng)力。教材教材 P259 式式711其它的附加力。摩擦力普通以為是與浮力相抵消的。而剩余的其它的附加力。摩擦力普通以為是與浮力相抵消的。而剩余的力由于計算復(fù)雜，有時難以預(yù)料，故普通用平安系數(shù)來進(jìn)展思力由于計算復(fù)雜，有時難以預(yù)料，故普通用平安系數(shù)來進(jìn)展思索。索。1、軸向載荷及套管的抗拉強度、軸向載荷及套管的抗拉強度1軸向載荷種類軸向載荷種類實踐設(shè)計中，普通不思索浮力對實踐設(shè)計中，普通不思索浮力對軸向載荷的作用，那么設(shè)

9、計結(jié)果偏于軸向載荷的作用，那么設(shè)計結(jié)果偏于平安。平安。但在計算精度要求較高的情況下但在計算精度要求較高的情況下如高溫高壓井，為了更好的發(fā)揚如高溫高壓井，為了更好的發(fā)揚管材強度性能，此時往往不能簡單的管材強度性能，此時往往不能簡單的給予忽略。給予忽略。1、軸向載荷及套管的抗拉強度、軸向載荷及套管的抗拉強度2軸向載荷下套管抗拉強度軸向載荷下套管抗拉強度目前我國現(xiàn)場中所用的套管絕大多數(shù)為目前我國現(xiàn)場中所用的套管絕大多數(shù)為API規(guī)范規(guī)范圓扣套管：扣為圓扣套管：扣為V型，扣根與扣尖為圓孤形。型，扣根與扣尖為圓孤形。從從API的套管抗拉強度實驗和現(xiàn)場的實踐可以看的套管抗拉強度實驗和現(xiàn)場的實踐可以看出，絕大

10、部分套管的破壞方式是滑扣，特別是對出，絕大部分套管的破壞方式是滑扣，特別是對于圓螺紋，本體拉斷的情況要比滑扣情況少的多。于圓螺紋，本體拉斷的情況要比滑扣情況少的多。 所以普通在設(shè)計中，除了思索套管的屈服強度外，所以普通在設(shè)計中，除了思索套管的屈服強度外，還要思索套管絲扣的銜接強度。還要思索套管絲扣的銜接強度。值得留意的是，在軸向載荷下，不僅存在銜接強值得留意的是，在軸向載荷下，不僅存在銜接強度的問題，而且還由于雙軸應(yīng)力效應(yīng)對抗內(nèi)壓、度的問題，而且還由于雙軸應(yīng)力效應(yīng)對抗內(nèi)壓、抗外壓強度都有影響，同時對套管絲扣的密封也抗外壓強度都有影響，同時對套管絲扣的密封也有直接的影響。有直接的影響。2、外擠壓

11、載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度1外擠載荷種類 假設(shè)管外水泥沒有凝固，管外是鉆井液普通情況下，外擠載荷按最危險的情況思索，即按套管內(nèi)全部掏空普通情況下，外擠載荷按最危險的情況思索，即按套管內(nèi)全部掏空來計算套管接受的外擠載荷。來計算套管接受的外擠載荷。 地地質(zhì)質(zhì)構(gòu)構(gòu)造造力力的的影影響響鹽鹽巖巖層層、膏膏巖巖等等）；易易流流動動的的巖巖石石擠擠壓壓力力（；地地層層流流體體產(chǎn)產(chǎn)生生的的靜靜壓壓力力力力；管管外外泥泥漿漿柱柱產(chǎn)產(chǎn)生生的的靜靜壓壓2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度套管內(nèi)全掏空載荷載荷井井深深載荷載荷井井深深套管內(nèi)載荷套管內(nèi)載荷套管外載荷套管外載荷載

12、荷載荷井井深深有效載荷有效載荷套管內(nèi)液面套管內(nèi)液面井身構(gòu)造井身構(gòu)造2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度2套管的套管的API抗擠強度抗擠強度抗外擠強度是指擠毀套管試件需求的最大抗外擠強度是指擠毀套管試件需求的最大外擠壓力。套管受外擠作用時，其破壞方式外擠壓力。套管受外擠作用時，其破壞方式主要是喪失穩(wěn)定性而不是強度破壞。主要是喪失穩(wěn)定性而不是強度破壞。失穩(wěn)后的套管被擠扁輕者或破裂，使失穩(wěn)后的套管被擠扁輕者或破裂，使鉆頭或其它井下任務(wù)不能經(jīng)過，地層封隔遭鉆頭或其它井下任務(wù)不能經(jīng)過，地層封隔遭到破壞，將被迫停鉆或停產(chǎn)，套管損壞嚴(yán)重到破壞，將被迫停鉆或停產(chǎn)，套管損壞嚴(yán)重者油氣井報廢

