【石油天然气行业标准(SY)】 套管柱结构与强度设计

ICS75.020
备案号：24338—2008
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5724—2008
代替SY/T5724—1995，SY/T5322—2000，SY/T5334---1996套管柱结构与强度设计
Design for casing string structure and strength2008—06—16发布
国家发展和改革委员会
2008一12一01实施
规范性引用文件
术语和定义
符号及代号
套管柱结构设计
套管柱强度设计
7套管扶正器设计
附录A（资料性附录）
其他套管强度设计公式
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
套管设计实例.
SY/T5724—2008
套管扶正器安装间距计算与弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线示例……29I
SY/T5724—2008
本标准整合修订并代替SY/T57241995《套管串结构设计》、SY/T5322—2000《套管柱强度设计方法》和SY/T5334一1996《套管扶正器安装间距计算方法》。本标准与SY/T5724-1995，SY/T5322—2000和SY/T5334-1996相比，主要变化如下：套管柱结构设计中增加了套管选型推荐方法。套管强度设计的内容，增加了接箍泄漏压力计算模型；修改了二维、三维井眼轴向力计算模型；增加了热采井套管强度计算模型。扶正器间距设计中增加了对刚性扶正器性能要求。本标准的附录A、附录B和附录C为资料性附录。本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。本标准负贵起草单位：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所，中国石油大学（北京）。
本标准主要起草人：丁士东、覃成锦、周仕明、高德利、张克坚、桑来玉、王其春。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：---SY/T5322--1988，SY/T5322—2000;——SY/T5334-1988，SY/T5334—1996;-SY/T 5724--1995。
1范围
套管柱结构与强度设计
SY/T5724—2008
本标准规定了套管柱结构设计、套管柱强度设计和套管扶正器安装间距计算方法。本标准适用于石油天然气井固井用套管柱结构设计、套管柱强度设计和套管扶正器安装间距计算。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其新版本适用于本标准。GB/T19831.1石油天然气工业套管扶正器第1部分弓形弹簧套管扶正器SY/T5083尾管悬挂器及尾管回接装置SY/T5150分级注水泥器
SY/T5313—2006钻井工程术语
固并作业规程第1部分：常规固井SY/T5374.1
2固井作业规程第2部分：特殊固井SY/T5374.2
SY/T5476内管法注水泥器
套管用浮箍、浮鞋
SY/T5618
套管外封隔器
SY/T6222
3术语和定义
SY/T5313一2006确定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1
屈服挤毁强度yieldcollapsestrength使套管内壁上产生最小屈服应力的外压力值。3.2
plasticcollapsestrength
塑性挤毁强度
套管在塑性挤毁范围内的最小挤毁压力值。3.3
transitioncollapsestrength
过渡挤毁强度
套管从塑性到弹性过渡区的最小挤毁压力值。3.4
elasticcollapsestrength
弹性挤毁强度
套管在弹性挤毁范围内的最小挤毁压力值。3.5
管体屈服强度pipebodyyieldstrength使管体产生屈服所需要的轴向载荷值。正
