【石油工程课程设计】套管柱及其强度设计ppt课件

1、杨明合杨明合石油工程学院石油工程学院一、套管的类型及其性能一、套管的类型及其性能二、套管柱的载荷分析及套管强度二、套管柱的载荷分析及套管强度三、套管柱强度设计三、套管柱强度设计四、注水泥工艺四、注水泥工艺一、套管的类型及其性能一、套管的类型及其性能1 1、根本概念、根本概念油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接纳，两端均加工有锥油井套管是优质钢材制成的无缝管或焊接纳，两端均加工有锥形螺纹。形螺纹。大多数的套管是用套管接箍衔接组成套管柱。大多数的套管是用套管接箍衔接组成套管柱。表征套管的主要特性参数有套管尺寸、钢级和壁厚。表征套管的主要特性参数有套管尺寸、钢级和壁厚。API SPEC 5AAPI

2、SPEC 5A：C75C75、C95C95、P110P110的套管只能用无缝控制的套管只能用无缝控制造造1、根本概念、根本概念1套管的尺寸套管的尺寸 又称名义外径、公称直径等是指套管本体的外径，又称名义外径、公称直径等是指套管本体的外径，实践上套管尺寸曾经规范化了。实践上套管尺寸曾经规范化了。套管尺寸确实定是井身构造设计的重要内容之一，前面曾经引见过。套管尺寸确实定是井身构造设计的重要内容之一，前面曾经引见过。1、根本概念、根本概念2套管的钢级套管的钢级 API规范规定套管本体的钢材应到达规定的强度，规范规定套管本体的钢材应到达规定的强度，用钢级表示。用钢级表示。 套管钢级由字母及其后面的数码

3、组成，字母没有特殊含义，但数码代套管钢级由字母及其后面的数码组成，字母没有特殊含义，但数码代表套管的强度。表套管的强度。 API对套管进展了相应的分级对套管进展了相应的分级H、J、K、N、C、L、P、Q八种共十级即：八种共十级即： H40、J55、K55、C75、L80、N80、C90、C95、P110和和Q125，前，前6种类型为抗硫的，其他种类型为抗硫的，其他为非抗硫的。为非抗硫的。1、根本概念、根本概念APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管)P192P1921、根本概念、根本概念psis510 APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管) )1、根

4、本概念、根本概念APIAPI套管规范及强度套管规范及强度(5(5寸套管寸套管) )2、套管的联接、套管的联接 套管柱通常都是由同一外径、一样或不同钢级、壁厚的套管用接箍联接组成的。 联接是由螺纹来实现的，螺纹联接是套管质量和强度检验的重点。 套管螺纹都是锥形螺纹，在API规范中分为五大类。前四类属API 规范，第五类系非API规范。 类数类数标准标准名称名称符号或代号符号或代号1API标准标准短圆螺纹短圆螺纹STC/ CSG/ C12长圆螺纹长圆螺纹LTC/ LCSG/ C23梯形螺纹梯形螺纹BTC/ BCSG/ C334直连形螺纹直连形螺纹XL/ XCSG/ CHX5非非API标准标准特殊螺

5、纹特殊螺纹/二、套管柱的载荷分析及套管强度二、套管柱的载荷分析及套管强度套管柱套管柱:1在入井、注水泥以及以后消费的不同时期，套管柱的受力也是不断在入井、注水泥以及以后消费的不同时期，套管柱的受力也是不断变化的。变化的。2在不同的地层和地质条件下，套管柱所接受的外载荷也是不同的。在不同的地层和地质条件下，套管柱所接受的外载荷也是不同的。如在井下的盐岩层对套管柱的压力梯度那么要按上覆岩石的压力梯度计如在井下的盐岩层对套管柱的压力梯度那么要按上覆岩石的压力梯度计算；在酸化压裂时接受的内压力与正常采油时的压力就不同；在易坍塌油层算；在酸化压裂时接受的内压力与正常采油时的压力就不同；在易坍塌油层生前的

6、前、中、后期对套管柱的外挤压力也不尽一样。生前的前、中、后期对套管柱的外挤压力也不尽一样。经过长期的消费实际证明，虽套管柱的受力复杂，但是影响套管柱的根经过长期的消费实际证明，虽套管柱的受力复杂，但是影响套管柱的根本载荷主要有以下几种：本载荷主要有以下几种：轴向载荷；外挤压力；内压力。轴向载荷；外挤压力；内压力。其它载荷如套管弯曲载荷、振动载荷等都思索到平安系数中去了。其它载荷如套管弯曲载荷、振动载荷等都思索到平安系数中去了。1、轴向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度一般设计中是不予考虑出于安全浮力温度变化引起的力碰后时产生的力摩擦力其它附加拉力力注水泥引起的附加应应力套管弯曲引起

