基于應變設計的熱采井套管柱第1部分：設計方法

王建軍、韓禮紅 等。

中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院、中國石油新疆油田分公司等。

潘志勇、韓禮紅 等。 2100433B

中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院、新疆油田公司工程技術(shù)研究院等。

各國根據(jù)各自的條件規(guī)定了自己的套管柱強度設計方法，目前，最常見的有等安全系數(shù)法，邊界載荷法，最大載荷法，AMOCO 法，西德 BEB 方法，以及前蘇聯(lián)的方法等。

套管柱等安全系數(shù)法

在套管柱設計中，為了達到既安全又經(jīng)濟的目標，整個套管柱應由不同強度（不同的壁厚、鋼級、連接螺紋所決定）的多段外徑相同的套管串組成，每段的最小安全系數(shù)應等于或者大于規(guī)定的安全系數(shù)，我們把這種方法稱為等安全系數(shù)設計法。近些年來，等安全系數(shù)設計方法一般多先根據(jù)抗內(nèi)壓或抗擠強度進行設計，選出符合要求的套管后再進行抗擠或者抗內(nèi)壓設計與抗拉設計。

套管柱邊界載荷法

該方法的抗擠設計方法和抗內(nèi)壓與等安全系數(shù)設計法基本相同，邊界載荷也就是分段套管設計的依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗確定的最大強度余量。僅在中上部套管柱強度設計時改為由抗拉強度設計，而不用抗拉強度被安全系數(shù)除所得到可用強度，并且用第一段以抗拉設計的套管抗拉強度和安全系數(shù)所決定的邊界載荷算得的許用強度來選用以上各段套管，其關(guān)系如下：

依據(jù)抗拉設計的第一段套管：抗拉強度/安全系數(shù)=可用強度

抗拉強度-可用強度=邊界載荷

依據(jù)抗拉設計的第二段套管：抗拉強度-邊界載荷=可用強度

后面的均用各段套管的抗拉強度減去同一個邊界載荷，從而得出他們的可用強度，并以此設計方法設計各段的使用長度。這種方法設計出的各套管之間邊界載荷均相等，并不是安全系數(shù)相等，這樣設計避免了所選套管強度剩余過多，從而減少套管的總重，使得設計結(jié)果更為合理經(jīng)濟。

套管柱最大載荷法

這是美國提出的一種設計方法，其基本思路是將套管按技術(shù)套管、表層套管、有層套管等分類將每一類套管的載荷按其外在性質(zhì)及大小進行設計，其設計方法是先按內(nèi)壓力篩選套管，再按有效外擠力及拉應力進行強度設計，并考慮雙軸應力對抗擠強度的影響，各段套管的長度是通過圖解法確定的，該方法對外載考慮細致，設計精確。

套管柱AMOCO 套管設計方法

該設計方法在載荷分析及設計方法上都有獨特之處，主要特點：在抗擠設計中考慮拉應力對套管抗擠強度的影響，即進行雙軸應力計算，在計算外載時考慮到接箍處的受力，在計算內(nèi)壓力時也考慮拉應力的影響，再設計中采用了解析方法和圖解方法，避免了試湊法的繁瑣。

套管柱前蘇聯(lián)的設計方法

該設計方法較為繁瑣，其設計思想是考慮外載按不同的時期的變化，考慮不同井段的抗拉安全系數(shù)不同，不考慮雙向應力，但是當拉應力達到管體屈服強度的 50%時，把抗拉安全系數(shù)增加到 10%。

套管柱BEB 設計方法

該方法主要是圖解法，設計特點是將套管分類進行設計，在設計中考慮抗外擠及內(nèi)壓強度時，必須考慮拉應力的影響，拉應力一律按在鉆井液中的浮重計算，并考慮浮力作用在套管底部的界面上使底部受壓應力。