SY/T57242008
jointstrengthof casing
螺纹连接强度
使套管接箍螺纹滑脱或断裂的最小轴向载荷。3.7
三轴应力强度
triaxial stress strength
套管在内外压力及轴向载荷联合作用时的套管强度。3.8
二维井眼
twodimensionalwellbore
只有并斜角随并深变化而并斜方位角不变的并眼。3.9
threedimensionalwellbore
三维井眼
并斜角和并斜方位角都随井深变化的井并眼。3.10
casingbendingforce
套管弯曲力
套管在弯山并眼中发生弯曲时所产生的轴向力。3.11
套管扶正器安装间距
settingintervalofcasingcentralizer相邻两套管扶正器中点间的套管长度。3.12
同心环空间隙
concentricannularclearance
并眼半径与套管外半径之差。
套管最大偏心距
maximumcasingeccentricdistance相邻两套管扶正器间中点处的套管偏心距。符号及代号下载标准就来标准下载网
符号及代号见表1、表2，表中符号及代号适用于本标准。套管强度设计符号及代号
管体横截面积
接箍截面积
第n段套管内截面积
套管内截面积
第段套管截面积
最末一扣管壁截面积
套管外截面积
管端截面积
应力波速度，对于钢材，C=5190m/s塑性挤毁与过渡挤毁交点的径厚比过渡挤毁与弹性挤毁交点的径厚比单位
Hmdz，Hms
Hu，Ha，Hu
表1(续)
属服挤毁与塑性挤毁交点的径厚比套管外径
套管内径
接箍外径
接箍内径
钢材的弹性模量
套管弯曲力
全角平面上的总侧向力
法线方向上的总侧向力
套管有效外压力梯度
第讠段套管有效外压力梯度
破裂压力梯度
汕层或地层压力梯度
上覆岩层压力梯度
计算点井深
第段套管下深
计算点测量深度
气液界面处测量深度
造斜段、稳斜段底部的测册并深套管下深或套管鞋深度
垂直段、造斜段、稳斜段的垂深管柱横截面的惯性矩
浮力系数
掏空系数（km=0～1)，1表示全掏空管柱单元所在井段的井眼曲率
SY/T5724-2008
弧度/m
强度下降率，等于高温套管材料属服强度与室温套管材料届服强度之比按三轴抗拉强度套管可下入长度非水泥封固段套管长度
水泥封固段套管长度
管柱单元上端的井深
管柱单元下端的井深
注水泥后套管内液面下降值
螺纹配合长度
注水泥后套管外液面下降值
设计段套管下入长度
SY/T5724-2008
表1 (续）
按抗拉强度套管可下入长度
三维并眼件柱单元长度
测螺纹套管手紧面节径的二分之一或偏梯形螺纹套管完全螺纹处节径的二分之
接箍外径的二分之一
设计套管段号
单位长度套管柱和并壁的接触力旋上螺纹的圈数
轴抗内压强度
第段套管三轴抗内压强度
效内压力
套管接箍开裂压力
第i段套管有效内压力
计算点瑕大内压力
抗内压强度
第i段套曾抗内压强度
套管维处圾大内压力
三轴抗挤强度
第：段套管三轴抗挤强度
有效外压力
第1段套管有效外挤压力
抗挤强度
第：段套管抗挤强度
注水泥时井Ⅱ环空压力
管内液柱压力
注水泥时井并口内压力
第段套管内液柱压力
气液界面处套管内压力
设计段管内最小液柱压力
套管接箍泄漏压力
管外液柱压力
第段套管外液柱压力
设计段管外最小液柱压力
地层或油层压力
螺距（圆螺纹套管为3.175mm；
偏梯形螺纹套管为5.080mm）
表1 (续)
第i段套管单位长度有效重量
套管平均单位长度质量
未封固段套管单位长度质量
封固段套管单位长度质量
第i段套管柱在空气中的单位长度重量设计段以下第段套管单位长度质量设计段套管单位长度质量
造斜段曲率半径
套管内半径
设计段套管内半径
套管外半径
设计段套管外半径
曲率半径
室温时实际套管强度
高温时实际套管强度
规定的抗挤系数
第i段套管抗挤系数
规定的抗内压系数
第i段套管抗内压系数
规定的抗拉系数
第i段套管抗拉系数
三轴抗拉强度
第i段套管三轴抗拉强度
弯曲井段中套管的有效拉力
弯曲段套管拉力
轴向动裁荷
有效轴向力
第i段套管有效轴向力
第n段套管柱项部的有效轴向力