7、的附加拉力本身自重产生的轴向,.1轴向载荷种类轴向载荷种类自重产生的轴向拉力，是轴向应力产生的根本缘由。在井口最自重产生的轴向拉力，是轴向应力产生的根本缘由。在井口最大。教材大。教材P258 式式77API规范中套管的强度值是没有思索弯曲应力的影响的，对于规范中套管的强度值是没有思索弯曲应力的影响的，对于井眼上存在大的斜度或狗腿时，这样由于弯曲的影响就增大了井眼上存在大的斜度或狗腿时，这样由于弯曲的影响就增大了套管的轴向拉力。特别是在接近扣处易构成裂痕损坏，故应给套管的轴向拉力。特别是在接近扣处易构成裂痕损坏，故应给予思索。予思索。 教材教材P259 式式710在深井或超井的注水泥过程中，由于

8、注水泥浆量较大，故在水在深井或超井的注水泥过程中，由于注水泥浆量较大，故在水泥还未返出套鞋处时，将对套管柱产生一较大的附加轴向应力。泥还未返出套鞋处时，将对套管柱产生一较大的附加轴向应力。教材教材 P259 式式711其它的附加力。摩擦力普通以为是与浮力相抵消的。而剩余的其它的附加力。摩擦力普通以为是与浮力相抵消的。而剩余的力由于计算复杂，有时难以预料，故普通用平安系数来进展思力由于计算复杂，有时难以预料，故普通用平安系数来进展思索。索。1、轴向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度1轴向载荷种类轴向载荷种类实践设计中，普通不思索浮力对实践设计中，普通不思索浮力对轴向载荷的作用，那么设

9、计结果偏于轴向载荷的作用，那么设计结果偏于平安。平安。但在计算精度要求较高的情况下但在计算精度要求较高的情况下如高温高压井，为了更好的发扬如高温高压井，为了更好的发扬管材强度性能，此时往往不能简单的管材强度性能，此时往往不能简单的给予忽略。给予忽略。1、轴向载荷及套管的抗拉强度、轴向载荷及套管的抗拉强度2轴向载荷下套管抗拉强度轴向载荷下套管抗拉强度目前我国现场中所用的套管绝大多数为目前我国现场中所用的套管绝大多数为API规范规范圆扣套管：扣为圆扣套管：扣为V型，扣根与扣尖为圆孤形。型，扣根与扣尖为圆孤形。从从API的套管抗拉强度实验和现场的实践可以看的套管抗拉强度实验和现场的实践可以看出，绝大

10、部分套管的破坏方式是滑扣，特别是对出，绝大部分套管的破坏方式是滑扣，特别是对于圆螺纹，本体拉断的情况要比滑扣情况少的多。于圆螺纹，本体拉断的情况要比滑扣情况少的多。 所以普通在设计中，除了思索套管的屈服强度外，所以普通在设计中，除了思索套管的屈服强度外，还要思索套管丝扣的衔接强度。还要思索套管丝扣的衔接强度。值得留意的是，在轴向载荷下，不仅存在衔接强值得留意的是，在轴向载荷下，不仅存在衔接强度的问题，而且还由于双轴应力效应对抗内压、度的问题，而且还由于双轴应力效应对抗内压、抗外压强度都有影响，同时对套管丝扣的密封也抗外压强度都有影响，同时对套管丝扣的密封也有直接的影响。有直接的影响。2、外挤压

11、载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度1外挤载荷种类 假设管外水泥没有凝固，管外是钻井液普通情况下，外挤载荷按最危险的情况思索，即按套管内全部掏空普通情况下，外挤载荷按最危险的情况思索，即按套管内全部掏空来计算套管接受的外挤载荷。来计算套管接受的外挤载荷。 地地质质构构造造力力的的影影响响盐盐岩岩层层、膏膏岩岩等等）；易易流流动动的的岩岩石石挤挤压压力力（；地地层层流流体体产产生生的的静静压压力力力力；管管外外泥泥浆浆柱柱产产生生的的静静压压2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度套管内全掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷套管外载荷套管外载荷载