13、。者油氣井報廢。 套管抗擠強度取決于資料性能、橫截面套管抗擠強度取決于資料性能、橫截面的幾何外形和套管所接受負(fù)荷的情況。實際的幾何外形和套管所接受負(fù)荷的情況。實際分析和實驗研討闡明，分析和實驗研討闡明，套管徑厚比套管徑厚比d / 外徑外徑/壁厚較大時：失壁厚較大時：失穩(wěn)破壞；穩(wěn)破壞；當(dāng)套管徑厚比較?。禾坠軐l(fā)生強度破壞。當(dāng)套管徑厚比較?。禾坠軐l(fā)生強度破壞。圖圖3-8-2-3 套管套管截面的擠毀截面的擠毀2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度2套管的套管的API抗擠強度抗擠強度API 5C3通告詳細(xì)表達(dá)了測定套管抗外擠強度的程序軸向應(yīng)通告詳細(xì)表達(dá)了測定套管抗外擠強度的程序軸

14、向應(yīng)力為力為0 。在外擠壓力作用下，套管斷面能夠發(fā)生三種擠壓或彎曲方式：在外擠壓力作用下，套管斷面能夠發(fā)生三種擠壓或彎曲方式：彈性擠壓、塑性擠壓和臨界強度擠壓。三種擠壓方式的轉(zhuǎn)化受管彈性擠壓、塑性擠壓和臨界強度擠壓。三種擠壓方式的轉(zhuǎn)化受管體幾何外形和資料性能的制約。如下圖。體幾何外形和資料性能的制約。如下圖。 其中2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度3有軸向載荷時的套管抗擠強度有軸向載荷時的套管抗擠強度在實踐的情況中，套管的軸向載荷是不為零的。在實踐的情況中，套管的軸向載荷是不為零的。從套管的應(yīng)力分析根底出發(fā)，實踐上套管的受力是從套管的應(yīng)力分析根底出發(fā)，實踐上套管的受力是

15、三維的。三維的。規(guī)范雙軸應(yīng)力橢規(guī)范雙軸應(yīng)力橢圓公式圓公式ss套管的屈服強度套管的屈服強度2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度軸向載荷軸向載荷拉拉伸伸緊緊縮縮周向載荷周向載荷內(nèi)壓強度內(nèi)壓強度外擠強度外擠強度雙軸應(yīng)力橢圓：軸向載荷對套管抗外擠強度的影響st sZ 2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度2、外擠壓載荷及套管的抗擠強度、外擠壓載荷及套管的抗擠強度3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度1內(nèi)壓載荷內(nèi)壓載荷假設(shè)管外的水泥已凝固，管外的壓力用地層流體計算假設(shè)管外的水泥已凝固，管外的壓力用地層流體計算內(nèi)壓力的來源：地層流體進(jìn)入套管產(chǎn)生

16、壓力；消費中的特殊內(nèi)壓力的來源：地層流體進(jìn)入套管產(chǎn)生壓力；消費中的特殊作業(yè)注水、壓裂時的壓力。作業(yè)注水、壓裂時的壓力。內(nèi)壓力確實定：在老區(qū)可以參考臨近的資料，但在新區(qū)，內(nèi)內(nèi)壓力確實定：在老區(qū)可以參考臨近的資料，但在新區(qū)，內(nèi)壓少就很難確定。當(dāng)井口開時，內(nèi)壓力易于計算，且數(shù)值較小，壓少就很難確定。當(dāng)井口開時，內(nèi)壓力易于計算，且數(shù)值較小，但當(dāng)井涌關(guān)井時那么內(nèi)壓力就顯的非常突出。但當(dāng)井涌關(guān)井時那么內(nèi)壓力就顯的非常突出。井的深淺對內(nèi)壓力的影響：當(dāng)井較淺時，內(nèi)壓力是比較小的。井的深淺對內(nèi)壓力的影響：當(dāng)井較淺時，內(nèi)壓力是比較小的。且普通的套管內(nèi)壓強度且普通的套管內(nèi)壓強度抗外擠強度，故設(shè)計中問題不明顯。但抗外

