东海海域探井套管强度校核及应用

摘要：套管柱从入井开始起是否会破坏对于随后的钻进及测试等都是至关重要的。套管柱的设计除了应满足安全的要求外，还应使所设计出的套管柱在成本上是最低的，即“既安全又经济”的原则。本文在研究套管强度校核方法的基础上，对我国东海海域某油气区块16口探井各层套管的强度进行校核，并提出了套管材质优选的建议。

0 引言

套管柱在井下是否会破坏取决于作用在套管上的外载荷和套管本身强度的相对大小。目前套管柱强度设计中所采用的方法基本上均是安全系数法，即要求：

套管强度/外载≥设计安全系数

与外载荷强度相对应，设计安全系数有三种：抗挤设计安全系数、抗内压设计安全系数、抗拉设计安全系数，分别以Sc、Sb、St 表示。

在套管柱设计时，设计安全系数事先选定或给定。很明显，设计安全系数的大小直接影响套管柱的安全与经济性。表1为我国石油行业标准中所推荐的安全系数值。

1 套管强度计算方法研究

套管在外挤压力作用下的破坏，根据径厚比不同可分为失稳破坏和强度破坏两种形式。径厚比较大时属于失稳破坏，即当外力达到某一临界值时，套管产生弯曲变形而被挤扁。当径厚比较小时属于强度破坏，即当外压力达到某一值时，套管管壁发生强度破坏。API标准根据套管外径与壁厚比值和套管材料屈服强度，将套管抗挤毁压力的计算分为四种公式分别进行计算，即屈服强度挤毁压力、塑性挤毁压力、塑弹性挤毁压力和弹性挤毁压力，这四种公式应用的范围取决于径厚比的大小。

套管的抗内压强度是指达到钢材屈服极限所需的最大内压力。美国石油学会的套管抗内压强度计算公式又称Barlow公式，它由承受内压力的薄壁管周向应力公式，并考虑到壁厚不均匀因素影响而得。

套管管体抗拉强度是使管体钢材达到最小屈服强度时所需的拉力，可根据套管的材质、尺寸等数据确定。

2 东海某油气田套管强度安全系数计算

本文对我国东海海域某油气田的16口探井井身结构进行了统计，总结了该油气区块常用的套管材质性能，见表2。

根据上述API的计算方法，结合东海海域某油气田套管的实际受力情况，对13-3/8in套管的安全系数进行了计算，并与我国石油行业标准中推荐的安全系数进行了对比，结果见图1、图2、图3。

3 结论及建议

由计算结果可知，东海海域某油气田13-3/8in套管安全系数较大，可考虑降低钢级或磅级进行进一步的研究。

作者简介：张海山，1968年12月生，男，高级工程师，1994毕业于中国石油大学（北京）钻井工程硕士专业，长期从事海洋钻完井方面的科研、设计及管理工作，现为中海石油（中国）有限公司上海分公司钻完井部设计岗位经理。