12、荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井身构造井身构造2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度2套管的套管的API抗挤强度抗挤强度抗外挤强度是指挤毁套管试件需求的最大抗外挤强度是指挤毁套管试件需求的最大外挤压力。套管受外挤作用时，其破坏方式外挤压力。套管受外挤作用时，其破坏方式主要是丧失稳定性而不是强度破坏。主要是丧失稳定性而不是强度破坏。失稳后的套管被挤扁轻者或破裂，使失稳后的套管被挤扁轻者或破裂，使钻头或其它井下任务不能经过，地层封隔遭钻头或其它井下任务不能经过，地层封隔遭到破坏，将被迫停钻或停产，套管损坏严重到破坏，将被迫停钻或停产，套管损坏严重者油气井报废

13、。者油气井报废。 套管抗挤强度取决于资料性能、横截面套管抗挤强度取决于资料性能、横截面的几何外形和套管所接受负荷的情况。实际的几何外形和套管所接受负荷的情况。实际分析和实验研讨阐明，分析和实验研讨阐明，套管径厚比套管径厚比d / 外径外径/壁厚较大时：失壁厚较大时：失稳破坏；稳破坏；当套管径厚比较小：套管将发生强度破坏。当套管径厚比较小：套管将发生强度破坏。图图3-8-2-3 套管套管截面的挤毁截面的挤毁2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度2套管的套管的API抗挤强度抗挤强度API 5C3通告详细表达了测定套管抗外挤强度的程序轴向应通告详细表达了测定套管抗外挤强度的程序轴

14、向应力为力为0 。在外挤压力作用下，套管断面能够发生三种挤压或弯曲方式：在外挤压力作用下，套管断面能够发生三种挤压或弯曲方式：弹性挤压、塑性挤压和临界强度挤压。三种挤压方式的转化受管弹性挤压、塑性挤压和临界强度挤压。三种挤压方式的转化受管体几何外形和资料性能的制约。如下图。体几何外形和资料性能的制约。如下图。 其中2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度3有轴向载荷时的套管抗挤强度有轴向载荷时的套管抗挤强度在实践的情况中，套管的轴向载荷是不为零的。在实践的情况中，套管的轴向载荷是不为零的。从套管的应力分析根底出发，实践上套管的受力是从套管的应力分析根底出发，实践上套管的受力是

15、三维的。三维的。规范双轴应力椭规范双轴应力椭圆公式圆公式ss套管的屈服强度套管的屈服强度2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度轴向载荷轴向载荷拉拉伸伸紧紧缩缩周向载荷周向载荷内压强度内压强度外挤强度外挤强度双轴应力椭圆：轴向载荷对套管抗外挤强度的影响st sZ 2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度2、外挤压载荷及套管的抗挤强度、外挤压载荷及套管的抗挤强度3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度1内压载荷内压载荷假设管外的水泥已凝固，管外的压力用地层流体计算假设管外的水泥已凝固，管外的压力用地层流体计算内压力的来源：地层流体进入套管产生

16、压力；消费中的特殊内压力的来源：地层流体进入套管产生压力；消费中的特殊作业注水、压裂时的压力。作业注水、压裂时的压力。内压力确实定：在老区可以参考临近的资料，但在新区，内内压力确实定：在老区可以参考临近的资料，但在新区，内压少就很难确定。当井口开时，内压力易于计算，且数值较小，压少就很难确定。当井口开时，内压力易于计算，且数值较小，但当井涌关井时那么内压力就显的非常突出。但当井涌关井时那么内压力就显的非常突出。井的深浅对内压力的影响：当井较浅时，内压力是比较小的。井的深浅对内压力的影响：当井较浅时，内压力是比较小的。且普通的套管内压强度且普通的套管内压强度抗外挤强度，故设计中问题不明显。但抗外

17、挤强度，故设计中问题不明显。但随着井深的添加，内压问题就很突出，有时甚至超越了抗外挤。随着井深的添加，内压问题就很突出，有时甚至超越了抗外挤。3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度 井底的压力：套管内有效内压载荷：井口有效内压载荷：井底有效内压载荷：BiodPPghioioPPBiopPPgh等于管内的减去管外的地层流体压力等于管内的减去管外的地层流体压力 式中：式中：PB井底压力，井底压力，MPa；Pio井口压力，井口压力，MPa；d钻井液密度，钻井液密度，g/cm3；p地层流体密度，地层流体密度，g/cm3；3、