17、擠強度，故設(shè)計中問題不明顯。但隨著井深的添加，內(nèi)壓問題就很突出，有時甚至超越了抗外擠。隨著井深的添加，內(nèi)壓問題就很突出，有時甚至超越了抗外擠。3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度 井底的壓力：套管內(nèi)有效內(nèi)壓載荷：井口有效內(nèi)壓載荷：井底有效內(nèi)壓載荷：BiodPPghioioPPBiopPPgh等于管內(nèi)的減去管外的地層流體壓力等于管內(nèi)的減去管外的地層流體壓力 式中：式中：PB井底壓力，井底壓力，MPa；Pio井口壓力，井口壓力，MPa；d鉆井液密度，鉆井液密度，g/cm3；p地層流體密度，地層流體密度，g/cm3；3、

18、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度套管內(nèi)全掏空套管內(nèi)全掏空載荷載荷井井深深載荷載荷井井深深套管內(nèi)載荷套管內(nèi)載荷套管外載荷套管外載荷載荷載荷井井深深有效載荷有效載荷套管內(nèi)液面套管內(nèi)液面井身構(gòu)造井身構(gòu)造3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度套管內(nèi)部分掏空載荷載荷井井深深載荷載荷井井深深套管內(nèi)載荷套管內(nèi)載荷套管外載荷套管外載荷載荷載荷井井深深有效載荷有效載荷套管內(nèi)液面套管內(nèi)液面井底井底井身構(gòu)造井身構(gòu)造3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度消費套管內(nèi)壓力計算那么與其它不消費套管內(nèi)壓力計算那么與其它不同。其與完井方式有關(guān)。典型的完井方同。其與完

19、井方式有關(guān)。典型的完井方式如以下圖。在油井的消費初期，油管式如以下圖。在油井的消費初期，油管接頭螺紋產(chǎn)生漏氣，氣泡由裂痕進(jìn)入油接頭螺紋產(chǎn)生漏氣，氣泡由裂痕進(jìn)入油管和消費套管之間的環(huán)形空間，在封鎖管和消費套管之間的環(huán)形空間，在封鎖的情況下，氣泡上升到井口，但氣泡依的情況下，氣泡上升到井口，但氣泡依然堅持原有的壓力，那么然堅持原有的壓力，那么3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度3、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度、內(nèi)壓載荷及套管的抗內(nèi)壓強度4、套管柱強度設(shè)計、套管柱強度設(shè)計4.1、套管強度設(shè)計的原那么、套管強度設(shè)計的原那么詳細(xì)的原那么有三點詳細(xì)的原那么有三點4.1、套管強度設(shè)計的原

20、那么、套管強度設(shè)計的原那么詳細(xì)的原那么有三點詳細(xì)的原那么有三點4.2、常用的設(shè)計方法、常用的設(shè)計方法4.3、各層套管設(shè)計的特點、各層套管設(shè)計的特點特點：下入的深度淺；在其頂部安裝有套管頭，要接受以下各層套管的部分或全部分量；安裝有防噴器、采油樹等。偏重點：主要是思索內(nèi)壓設(shè)計。井噴關(guān)井時情況最為嚴(yán)重特點：下入深度大，在其中下入油管，特別留意后期消費能夠出現(xiàn)的特點：下入深度大，在其中下入油管，特別留意后期消費能夠出現(xiàn)的 各各種情況。種情況。偏重點：抗拉下入深，抗外擠下入深，抗內(nèi)壓后期消費偏重點：抗拉下入深，抗外擠下入深，抗內(nèi)壓后期消費特點：下入的深度較深；隔離和封隔各種復(fù)雜地層；在井噴時接受較大內(nèi)

21、壓；特點：下入的深度較深；隔離和封隔各種復(fù)雜地層；在井噴時接受較大內(nèi)壓；具有較強的耐磨性。具有較強的耐磨性。偏重點：抗拉下入較淺，抗內(nèi)壓井噴關(guān)井，抗外擠下入井深偏重點：抗拉下入較淺，抗內(nèi)壓井噴關(guān)井，抗外擠下入井深4.4、等平安系數(shù)進(jìn)展套管柱設(shè)計、等平安系數(shù)進(jìn)展套管柱設(shè)計等平安系數(shù)法總的要求：在最危險截面上是平安的。等平安系數(shù)法總的要求：在最危險截面上是平安的。詳細(xì)原那么：以內(nèi)壓載荷挑選初始套管；根據(jù)外擠載荷進(jìn)展自下而上設(shè)計；詳細(xì)原那么：以內(nèi)壓載荷挑選初始套管；根據(jù)外擠載荷進(jìn)展自下而上設(shè)計； 最后按抗拉強度進(jìn)展設(shè)計、校核上部套管。最后按抗拉強度進(jìn)展設(shè)計、校核上部套管。4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)

