【正文】 p p e r ???? ?? （ 3）確定尾管下入深度初選點(diǎn) D31 由破裂壓力曲線上查得： ρ f3200=； 試取 D31=3900m， 代入上式算得： pper=；由地層壓力 曲線查得 ρ p3900= pper= g/cm3 ， 且相差不大 ， 故確定初 選點(diǎn) D31=3900m。 3 3 20 02 31231 ?????????? DkDDfbfp pe r SSS?? （ 4） 校核是否會(huì)卡尾管 計(jì)算壓差： △ P=（ + ） 3200 = MPa 因?yàn)?△ P △ PA， 故確定尾管下深為 D3=D31=3900m。 （ 5）確定表層套管下深 D1 試取 D1=850m，代入上式計(jì)算得： ρ fE= g/cm3 。 由破裂壓力曲線查得 ρ f850= g/cm3 ， ρ fE ρ f850 ，且相近，故確定 D1=850m。最后設(shè)計(jì)結(jié)果： 3 3 1123 2 0 02??????????DkDDfbpfE SSS??套管層次 表層套管 中間套管 尾管 生產(chǎn)套管套管下深 （ m ） 850 3200 3900 4400 六、套管尺寸與鉆頭尺寸的選擇 目前我國(guó)使用最多或者說是唯一的套管鉆頭系列是： （ 26） 20 —（ 17 1/2） 13 3/8—（ 12 1/4） 9 5/8—（ 8 1/2）7—（ 5 7/8） 4 1/2 套管和井眼尺寸的確定一般是由內(nèi)到外進(jìn)行，首先根據(jù)采油工程等方 面的要求確定油層套管的尺寸，然后確定與油層套管相匹配的鉆頭 …… 。 套管與井眼之間的間隙與井身質(zhì)量、固井水泥環(huán)強(qiáng)度要求、下套管時(shí)的井內(nèi)波動(dòng)壓力、套管尺寸等因素有關(guān)。最小間隙為，最大間隙達(dá) 76mm。 每次開鉆鉆頭直徑與上層套管最小內(nèi)徑之間保持 ～ 13mm（ 1/4～ 1/2英寸）的間隙。 目前，根據(jù)套管層次不同，已基本形成了較穩(wěn)定的系列。 第二節(jié) 套管柱設(shè)計(jì) 一、套管和套管柱 套管：優(yōu)質(zhì)無縫鋼管。一端為公扣，直接車在管體上；一端為帶母扣的套管接箍。 套管的尺寸系列：按 API標(biāo)準(zhǔn)有： 4 1/2“， 5”， 5 1/2“， 6 5/8”， 7“，7 5/8”， 8 5/8“， 9 5/8“， 10 3/4”， 11 3/4“， 13 3/8”， 16“， 18 5/8”，20“；共 14種。 壁厚： ～ mm。小直徑的套管壁厚小一些，大直徑的套管壁厚大一些。 另外有非標(biāo)準(zhǔn)的鋼級(jí)和壁厚。 ?套管的鋼級(jí) – API標(biāo)準(zhǔn)： H40， J55， K55， C75， L80， N80， C90，C95， P110， Q125。（數(shù)字 1000為套管的最小屈服強(qiáng)度 kpsi）。 – 1kpsi= – 其中， H40， J55， K55， C75， L80， C90是抗硫的。 ?連接螺紋的類型 – API標(biāo)準(zhǔn)：短圓（ STC）、長(zhǎng)圓（ LTC）、梯形（ BTC）、直連型（ XL） ?套管柱：由同一外徑、不同鋼級(jí)、不同壁厚的套管用接箍連接組成的管柱。特殊情況下也使用無接箍套管柱。 二、套管柱受力分析及套管強(qiáng)度 套管柱在井內(nèi)所受外載復(fù)雜 。 在不同時(shí)期 （ 下套管過程中 、注水泥時(shí) 、 后期開采等過程中 ） 套管柱的受力也不同 。 在分析和設(shè)計(jì)中主要考慮基本載荷：軸向拉力 、 外擠壓力及內(nèi)壓力 。 套管柱設(shè)計(jì)時(shí)按最危險(xiǎn)情況考慮 。 軸向拉力及套管的抗拉強(qiáng)度 （ 1） 套管的軸向拉力 自重產(chǎn)生的拉力 、 彎曲產(chǎn)生的附加拉力 、 注水泥時(shí)產(chǎn)生的附加力 、 動(dòng)載 、 摩阻等 。 ① 自重引起的拉力 kN qmi第 I種套管在鉆井液中的單位長(zhǎng)度重力， N； Li第 I種套管的長(zhǎng)度， m； N 組成套管柱的套管種類（鋼級(jí)、壁厚）。 31311010)1( ????????? ?? ni imini iimLqLqF sd?? ② 套管彎曲引起的附加拉力 經(jīng)驗(yàn)公式： kN 在為定向井、水平井以及狗腿度嚴(yán)重的直井中設(shè)計(jì)套管柱時(shí)，應(yīng)考慮彎曲引起的附加拉力。 ccobd AdF ??③ 注水泥引起的附加拉力 kN ④ 其它附加拉力 ? 