18、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度套管内全掏空套管内全掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷套管外载荷套管外载荷载荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井身构造井身构造3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度套管内部分掏空载荷载荷井井深深载荷载荷井井深深套管内载荷套管内载荷套管外载荷套管外载荷载荷载荷井井深深有效载荷有效载荷套管内液面套管内液面井底井底井身构造井身构造3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度消费套管内压力计算那么与其它不消费套管内压力计算那么与其它不同。其与完井方式有关。典型的完井方同。其与完

19、井方式有关。典型的完井方式如以下图。在油井的消费初期，油管式如以下图。在油井的消费初期，油管接头螺纹产生漏气，气泡由裂痕进入油接头螺纹产生漏气，气泡由裂痕进入油管和消费套管之间的环形空间，在封锁管和消费套管之间的环形空间，在封锁的情况下，气泡上升到井口，但气泡依的情况下，气泡上升到井口，但气泡依然坚持原有的压力，那么然坚持原有的压力，那么3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度3、内压载荷及套管的抗内压强度、内压载荷及套管的抗内压强度4、套管柱强度设计、套管柱强度设计4.1、套管强度设计的原那么、套管强度设计的原那么详细的原那么有三点详细的原那么有三点4.1、套管强度设计的原

20、那么、套管强度设计的原那么详细的原那么有三点详细的原那么有三点4.2、常用的设计方法、常用的设计方法4.3、各层套管设计的特点、各层套管设计的特点特点：下入的深度浅；在其顶部安装有套管头，要接受以下各层套管的部分或全部分量；安装有防喷器、采油树等。偏重点：主要是思索内压设计。井喷关井时情况最为严重特点：下入深度大，在其中下入油管，特别留意后期消费能够出现的特点：下入深度大，在其中下入油管，特别留意后期消费能够出现的 各各种情况。种情况。偏重点：抗拉下入深，抗外挤下入深，抗内压后期消费偏重点：抗拉下入深，抗外挤下入深，抗内压后期消费特点：下入的深度较深；隔离和封隔各种复杂地层；在井喷时接受较大内

21、压；特点：下入的深度较深；隔离和封隔各种复杂地层；在井喷时接受较大内压；具有较强的耐磨性。具有较强的耐磨性。偏重点：抗拉下入较浅，抗内压井喷关井，抗外挤下入井深偏重点：抗拉下入较浅，抗内压井喷关井，抗外挤下入井深4.4、等平安系数进展套管柱设计、等平安系数进展套管柱设计等平安系数法总的要求：在最危险截面上是平安的。等平安系数法总的要求：在最危险截面上是平安的。详细原那么：以内压载荷挑选初始套管；根据外挤载荷进展自下而上设计；详细原那么：以内压载荷挑选初始套管；根据外挤载荷进展自下而上设计； 最后按抗拉强度进展设计、校核上部套管。最后按抗拉强度进展设计、校核上部套管。4.5、详细的设计步骤、详细

22、的设计步骤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、详细的设计步骤、详细的设计步骤4.5、详细的设计步骤、详细的设计步骤)81. 9/(22cdcSPD211DDL8 . 1)/(1111qLFSst4.5、详细的设计步骤、详细的设计步骤4.5、详细的设计步骤、详细的设计步骤miinmnntisiiinmnnmiisitiqqLSFLqLqLFS1111/)(/)/(假设假设LiLi还没有可以到达井口，那么第还没有可以到达井口，那么第i i段上部选用抗拉强度更大的套管进展计算。段上部选用抗拉强度更大的套管进展

23、计算。4.5、详细的设计步骤、详细的设计步骤例：某井例：某井7177.8mm套管下入深度套管下入深度3500m，井内钻井液密度，井内钻井液密度1.3g/cm3，水泥返至，水泥返至2800m。要求进展抗挤、抗拉设计。抗挤平安系数不。要求进展抗挤、抗拉设计。抗挤平安系数不低于低于1.00，抗拉平安系数不低于，抗拉平安系数不低于1.75。试设计此井套管柱。试设计此井套管柱。1掌握知条件套管尺寸和下入深度、平安系数、钻井液密度水泥返掌握知条件套管尺寸和下入深度、平安系数、钻井液密度水泥返高及套管强度性能表等。高及套管强度性能表等。4.6、设计举例、设计举例尺寸：尺寸：177.8mm，下深，下深3500