第i管柱单元下端的有效轴向力
第管柱单元上端的有效轴向力
抗拉强度
设计段套管抗拉强度
套管初拉力
SY/T57242008
MPa或kN
MPa或kN
SY/T5724—2008
表1 (续)
螺纹锥度（例螺纹套管为0.0625；偏梯形螺纹套管外径小于339.7mm为0.0625，大于或等于406.4mm为0.0833）管体届服强度
第i段套管届服强度
接箍圾小极限强度
作材最小极限强度
管材励服强度
当抵管材幅服强度
第段套管材料届服强度
套管下人平均速度
第i管柱的长度
注水泥后并口环空压力变化
注水泥后井口内压力变化
固并后温度变化平均值
注水泥后管外液体密度变化
注水泥后管内液体密度变化
非斜角
第1管柱单元下端的井斜角
第：管柱单元上端的井斜角
第1管柱单元下端井斜角的余角
第；管柱单元上端井斜角的余角套管壁所
接箍壁厚
管柱单元下端的井斜方位角
售柱单元上端的方位角
糜阻系数
地层岩石泊松系数，v=0.3～0.5管柱单元上下端之间的全角变化地层水密度（1.03~1.06)
天然气相对密度（0.50～0.55）注水泥时管内液体密度
固井时钻井液密度
下次钻并最大钻井波密度
下次钻井最小钻井液密度
套管钢材密度
水泥浆密度
完井液密度
轴向应力
表1(续）
第i段套管轴向应力
等效应力
径向应力
周向应力
扶正器设计符号和代号
计算过程的过渡参数
计算过程的过渡参数
套管内径
套管外径
并眼直径
刚性套管扶正器外径
套管钢材弹性模册
套管偏心距
套管最大偏心距
套管许可偏心距
重力加速度
下扶正器处并眼垂深
套管柱下人垂深
套管横截面惯性矩
弹贫片型套管扶正器载荷挠度系数套管扶正器安装间距
复位力
弹簧片型套管扶正器压缩变形量下扶正器处套管轴向力
同心环空间隙
单位长度套管在空气中的重力
单位长度套管在钻井液中的浮重L长度并段对应的平均井眼并斜角L长度并段对应的并眼并斜角变化尿平均井斜全角变化量
SY/T5724—-2008
SY/T5724--2008
5套管柱结构设计
5.1设计原则
并眼方位角
表2 (续)
L长度并段对应的并眼方位角变化量弹资片型套管扶正器载荷挠度曲线函数式下角标，表示平均井斜狗腿平面下角标，表示铅垂面
下角标，表示下扶正器
下角标，表示上扶正器
5.1.1满足钻井作业和油气层开采等后期作业的工艺要求。单位
5.1.2满足大斜度定向井、水平井以及特殊地层条件井（如有盐岩层、泥岩膨胀、地层蠕动、腐蚀性产层、高压气层和热采并）条件下的工作要求。5.1.3满足固并施工和有利于提高固并质量。5.2套管选择
5.2.1盐岩层和软泥岩层宜根据蟠变地层外载设计套管。5.2.2含CO,气体地层宜使用含Cr的合金套管。5.2.3含H2S气体地层应根据H2S含量、套管强度设计结果和管材的抗硫性能宜选择低碳钢级套管。
同时含CO2和H2S气体地层宜采用含镍铬合金套管。5.2.4
5.2.5理论环空间小于19mm的井眼，宜采用无接箍套管或接箍壁厚小于标准接箍的套管。5.2.6气井的生产套管和生产套管上一层技术套管，宜采用金属密封螺纹套管。5.3套管柱附件
5.3.1套管柱附件包括引鞋、浮箍、套管鞋、套管扶正器、泥饼刷、套管承托环、旋流短节、浮鞋、水泥伞、分级注水泥器、承托环、愚挂器及其坐落接箍、尾管回接筒、套管外封隔器、内管法注水泥器和联顶节等。
5.3.2主要套管柱附件性能应满足：a）液压式分级注水泥器应符合SY/T5150的规定。b）尾管悬挂器应符合SY/T5083的规定。c）套管扶正器应符合GB/T19831.1的规定。d）浮箍、浮鞋应符合SY/T5618的规定。e）套管外封隔器应符合SY/T6222的规定。）内管法注水泥器及插座应符合SY/T5476的规定。g）尾管回接简的抗内压、抗挤强度应与同规格尾管悬挂器相当，径向尺寸应与同规格尾管悬挂器喇叭口匹配，并有可靠的密封性能。h）套管承托环应有额定冲击压力数据。i）水泥伞、泥饼刷应有适用最大井径数据。5.4套管柱结构类型
主要注水泥方式的套管柱结构类型见表3。8
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。