套管设计

内压力计算
内压力分布：
Pe
Pi
H
套管强度计算
套管承受外载的能力－－套管强度
– 抗拉强度 – 抗挤强度 – 抗内压强度
关键问题：
套管在井下实际是受三向应力作用 套管在三向应力下抗挤强度要降低
强度计算
单向强度的选用 多向应力下套管的抗挤强度
– 双向应力计算 – 三向应力计算
套管实际强度考虑
可能出现的最危险状态
具体计算方法
轴向力计算
考虑因素
– 自重 – 浮力 – 弯曲应力
计算方法 分布情况
T H
轴向力计算
考虑浮力后的轴向力分布
(浮力系数法)
T
H
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轴向力计算
用台阶力法计算： 考虑浮力是集中作用在套管界 面变化的位置！
浮力的大小：
Tf=Ph*A
轴向力为：
T qL/1000 Tf
轴向力计算
考虑浮力后的轴向力分布
(台阶力法)
T
H
外挤力计算
计算方法
– 全掏空考虑 – 按有效外载考虑
具体计算
– 管外压力考虑 – 管内压力考虑
外挤力计算
例：生产井或管内液面只可能降到一定深度的井
Pi
Pe
h
ZH
H
内压力计算
计算方法 具体计算
– 表层套管、技术套管和技术尾管 – 生产套管和生产尾管
原则
强度：能满足井下各种工况下各种外载的作用 成本：经济
套管强度×安全系数 > 套管外载
基本原理
设计方法
– 分析套管外载 – 计算要求的套管强度 – 选择套管
校核方法
– 分析套管外载 – 计算套管强度是否满足外载
基本特点
外载状态是变化的
– 不同类型套管，可能的最大外载分布不同 – 外载沿井深分布不同 – 不同井况下，考虑的外载不同
定向井、水平井、盐岩流动地层
套管柱的实际强度是变化的
– 浮力影响 – 轴向力、周向力对抗挤强度的影响
关键点
外载分布状态分析计算 套管实际强度的降低计算
不同的计算方法构成不同的设计方法
套管外载计算方法
外载类型
– 常规外载：轴向力、外挤力、内压力 – 特殊外载：弯曲应力、岩层应力
外载计算状态
非均布抗挤强度 高温套管强度 套管缺陷的影响
– 椭圆套管
套管磨损预测
设计方法
强度设计方法
– 等安全系数法 – 部标方法
强度校核方法
存在问题
准确分析外载情况 安全系数的选择 套管性能
注水泥设计原理与方法
西南石油学院石油工程学院 石油工程软件中心、固井研究室
第一部分
套管柱强度设计与校核
主题
设计原则 基本原理与方法 基本特点 套管外载计算方法 套管强度计算方法 设计方法 在软件中使用的方法 套管设计的思路
设计原则
目的
在现有套管材料中，选择一个套管柱组合， 使其能保证安全的情况下具有较低的成本。