24、m，钻井液，钻井液d=1.3g/cm3，固井水泥返高，固井水泥返高2800m，平安，平安系数：抗挤系数：抗挤Sc=1.125，抗拉：，抗拉：ST=1.80。套管的性能表格可以从中查各种套管套管的性能表格可以从中查各种套管的性能参数的性能参数2根据外挤压力和抗挤平安系数确定下部第一段套管钢级和壁根据外挤压力和抗挤平安系数确定下部第一段套管钢级和壁厚。厚。pco1=dgD110-6 =1.30.0098350045.5MPa 式中式中: pco1：套管在井底所受外挤压力，：套管在井底所受外挤压力，MPa。因下部第一段套管所受的井底外挤压力和平安系数的乘积应等因下部第一段套管所受的井底外挤压力和平安

25、系数的乘积应等于或小于抗挤强度，即于或小于抗挤强度，即 pco1SC10-6D1 式中式中 D1：第一段套管抗挤强度，：第一段套管抗挤强度，MPa；SC：抗挤平安系数。：抗挤平安系数。根据根据D1即可由套管强度性能表中选出下部第一段套管。即可由套管强度性能表中选出下部第一段套管。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，其抗挤强度为套管，其抗挤强度为: D1 =60.5MPa。 因此，实践平安系数为：因此，实践平安系数为： 33. 15 .4546.60111 coDDPS 第段套管第段套管D1=35004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高28003确定第二段

26、套管可下深度和第一段套管的运用长度。确定第二段套管可下深度和第一段套管的运用长度。由于外挤压力愈往上愈小，根据既平安又经济的原那么，由于外挤压力愈往上愈小，根据既平安又经济的原那么，第二段套管可选钢级或壁厚较低一级即抗挤强度小一级第二段套管可选钢级或壁厚较低一级即抗挤强度小一级的套管，其可下深度为的套管，其可下深度为62210 CcDgSD 那么第一段套管运用长度那么第一段套管运用长度L1=D1-D2; 第段第段第段第段D2D1=35004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800N-80、11.51mm假设选：假设选：N-80，壁厚，壁厚10.36mm，抗挤强度，抗挤强度D2=49.3

27、5MPa， 实践取第二段下入深度实践取第二段下入深度D2=3300m 那么第一段套管长度：那么第一段套管长度：L1=D1-D2=3500-3300=200m D1=3500D2=33004.6、设计举例、设计举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为第一段套管每米分量为0.476KN，抗拉强度，抗拉强度3048kN 浮力系数浮力系数校核第二段套管抗挤强度：平安系数：校核第二段套管抗挤强度：平安系数：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数：第一段套管抗拉平安系数：ST1 第一段套管重为：第一段套管重为： . Wcd1=BFqc1Lcs1=0.8330.476200=79.33kND1=3500D2=33004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800N-80、11.51mmN-80、10.36mmm.32600101251130089033810663 CdCgSD 4确定第三段套管可下深度和第二段套管的运用长度。确定第三段套管可下深度和第二段套管的运用长度。按抗挤强度选择钢级或厚度更低一级的套管，第三段套管按抗挤强度选择钢级或厚度更低一级的套管，第三段套管选选

29、N-80、壁厚、壁厚9.19mm，抗挤，抗挤C3=38.03MPa 按抗挤强度第三段套管下入深度为按抗挤强度第三段套管下入深度为2600m在水泥面以上，阐明第二段套管在水泥面以上，阐明第二段套管顶部已超越水泥面。所以在第二段水泥面处顶部已超越水泥面。所以在第二段水泥面处和第三段底部都应思索双向应力的影响。和第三段底部都应思索双向应力的影响。D1=3500D2=3300D3=26004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800N-80、10.36mmN-80、9.19mm4确定第三段套管可下深度和第二段套管的运用长度。确定第三段套管可下深度和第二段套管的运用长度。可下深度：可下深度： 显然

30、第三段套管底部由于接受其下部套管显然第三段套管底部由于接受其下部套管的分量，其抗挤强度必定下降，下入深度的分量，其抗挤强度必定下降，下入深度就不能够到达就不能够到达2600m，否那么其底部平安，否那么其底部平安系数必系数必1.125。由于第二段比第三段强度大，应将第二段由于第二段比第三段强度大，应将第二段套管长度增长，即减少第三段的下入深度，套管长度增长，即减少第三段的下入深度，提高其底部的抗挤系数，以补偿双向应力提高其底部的抗挤系数，以补偿双向应力的影响。的影响。但第二段增长后，轴向拉力添加，由于双但第二段增长后，轴向拉力添加，由于双轴应力影响，又将进一步引起第三段套管轴应力影响，又将进一步