上提或下放套管時(shí)的動(dòng)載、井壁摩擦力等。 ? 一般在安全系數(shù)中考慮。 （ 2）套管的抗拉強(qiáng)度 ? 套管所受軸向拉力一般在井口最大。 ? 由拉應(yīng)力引起的破壞形式： 本體被拉斷、脫扣。 ? 通常用套管的抗滑扣力表示套管的抗拉強(qiáng)度。 c inc dhF dm ??? ?4 0 0 0 )( ???Dp doc ?? 外擠壓力及套管的抗擠強(qiáng)度 （ 1）外擠壓力 主要載荷：管外液柱的壓力、地層中流體的壓力、高塑性巖石（鹽膏層、泥巖層）的側(cè)向擠壓力等。 常規(guī)情況下按套管全淘空時(shí)的管外壓力計(jì)算： kPa 有大段鹽膏層的特殊情況下 ， 有時(shí)將上式中的鉆井液密度替換為上覆巖層壓力的當(dāng)量密度進(jìn)行計(jì)算 。 （ 2） 套管的抗擠強(qiáng)度 外擠載荷作用下的破壞形式： ?徑厚比較大時(shí) ， 失穩(wěn)破壞 （ 失圓 、 擠扁 ） ； ?徑厚比較小時(shí) ， 強(qiáng)度破壞 。 根據(jù)現(xiàn)有套管尺寸 ， 絕大部分是失穩(wěn)破壞 。 其抗擠強(qiáng)度可以在鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)中查到 。 （ 3）雙向應(yīng)力下的套管強(qiáng)度 從套管內(nèi)部取一微小單元，分析可知，在外載作用下產(chǎn)生三個(gè)方向的應(yīng)力 σ t 、 σ r 、 σ z ，對(duì)于薄壁管， σ t σ r , σ r 可以忽略。變?yōu)殡p向應(yīng)力問題。 由第四強(qiáng)度理論： σ z2 +σ t2 σ zσ t =σ s2 變換為橢圓方程： 按拉為正、壓為負(fù)，根據(jù)以上方程可畫出橢圓圖形。 ? ? ? ? 1222 ???stzstsz??????? 在橢圓圖上， σ t/σ s 的百分比為縱坐標(biāo)， σ z /σ s 的百分比 為橫坐標(biāo)。 由強(qiáng)度條件的雙向應(yīng)力橢圓可以看出： 第一象限 ：拉伸與內(nèi)壓聯(lián)合作用 ， 軸向拉力的存在下使套管的 抗內(nèi)壓強(qiáng)度增加 。 第二象限 ：軸向壓縮與內(nèi)壓聯(lián)合作用 。 在軸向受壓條件下套管 抗內(nèi)壓強(qiáng)度降低 。 第三象限 ：軸向壓應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用 。 在軸向受壓條件下套管抗外擠強(qiáng)度增加 。 第四象限 ：軸向拉應(yīng)力與外擠壓力聯(lián)合作用 。 軸向拉力的存在使套管的抗擠強(qiáng)度降低 。 由于這種情況在套管柱中是經(jīng)常出現(xiàn)的 。 因此在套管柱設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮軸向拉力對(duì)抗擠強(qiáng)度的影響 。 ? ?smFFccc pp ??? tdpt ccc2???tdps cc2?? 考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度公式推導(dǎo)： 由雙向應(yīng)力橢圓方程，當(dāng) σ z=0時(shí)： σ t2 =σ s2 根據(jù)上式，則有： 將 σ t和 σ s的表達(dá)式代入雙向應(yīng)力橢圓方程，并進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，即可得到考慮軸向拉力影響時(shí)的抗外擠強(qiáng)度近似公式： GDgasi epp ??? 內(nèi)壓力及抗內(nèi)壓強(qiáng)度 （ 1）內(nèi)壓力 考慮到套管外的平衡壓力，一般情況下，套管在井口所受的內(nèi)壓力最大。計(jì)算時(shí)，考慮三種最危險(xiǎn)的情況。 ； ； ： 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，通常按套管內(nèi)完全充滿天然氣時(shí)進(jìn)行計(jì)算。 （ 2）套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度 ?內(nèi)壓載荷下的主要破壞形式：爆裂、絲扣密封失效。 ?抗內(nèi)壓強(qiáng)度可由鉆井手冊(cè)或套管手冊(cè)查到。 )( ffi GGDp ???套管的腐蝕 ? 原因：在地下與腐蝕性流體接觸 。 ? 破壞形式：管體有效厚度減少 ， 套管承載力降低；鋼材性質(zhì)變化 。 ?