SYT 5731-1995套管柱井口悬挂载荷计算方法.pdf

SY中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T管柱井口悬挂载荷计算方法1996-05-01实施1995-11-08发布发布中国石油天然气总公司 目次前言1范围套管柱井口装载的基本原则23套管柱井口悬挂载荷计算的主要参数.4套管柱井口悬挂载荷计算程序...5图解法悬挂载荷计算步骤10附录A(标准的附录）悬挂载荷计算题例 前.言本标准主要内容是确定套管柱井口悬挂载荷的计算方法。因套管在井口装载固定后，受力状况将随井内条件变化而改变，因此套管柱井口装载时，应事先依据井下条件及以后变化的条件，计算套管柱井下受力和确定悬挂载荷、这种载荷能够满足预期情况要求，所以说套管柱井口悬挂载荷计算是套管强度设计与完井工艺中一项重要内容。目前，国内关于悬挂载荷的确定没有统一的规范，编制本标准完善了套管柱强度设计的最终内容，同时基于我国油田完井井口存在一定的质量问题，部分井出现自由段套管早期损坏及易发生螺纹泄漏的现象，出于现场需要而提出本计算方法。确定套管柱井口装载时的悬挂载荷，采用的基本原理是考虑各因素后，控制水泥面返深位置上套管轴向力等于该深度上套管的稳定力，以此作为中性点，而保持自由段套管不受压缩载荷。具体计算采用图解法，可以通过简单的受力分析与计算并绘图，即可确定合理的悬挂载荷。本标准的附录A是标准的附录。本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。本标准起草单位：华北石油管理局第二钻井工程公司。本标准主要起草人徐惠峰熊歧 中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5731-1995套管柱井口悬挂载荷计算方法范围1本标准规定了套管柱井口装载基本原则、悬挂载荷计算主要参数及计算程序和方法。本标准适用于油气井技术套管和油层套管的井口悬挂载荷的设计和计算。2套管柱井口装载的基本原则2.1应使用符合标准的套管头。.2.2保持井口装载后，自由段套管在后续生产的全过程中，不应受压及发生轴向弯曲。2.3依据套管柱强度设计要求，确定的井口悬挂载荷，应保证套管柱有合理的抗拉安全系数；有硫化氢腐蚀的井，悬挂载荷计算应限定套管柱轴向载荷。2.4井口高度应符合钻井过程及完井生产规定，并满足密封要求。2.5由于受套管柱结构及各种外载因素的影响，在进行固井设计时，应预先进行悬挂载荷计算，并可调整套管柱的抗拉强度及管外水泥返深，从而确定合理悬挂载荷。2.6装载后井口形成的最大悬挂载荷，除保证管柱有最低的抗拉安全系数，还需校核套管头卡瓦的临界轴向载荷。3套管柱井口悬挂载荷计算的主要参数主要参数包括：a)套管柱的强度：钢级、壁厚、段长及螺纹联结强度；b).水泥返深，水泥浆及钻井液密度；c）后续作业的井下温度变化及管内液柱密度变化；d）试油及开采引起的管内压力变化；井口装载时，套管柱实际自由段套管长度；e)f)并口控制的回压等。4套管柱井口悬挂载荷计算程序4.1确定悬挂载荷的原则a）确定自由段套管轴向力除考虑所受的各种外载力外，还应预计到该层套管在后续作业的外载力影响；b）保证水泥面处套管轴向力至少等于稳定力，使其自由段套管不发生弯曲；c）施加在井口上的悬挂载荷，保证套管柱上的中性点（轴向力等于稳定力的点称为中性点）在水泥返深面以下。4.2悬挂载荷计算方法及程序4.2.1采用图解计算法。4.2.2计算程序：4.2.2.1确定套管柱每-段的底部和顶部轴向力，作出轴向力与深度的关系曲线。4.2.2.2计算套管柱每段的顶部和底部稳定力，作出稳定力与深度的关系曲线。1996-05-01实施中国石油天然气总公司1995-11-08批准-1 SY/ T 5731-19954.2.2.3轴向力线与稳定力线交点即为中性点。该点在水泥面以上时，该点至水泥面的套管段将受压发生轴向弯曲.为防止弯曲，应使水泥面深度处套管段轴向力等于稳定力，需增加的悬挂载荷等于水泥面上稳定力减去水泥面上轴向力。4.2.2.4最终要确定的井口悬挂总载荷等于套管柱顶部（井口)轴向力减去水泥面深度上一段套管段底部轴向力再加上增加的悬挂载荷。4.2.2.5根据井口悬挂总载荷，校核套管柱的抗拉安全系数及套管头卡瓦临界轴向载荷。5图解法悬挂载荷计算步骤5.1计算用符号和代号（见表1)表1悬挂载荷计算用符号和代号名称单位代号序号mm²套管内截面积1Amm22套管外截面积A.mm23套管截面积A.mm24第1段套管内截面积A;1mm?5第2段套管内截面积A;2mm26第n-1段套管内截面积.Air-1mm²7第段套管内截面积Ai..F管柱内截面积与管壁截面积的平均比值8C9卡瓦压碎因素D,套管外径cm10钢材弹性系数(2.1×10)N / cm²E11N12F作用于浮箍底面的力（负值)NF:作用于浮箍顶面的力(正值)NF第1.与第2段套管台肩处台肩力I4NF,-2第n-,段与第m段(井口)套管台肩处台肩力15NAF1