套管强度设计例题.docx

设计举例：例题：某井177.8 mm（7英寸）油层套管下至3500 m,下套管时的钻井液密度为1.30 g /cm3,水泥返至2800 m,预计井内最大内压力35 MPa,试设计该套管柱（规定最小段长500 m ） 规定的安全系数： Sc=1.0， Si = 1.1， St =1.8解：（1）计算最大内压力,筛选符合抗内压要求的套管抗内压强度设计条件为：筛选套管：C-75, L-80, N-80, C-90, C-95, P-110按成本排序：N-80 < C-75 < L-80 < C-90< C-95< P-110 （2）按抗挤设计下部套管段,水泥面以上双向应力校核1）计算最大外挤力, 选择第一段套管p = 9.81p D = 9.81 x 1.3 x 3500 = 44635.5Paoc max mAPI套管最小特性表钢级壁厚线重抗挤强度Pc管体屈服强度Fs接头位伸强度FslmmkN/mkPakPakNN—8010.360.42344840130072611.1N—809.190.3795373012686.72308.6N—808.050.3357264072366.51966.1p - S < poc c c148401 > 44635.5 x1.0 = 44635.5 安全2）选择第二段套管选低一级套管,第一段抗拉强度校核p - S < poc2 c c 29.81 p D - S < pm 2 c c 2D2 <需疋 mc373019.81 x 1.3 x 1.0=2925m第二段套管可下深度D2，第一段套管长度L1取 D2=2900m （留有余量）L 二 D - D = 3500 - 2900 二 600m112双向应力强度校核，最终确定D2和L1D2 =2900 m >2800 m,超过水泥面，考虑双向应力危险截面：水泥面2800m处— 1 Q浮力系数：K = l — f =1 - = 0.834f p 7.85s轴向拉力：F 二 K 「qL + q (D - 2800 )1m水泥面 B 「 11 22 」二 0.834 x「0.4234 x 600 + 0.3795 x(2900 - 2800” 二 243.2kNpca2( F )一… 一 243.2 \1.03 — 0.74 m 水泥面=37301 x1.03 — 0.74F\ J( 2686.7 丿存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度：=35492kPapc2不安全p—ca2poc 2800354929.81 x 1.3 x 2800=0.99 < 1解决办法： 将第一段套管向上延伸至水泥面以上。

预定 D2 = 2700 m，L1 = 800 m； 重新双向应力强度校核：（按以上同样方法）水泥胶结面处两段套管交接处套管1 :危险截面2800 m处，Sc= 1.31 > 1.0安全套管2： 危险截面 2700 m 处， Sc = 1.02 > 1.0 安全试取 D2 = 2700 m， L1 = 800mF 2655.6计算套管抗拉安全系数：S ' = s11 = = 7.84 > L8 安全t1 F 0.4234 x 800a1最终结果： D2 = 2700 m， L1 = 800m3）选择第三段套管；轴向拉力：F = K qL + q （D — D 丁］m 2 B 1 1 2 2 3存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度：p―-c2 pccD3pc3F1.03 — 0.74 尹s39.81p Dm3> 1.0试算法，取 D3 =1700 m , 计算得 Sc= 1.03计算第二段顶部的抗拉安全系数F = q L + q (D — D )a2 1 1 2 2 3=0. 4234 x 800 + 0.3794 x(2700 — 1700) = 718kNFa22308.6718=3.2 > 1.8最终结果D3=1700 m , L2=1000mS，t2安全(3)上部1700 m处套管需进行设计，转为抗拉设计1) 计算第三段套管按抗拉要求的允许使用长度 L3由: S 't3FFFa3sl3—F + q La 2 3 3F—sl3 — FS o 2 1 將-718q30.3357< 1117m实取：L3 = 1100m,贝92)确定第四段套管使用长度 F二F + qL二718 +1100 x 0.3357二1087kNo3 o 2 3 3查表得：应比第三段套管抗拉强度高，与第一段套管相同计算第四段套管许用长度 L4：q32611.11.8—10870.4234= 858.7m实际距井口还有600 m,取L4 = 600 m ;F1.03 — 0.74 f®-3- s-4-S=cp—ca4pccD4pc49.81p Dm41087 )安全48401 x 1.03 — 0.74I 竺耳=4.82 > 1.09.81 x 1.3 x 600最终结果 ： L4= 600 m , D4=600 m(4)最终设计结果:下入深度m段长m钢级壁厚mm抗拉安全系数St抗挤安全系数Sc0~600600N8010.361.94600'17001100N808.051.814.821700~27001000N809.193.21.022700~3500800N8010.367.851.08。