31、引起第三段套管下端抗挤强度降低，可采用试算法。下端抗挤强度降低，可采用试算法。 D1=3500D2=3300D3=26004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高28004双轴应力计算双轴应力计算当按抗挤强度设计套管柱超越水泥面或中和点时，当按抗挤强度设计套管柱超越水泥面或中和点时，应思索下部套管柱浮重引起套管抗挤强度的降低，应思索下部套管柱浮重引起套管抗挤强度的降低，即按双轴应力设计套管柱。即按双轴应力设计套管柱。D1=3500D2=3300D3=？或按课本公式或按课本公式7-14进展计算。进展计算。4.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800 4双轴应力计算双轴应力计算计算降低后的

32、抗挤强度值，校核抗挤平安系数能否满足计算降低后的抗挤强度值，校核抗挤平安系数能否满足要求。要求。假设不能满足要求，采用试算法将下段抗挤强度较大的假设不能满足要求，采用试算法将下段抗挤强度较大的套管向上延伸，直至抗挤平安系数满足要求。套管向上延伸，直至抗挤平安系数满足要求。这样可从下向上确定下部各段套管。这样可从下向上确定下部各段套管。由于愈往上外挤压力愈小，故可选择抗挤强度更小的套由于愈往上外挤压力愈小，故可选择抗挤强度更小的套管，当到达某一深度后，由于套管自重产生的拉力载荷管，当到达某一深度后，由于套管自重产生的拉力载荷添加，抗拉强度表现为主要矛盾时，那么按抗拉设计确添加，抗拉强度表现为主要

33、矛盾时，那么按抗拉设计确定上部各段套管。定上部各段套管。D1=3500D2=3300D3=？4.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高280047.75MPa)0.74-49.35(1.03)0.74-(1.03D2DC2 306625921FgWW 4双轴应力计算双轴应力计算首先对水泥面处抗挤平安系数首先对水泥面处抗挤平安系数SC2校核。第二段校核。第二段套管线重套管线重0.4315KN/m，段长，段长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计算轴向拉力下抗挤强度，第二段管计算轴向

34、拉力下抗挤强度，第二段管体屈服强度体屈服强度Fg2=3066kN 。3111102800130089754710662.CD2 mgDCgDS 平安平安 水泥面处抗挤符合要求水泥面处抗挤符合要求D1=3500D2=3300D3=？4.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高28005用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。 D1=3500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高28005用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。用试算法求第三段在双向应力作用下的可下深度。 MPa.).0.74-(1.03D3DC36

35、73427407438 第三段底部双轴应力下抗挤强度为第三段底部双轴应力下抗挤强度为 抗挤平安系数：抗挤平安系数： 159110230013008967341066333. gDSdDCD 1.125，平，平安安 第三段下至第三段下至2300m时抗挤平安。时抗挤平安。 D1=3500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800可见第三段可见第三段N-80、9.19mm延伸至井口抗拉强延伸至井口抗拉强度不符合要求。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校核第二段套管顶部截面积的抗拉平安不思索浮度校核第二段套管顶部截面积的抗拉平安不思索浮度第二段抗拉强度第二段抗拉强度Fj2=2708kN 第二段抗拉符合要求。第二段抗拉符合要求。 假设将第三段设计到井口：假设将第三段设计到井口：Fj3=2354kN，q3=0.3869kN D1=3500D2=3300D3=23004.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高28007按抗拉强度设计确定上部各段套管：按抗拉强度设计确定上部各段套管：ninW11 第第 i 段抗拉强度段抗拉强度Ti ，那么该段套管顶截面的抗拉平，那么该段套管顶截面的抗拉平安系数安系数ST为为 niniTiTWqLS11 )(ninTTicdiiWSqL111 m20195 .431958 . 123543869. 013 LD1=3500D2=3300D3=2300设自下而上第设自下而上第 i 段以下各套管的总重为段以下各套管的总重为:4.6、设计举例、设计举例水泥返高水泥返高2800此处此处i=389. 11297795 .431952708432144 ccccTTWWWWS 平安平安 第四段选用，第四段选用，N-80，10.36mm，长度：，长度： L4=D-L1-L2-L3=3500-200-1000-2000=300m q4=0.4315KN/m， W4=3000.4315