固井培训2-套管设计课件.ppt

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1、套管柱强度设计、校核方法与规范西南石油学院石油工程学院徐璧华基本设计原理介绍主要内容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。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

2、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HT轴向力计算考虑浮力后的轴向力分布(浮力系数法)HT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

3、位置！浮力的大小：Tf=Ph*A轴向力为：轴向力计算考虑浮力后的轴向力分布(台阶力法)HT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hHZPePiH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内压力计算内压力分布：PiPeH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

4、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国内外套管强度设计方法介绍分析国内外套管强度设计方法设计外载的确定与计算方法套管实际强度的计算方法设计安全系数的选择套管选择原则：外载×安全系数<套管实际强度构成不同的套管设计方法套管设计应考虑的关键问题1）国内外套管强度设计及特点国外：最大载荷设计法（前）西德套管设计法(BEB)AMOCO套管设计法

5、国内：1988年标准：类似西德设计方法2001年标准最大载荷设计法特点(1)最大载荷法设计外载荷都是按可能出现的最大载荷计算的，这样虽然很安全，但要付出过高的成本；(2)设计内压力一律按气井计算是不合适的，因为气井和油井的内压力是不相同的，应该分油井和气井计算；(3)设计采用图解法虽然简单明了，但设计烦琐，误差大且不利于程序计算；(4)没有考虑塑性地层和跨蹋地层等因素对外压力的影响；(5)没有考虑温度对套管强度的影响；最大载荷设计法特点(6)没考虑内外压力及轴向力联合作用对套管强度的影响，即三轴应力的影响

6、；(7)井口内压力按井口设备的工作压力计算是不合适的，因为井口压力的大小由地层压力确定，而不是由井口设备确定；(8)有效外压力应是固井时最大泥浆密度产生的液柱压力减去下次钻井使用的最小泥浆密度乘以漏失系数的压力，一律按全掏空计算不符合实际；(9)油层套管内压力按套管鞋附近的地层破裂压力再加上0.12g/cm3的液柱压力而不考虑管外流体压力的抵消作用是不合适的；(10)油层套管有效外压力按下套管时的泥浆密度计算外压力，而不考虑内压力对外压力的抵消作用，也是不合适的。（前）西德套管设计法特点(1)用泥浆柱压力

7、与盐水柱压力的差值确定漏失面位置，并依此计算外压力。这一假设不全面。因为漏层压力不一定都是盐水柱压力，孔隙和裂缝发育的地层不符合这种规律；(2)井口内压力用40%的井涌余量计算没有理论依据。应按排除溢到井口时最大井口套压的公式计算或关井气柱上升至井口的压力计算；(3)设计时只考虑轴向拉力对抗挤强度的影响，没有考虑外挤压力对轴拉力的影响，即三轴应力的影响；(4)外挤压力没有考虑不稳定地层的影响，如塑性蠕变地层的影响及非均匀外压力的作用。(5)用作图法设计烦琐，不方便；(6)不管是否气井都按气井计算内压力是不

8、符合实际的；AMOCO套管设计法特点（1）AMOCO设计法抗挤和抗内压采用了三轴应力设计，符合套管实际受力状况。但轴向拉伸未采用三轴抗拉强度；（2）外载计算根据套管类型和工况选择性进行计算，比较符合实际，但未考虑地层因素的影响；（3）采用三轴应力设计的最大优点是能满足既安全又经济的目的；（4）要达到真正的三轴设计，还必须建立套管三轴抗拉强度公式；（5）AMOCO设计需进一步完善，才能成为真正的三轴设计；（6）AMOCO设计法是