22、的設(shè)計步驟1.10 1.331.10iS ，一般取1.00 1.251.00cS ，一般取1.60 2.001.80tS ，一般取4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)的設(shè)計步驟4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)的設(shè)計步驟)81. 9/(22cdcSPD211DDL8 . 1)/(1111qLFSst4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)的設(shè)計步驟4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)的設(shè)計步驟miinmnntisiiinmnnmiisitiqqLSFLqLqLFS1111/)(/)/(假設(shè)假設(shè)LiLi還沒有可以到達(dá)井口，那么第還沒有可以到達(dá)井口，那么第i i段上部選用抗拉強度更大的套管進(jìn)展計算。段上部選用抗拉強度更大的套管進(jìn)展

23、計算。4.5、詳細(xì)的設(shè)計步驟、詳細(xì)的設(shè)計步驟例：某井例：某井7177.8mm套管下入深度套管下入深度3500m，井內(nèi)鉆井液密度，井內(nèi)鉆井液密度1.3g/cm3，水泥返至，水泥返至2800m。要求進(jìn)展抗擠、抗拉設(shè)計。抗擠平安系數(shù)不。要求進(jìn)展抗擠、抗拉設(shè)計。抗擠平安系數(shù)不低于低于1.00，抗拉平安系數(shù)不低于，抗拉平安系數(shù)不低于1.75。試設(shè)計此井套管柱。試設(shè)計此井套管柱。1掌握知條件套管尺寸和下入深度、平安系數(shù)、鉆井液密度水泥返掌握知條件套管尺寸和下入深度、平安系數(shù)、鉆井液密度水泥返高及套管強度性能表等。高及套管強度性能表等。4.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例尺寸：尺寸：177.8mm，下深，下深3500

24、m，鉆井液，鉆井液d=1.3g/cm3，固井水泥返高，固井水泥返高2800m，平安，平安系數(shù)：抗擠系數(shù)：抗擠Sc=1.125，抗拉：，抗拉：ST=1.80。套管的性能表格可以從中查各種套管套管的性能表格可以從中查各種套管的性能參數(shù)的性能參數(shù)2根據(jù)外擠壓力和抗擠平安系數(shù)確定下部第一段套管鋼級和壁根據(jù)外擠壓力和抗擠平安系數(shù)確定下部第一段套管鋼級和壁厚。厚。pco1=dgD110-6 =1.30.0098350045.5MPa 式中式中: pco1：套管在井底所受外擠壓力，：套管在井底所受外擠壓力，MPa。因下部第一段套管所受的井底外擠壓力和平安系數(shù)的乘積應(yīng)等因下部第一段套管所受的井底外擠壓力和平安

25、系數(shù)的乘積應(yīng)等于或小于抗擠強度，即于或小于抗擠強度，即 pco1SC10-6D1 式中式中 D1：第一段套管抗擠強度，：第一段套管抗擠強度，MPa；SC：抗擠平安系數(shù)。：抗擠平安系數(shù)。根據(jù)根據(jù)D1即可由套管強度性能表中選出下部第一段套管。即可由套管強度性能表中選出下部第一段套管。由套管性能表查得由套管性能表查得N80、壁厚、壁厚11.51mm套管，其抗擠強度為套管，其抗擠強度為: D1 =60.5MPa。 因此，實踐平安系數(shù)為：因此，實踐平安系數(shù)為： 33. 15 .4546.60111 coDDPS 第段套管第段套管D1=35004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高28003確定第二段

26、套管可下深度和第一段套管的運用長度。確定第二段套管可下深度和第一段套管的運用長度。由于外擠壓力愈往上愈小，根據(jù)既平安又經(jīng)濟的原那么，由于外擠壓力愈往上愈小，根據(jù)既平安又經(jīng)濟的原那么，第二段套管可選鋼級或壁厚較低一級即抗擠強度小一級第二段套管可選鋼級或壁厚較低一級即抗擠強度小一級的套管，其可下深度為的套管，其可下深度為62210 CcDgSD 那么第一段套管運用長度那么第一段套管運用長度L1=D1-D2; 第段第段第段第段D2D1=35004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800N-80、11.51mm假設(shè)選：假設(shè)選：N-80，壁厚，壁厚10.36mm，抗擠強度，抗擠強度D2=49.3

