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固井作业2

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1很显然,套管柱自重所产生的轴向拉力的分布规律是井底最小(为零),往上逐渐增大,井口拉力最大图 7套管轴向拉力沿井深分布示意图1 由于套管弯曲效应的影响将增大套管的拉力负荷, 特别是在靠近丝扣啮合处易形成裂缝损坏 ,由于 所以设计时应从套管的连接强度中扣除弯曲效应的影响 。101 8 02 Z(+) Z(-) 管外载分析与计算3对所用套管系列的统一规定 , 叫套管规范 。 规定了套管生产的 尺寸 、 钢级 、 壁厚 、 连接方式等;目前一般使用的美国 其规定的有关性能主要有: 套管尺寸 、 套管壁厚 、 螺纹类型与套管钢级二、套管强度41、套管基本参数套管的基本参数为套管尺寸、套管壁厚(或单位长度名义重量)、螺纹类型与套管钢级。( 1)套管尺寸 (又叫名义外径或公称直径):本体外径4”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7”, 8”, 9”, 10”, 11”, 16”, 28”, 20”, 30”...身结构设计二、套管强度5目前国内外所生产的套管尺寸及钻头及尺寸已标准系列化 。 套管与其相应井眼的尺寸配合基本确定或在较小范围内变化 。二、套管强度61、套管基本参数( 2)套管壁厚与套管单位长度名义重量 套管壁厚 指的是套管本体处套管壁的厚度,套管壁厚有时又称为套管名义壁厚。套管壁厚也已标准系列化 套管单位长度名义重量 又称为套管公称重量,指的是包括接箍在内的、套管单位长度上的平均重量 套管壁厚、套管单位长度名义重量二者是直接相关的二、套管强度71、套管基本参数( 3)螺纹类型套管螺纹及螺纹连接是套管质量的关键所在,与套管的强度和密封性能密切相关。 种:短圆螺纹(英文缩写 长圆螺纹(英文缩写 梯形螺纹(英文缩写 直连型螺纹(英文缩写 于无接箍套管)二、套管强度8二、套管强度( a) ( b) ( c)图 7a)圆螺纹连接 ( b)梯形螺纹连接 ( c)直连型螺纹连接9( 4)套管钢级0种: H,J,K,N,C,L,P,Q,较广泛使用,如 ,等。000为该钢材的最小屈服强度 。如 :000套管钢材的抗硫能力:有抗硫能力的套管钢级管强度10采用非 一是套管的尺寸、钢级与壁厚按照 是在螺纹连接上采用非 主要是为了解决螺纹连接的高密封要求问题;二是套管的尺寸、壁厚与螺纹连接型式按照 使用特殊的套管钢级,这是为了解决套管腐蚀和高应力问题。二、套管强度112、套管强度( 1)套管强度外载可分为三种,即作用在管柱外壁上的外挤压力、作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内方向与管柱轴线平行的轴向拉力。套管所具有的抵抗外载的能力称为 套管强度套管所能承受的最大外挤压力称为套管的 抗挤强度套管所能承受的最大内压力称为套管的抗 内压强度套管所能承受的最大轴向拉力称为套管的 抗拉强度。 因为在轴向拉力的作用下,套管的破坏一般是发生在套管本体与接箍的螺纹连接处,因此套管的抗拉强度又常称为连接强度或接头拉伸强度。二、套管强度12套管强度系列:套管外径 1外径 2…......管强度132、套管强度( 2)轴向拉力作用下套管的失效形式原因:轴向载荷过大失效形式 :(1)丝扣 ( 接箍 ) 滑脱(2)丝扣断裂(3)管体断裂(4)氢脆二、套管强度142、套管强度( 2)轴向拉力作用下套管的失效形式丝扣 ( 接箍 ) 滑脱对圆扣套管是常见的失效形式 。二、套管强度152、套管强度( 2)轴向拉力作用下套管的失效形式丝扣断裂条件 :拉力大于丝扣连接强度 , 小于本体强度 。位置 :丝扣最后一个啮合螺纹处 ( 扣根 )( 直径最小 )二、套管强度162、套管强度( 2)轴向拉力作用下套管的失效形式管体断裂条件 :拉力小于丝扣连接强度 , 大于本体强度 。二、套管强度172、套管强度( 3)套管抗拉强度的选用抗拉强度= 扣部分抗拉强度 , 管体抗拉强度 }( 1)圆螺纹套管丝扣抗拉强度 =滑脱强度,丝扣拉断强度 }( 2)梯形扣和直连型套管以丝扣或管体抗拉强度为标准二、套管强度18丝扣抗拉强度的计算目的:根据材料的强度计算出丝扣抗拉强度抗滑脱强度丝扣拉断强度 9 、套管强度192、套管强度( 4)轴向拉力作用下套管的抗挤强度抗挤强度是套管仅受外挤压力作用时套管所能承受的最大外挤压力值;套管柱在井下一般是处于复合外载作用状态(两种及两种以上外载同时作用状态)。在复合外载作用下,套管的强度要发生变化,有时套管的强度增加,有时套管的强度降低。二、套管强度套管强度怎么变化??20在外压力与轴向力或内压力与轴向力作用下 , 管柱内的应力状态为三向应力状态 , 三个主应力分别为轴向应力 、 周向应力和径向应力 :      22221  根据第四强度理论,可得套管在多向应力下的强度条件为:c        2222 2  方程反映了材料屈服强度不变的条件下,各应力之间的关系二、套管强度21由于套管为薄壁或中厚壁管, 在这三个应力中, r 0>0 拉伸-内压 z, tⅡ 0 压缩-内压 z, tⅢ 0比抗挤设计结果与抗内压设计结果,在各井段内选择强度高的套管;将套管柱抗挤强度设计与抗内压强度设计综合结果列表。37三、套管柱强度设计 技术套管柱设计一般步骤:4)进行套管柱抗拉强度根据抗挤设计和抗内压设计的综合结果,计算套管柱的设计拉力,即将套管的抗拉强度与设计拉力进行比较,对抗拉强度不满足要求的井段的套管进行更换,以满足抗拉强度的要求,即( T 38三、套管柱强度设计 技术套管柱设计一般步骤:4)进行套管柱抗拉强度需要注意的是,如果因抗拉强度不够而更换套管时更换了套管的壁厚,则套管柱的拉力要重新计算,再按新计算的拉力校核抗拉强度。如果这样更换的 套管是在套管柱的中部或下部 ,还要重新校核一下套管柱的抗挤强度,因为由于拉力的变化会导致轴向拉力下套管抗挤强度的变化。水泥面之上进行双轴应力校核 5)将套管柱强度设计结果列表。392、套管柱强度设计举例例:某井 244.5 9 5/8) 技术套管 , 下入深度 3200m,固井时钻井液密度 g/套管鞋处附近地层破裂压力的当量钻井液密度为 g/下次钻进目的井深为4600 m, 下次钻进所用最高钻井液密度为 g/地层盐水密度取 g/抗挤设计安全系数为 抗内压设计安全系数为 抗拉设计安全系数为 考虑钻井液浮力 ) 。 试进行该套管柱的强度设计 。三、套管柱强度设计40解: 1) 由题知各有关参数为:200m , ρ m= ρ f=600m, ρ n=g/ρ 计安全系数为: 考虑浮力 )浮力系数:三、套管柱强度设计8 28 
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