第3章2 套管设计基础.ppt

油气井套管柱设计理论和方法 进一步学习的参考资料 高德利著. 油气井管柱力学与工程.山东东营：中国石油大学出版社，2006 Rabia H.. 套管设计基础，华仲篪译. 北京：石油工业出版社，1995 郝俊芳，龚伟安编著．套管强度计算与设计．北京：石油工业出版社，1987. 1?15 SY/T5322-2000，套管柱强度设计方法，国家石油和化学工业局 李克向主编．钻井手册（甲方），上册．北京：石油工业出版社，1990年6月：135~139 套管设计 一、初识套管 二、套管柱的受力分析及套管强度 三、套管强度设计原则 四、套管柱设计示例 一、初识套管Typical Manufacture of Casing (Seamless) Typical Manufacture of Casing （Welded) 一、初识套管－套管的分类 1. 套管的外径 (e.g. 9 5/8” 244.5 mm) 2. 壁厚 (e.g. 1/2” 12.7 mm) 3. 材料的钢级 (e.g. N-80) 4. 接箍螺纹的类型 (e.g. API LCSG) 5. 单根套管的长度 (e.g. Range 3) 6. 公称重量 (包括接箍重量的平均值，kg/m) (e.g. 47 lb/ft，70 kg/m) Casing Threads and Couplings API round threads - short { CSG } API round thread - long { LCSG } Buttress { BCSG } Extreme line { XCSG } Other … See Halliburton Book... 单根套管的长度分类 Range 1(R-1): 16~25 ft (4.88~7.62 m) Range 2(R-2): 25~34 ft (7.62~10.36 m) Range 3(R-3): ≥34 ft (≥10.36 m) 套管柱的定义 由不同种类套管及一些固井附件串接而成的管柱。 二、套管柱的受力分析及套管强度 （一）轴向拉力及套管的抗拉强度 （二）外挤压力及套管的抗挤强度 （三）内压力及抗内压强度 Casing Design - Tension 轴向力计算中考虑的因素 在计算轴向力时，主要考虑的因素是自重，其它可能要考虑的因素：井眼形状、动载、钻井液浮力、弯曲和温度等。 管体抗拉强度计算 外挤压力计算的一般原则 套管外压一般假设等于地层压力，对于表层套管一般假设管内全掏空，技术套管一般假设部分掏空，掏空的程度根据实际情况确定，生产套管一般假设全掏空。 API抗挤强度计算公式 屈服强度挤毁公式 塑性挤毁公式 塑弹性挤毁公式 弹性挤毁公式 套管设计 - 破裂 (源于内压力) 管体的内屈服压力 接箍的内屈服压力 在内压力作用下的抗漏失能力 井内气体压力分布精确算法示意图 用简化公式和精确算法计算的井口压力比较 内压力计算模型 内压力计算模型有： 预设井涌量法； Prentice方法； Kastor方法； 简化内压设计法； 司钻法和等候加重法。 这些方法对于深井需要修正。 管体抗内压强度计算 三、套管设计的原则 保安全，求经济！ 套管柱安全的必要条件 API Design Factors (typical) Collapse 1.125 Tension 1.8 Burst 1.1 套管柱载荷的特点 组合套管柱总费用的组成 段数越多越费用越低 通径受实际条件限制 段长受实际条件限制 限定套管的选择范围 套管柱设计程序框图 四、套管柱设计示例 常规的载荷计算：内压 预设井涌量法示意图 常规的载荷计算：内压 简化内压力设计法示意图 常规的载荷计算：内压 简化内压力设计法示意图 常规的载荷计算：内压 Prentice方法示意图 常规的载荷计算：内压 Kaster方法示意图 常规的载荷计算：内压 司钻法示意图 常规的载荷计算：内压 等候加重法示意图 常规的载荷计算：内压 自喷井生产套管内压力计算示意图 常规的载荷计算：内压 自喷井生产套管内压力计算示意图 常规套管强度计算 piR 为最小内部屈服压力 do 为套管的公称外径 t 为套管的壁厚 YP 为套管的最小屈服强度 套管双轴强度计算 计算轴向应力 计算折减屈服强度 （用于替换API抗挤强度公式中屈服强度） 由API抗挤强度公式计算抗挤强度 套管中任一点处应力强