27、5MPa， 實踐取第二段下入深度實踐取第二段下入深度D2=3300m 那么第一段套管長度：那么第一段套管長度：L1=D1-D2=3500-3300=200m D1=3500D2=33004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800N-80、11.51mmN-80、10.36mm833078001300.-1 FB第一段套管每米分量為第一段套管每米分量為0.476KN，抗拉強度，抗拉強度3048kN 浮力系數(shù)浮力系數(shù)校核第二段套管抗擠強度：平安系數(shù)：校核第二段套管抗擠強度：平安系數(shù)：SC2 423833793048111. cTTWS 1.80 平安平安1.150. 62103300891

28、3003549CS1.125平安平安 第一段套管抗拉平安系數(shù)：第一段套管抗拉平安系數(shù)：ST1 第一段套管重為：第一段套管重為： . Wcd1=BFqc1Lcs1=0.8330.476200=79.33kND1=3500D2=33004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800N-80、11.51mmN-80、10.36mmm.32600101251130089033810663 CdCgSD 4確定第三段套管可下深度和第二段套管的運用長度。確定第三段套管可下深度和第二段套管的運用長度。按抗擠強度選擇鋼級或厚度更低一級的套管，第三段套管按抗擠強度選擇鋼級或厚度更低一級的套管，第三段套管選選

29、N-80、壁厚、壁厚9.19mm，抗擠，抗擠C3=38.03MPa 按抗擠強度第三段套管下入深度為按抗擠強度第三段套管下入深度為2600m在水泥面以上，闡明第二段套管在水泥面以上，闡明第二段套管頂部已超越水泥面。所以在第二段水泥面處頂部已超越水泥面。所以在第二段水泥面處和第三段底部都應(yīng)思索雙向應(yīng)力的影響。和第三段底部都應(yīng)思索雙向應(yīng)力的影響。D1=3500D2=3300D3=26004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800N-80、10.36mmN-80、9.19mm4確定第三段套管可下深度和第二段套管的運用長度。確定第三段套管可下深度和第二段套管的運用長度。可下深度：可下深度： 顯然

30、第三段套管底部由于接受其下部套管顯然第三段套管底部由于接受其下部套管的分量，其抗擠強度必定下降，下入深度的分量，其抗擠強度必定下降，下入深度就不能夠到達(dá)就不能夠到達(dá)2600m，否那么其底部平安，否那么其底部平安系數(shù)必系數(shù)必1.125。由于第二段比第三段強度大，應(yīng)將第二段由于第二段比第三段強度大，應(yīng)將第二段套管長度增長，即減少第三段的下入深度，套管長度增長，即減少第三段的下入深度，提高其底部的抗擠系數(shù)，以補償雙向應(yīng)力提高其底部的抗擠系數(shù)，以補償雙向應(yīng)力的影響。的影響。但第二段增長后，軸向拉力添加，由于雙但第二段增長后，軸向拉力添加，由于雙軸應(yīng)力影響，又將進(jìn)一步引起第三段套管軸應(yīng)力影響，又將進(jìn)一步

31、引起第三段套管下端抗擠強度降低，可采用試算法。下端抗擠強度降低，可采用試算法。 D1=3500D2=3300D3=26004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高28004雙軸應(yīng)力計算雙軸應(yīng)力計算當(dāng)按抗擠強度設(shè)計套管柱超越水泥面或中和點時，當(dāng)按抗擠強度設(shè)計套管柱超越水泥面或中和點時，應(yīng)思索下部套管柱浮重引起套管抗擠強度的降低，應(yīng)思索下部套管柱浮重引起套管抗擠強度的降低，即按雙軸應(yīng)力設(shè)計套管柱。即按雙軸應(yīng)力設(shè)計套管柱。D1=3500D2=3300D3=？或按課本公式或按課本公式7-14進(jìn)展計算。進(jìn)展計算。4.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800 4雙軸應(yīng)力計算雙軸應(yīng)力計算計算降低后的

32、抗擠強度值，校核抗擠平安系數(shù)能否滿足計算降低后的抗擠強度值，校核抗擠平安系數(shù)能否滿足要求。要求。假設(shè)不能滿足要求，采用試算法將下段抗擠強度較大的假設(shè)不能滿足要求，采用試算法將下段抗擠強度較大的套管向上延伸，直至抗擠平安系數(shù)滿足要求。套管向上延伸，直至抗擠平安系數(shù)滿足要求。這樣可從下向上確定下部各段套管。這樣可從下向上確定下部各段套管。由于愈往上外擠壓力愈小，故可選擇抗擠強度更小的套由于愈往上外擠壓力愈小，故可選擇抗擠強度更小的套管，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一深度后，由于套管自重產(chǎn)生的拉力載荷管，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一深度后，由于套管自重產(chǎn)生的拉力載荷添加，抗拉強度表現(xiàn)為主要矛盾時，那么按抗拉設(shè)計確添加，抗拉強度表現(xiàn)為主要

33、矛盾時，那么按抗拉設(shè)計確定上部各段套管。定上部各段套管。D1=3500D2=3300D3=？4.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高280047.75MPa)0.74-49.35(1.03)0.74-(1.03D2DC2 306625921FgWW 4雙軸應(yīng)力計算雙軸應(yīng)力計算首先對水泥面處抗擠平安系數(shù)首先對水泥面處抗擠平安系數(shù)SC2校核。第二段校核。第二段套管線重套管線重0.4315KN/m，段長，段長3300-2800=500m。水。水泥面下套管浮重：泥面下套管浮重：W1+W2=79.33+5000.43150.833=259kN按公式按公式7-14計算軸向拉力下抗擠強度，第二段管計算軸向

34、拉力下抗擠強度，第二段管體屈服強度體屈服強度Fg2=3066kN 。3111102800130089754710662.CD2 mgDCgDS 平安平安 水泥面處抗擠符合要求水泥面處抗擠符合要求D1=3500D2=3300D3=？4.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高28005用試算法求第三段在雙向應(yīng)力作用下的可下深度。用試算法求第三段在雙向應(yīng)力作用下的可下深度。 D1=3500D2=3300D3=23004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高28005用試算法求第三段在雙向應(yīng)力作用下的可下深度。用試算法求第三段在雙向應(yīng)力作用下的可下深度。 MPa.).0.74-(1.03D3DC36

35、73427407438 第三段底部雙軸應(yīng)力下抗擠強度為第三段底部雙軸應(yīng)力下抗擠強度為 抗擠平安系數(shù)：抗擠平安系數(shù)： 159110230013008967341066333. gDSdDCD 1.125，平，平安安 第三段下至第三段下至2300m時抗擠平安。時抗擠平安。 D1=3500D2=3300D3=23004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800可見第三段可見第三段N-80、9.19mm延伸至井口抗拉強延伸至井口抗拉強度不符合要求。度不符合要求。 1.66. 386902300543195235432133cccjTWWWFS1.80不平安不平安 5.14. 5431952708

36、2122ccjTWWFS平安平安 6校核第二段套管頂部截面積的抗拉平安不思索浮度校核第二段套管頂部截面積的抗拉平安不思索浮度第二段抗拉強度第二段抗拉強度Fj2=2708kN 第二段抗拉符合要求。第二段抗拉符合要求。 假設(shè)將第三段設(shè)計到井口：假設(shè)將第三段設(shè)計到井口：Fj3=2354kN，q3=0.3869kN D1=3500D2=3300D3=23004.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高28007按抗拉強度設(shè)計確定上部各段套管：按抗拉強度設(shè)計確定上部各段套管：ninW11 第第 i 段抗拉強度段抗拉強度Ti ，那么該段套管頂截面的抗拉平，那么該段套管頂截面的抗拉平安系數(shù)安系數(shù)ST為為 niniTiTWqLS11 )(ninTTicdiiWSqL111 m20195 .431958 . 123543869. 013 LD1=3500D2=3300D3=2300設(shè)自下而上第設(shè)自下而上第 i 段以下各套管的總重為段以下各套管的總重為:4.6、設(shè)計舉例、設(shè)計舉例水泥返高水泥返高2800此處此處i=389. 11297795 .431952708432144 ccccTTWWWWS 平安平安 第四段選用，第四段選用，N-80，10.36mm，長度：，長度： L4=D-L1-L2-L3=3500-200-1000-2000=300m q4=0.4315KN/m， W4=3000.4315