基于应变设计的热采井套管柱第1部分：设计方法

王建军、韩礼红 等。

中国石油集团石油管工程技术研究院、中国石油新疆油田分公司等。

潘志勇、韩礼红 等。 2100433B

中国石油集团石油管工程技术研究院、新疆油田公司工程技术研究院等。

各国根据各自的条件规定了自己的套管柱强度设计方法，目前，最常见的有等安全系数法，边界载荷法，最大载荷法，AMOCO 法，西德 BEB 方法，以及前苏联的方法等。

套管柱等安全系数法

在套管柱设计中，为了达到既安全又经济的目标，整个套管柱应由不同强度（不同的壁厚、钢级、连接螺纹所决定）的多段外径相同的套管串组成，每段的最小安全系数应等于或者大于规定的安全系数，我们把这种方法称为等安全系数设计法。近些年来，等安全系数设计方法一般多先根据抗内压或抗挤强度进行设计，选出符合要求的套管后再进行抗挤或者抗内压设计与抗拉设计。

套管柱边界载荷法

该方法的抗挤设计方法和抗内压与等安全系数设计法基本相同，边界载荷也就是分段套管设计的依据生产经验确定的最大强度余量。仅在中上部套管柱强度设计时改为由抗拉强度设计，而不用抗拉强度被安全系数除所得到可用强度，并且用第一段以抗拉设计的套管抗拉强度和安全系数所决定的边界载荷算得的许用强度来选用以上各段套管，其关系如下：

依据抗拉设计的第一段套管：抗拉强度/安全系数=可用强度

抗拉强度-可用强度=边界载荷

依据抗拉设计的第二段套管：抗拉强度-边界载荷=可用强度

后面的均用各段套管的抗拉强度减去同一个边界载荷，从而得出他们的可用强度，并以此设计方法设计各段的使用长度。这种方法设计出的各套管之间边界载荷均相等，并不是安全系数相等，这样设计避免了所选套管强度剩余过多，从而减少套管的总重，使得设计结果更为合理经济。

套管柱最大载荷法

这是美国提出的一种设计方法，其基本思路是将套管按技术套管、表层套管、有层套管等分类将每一类套管的载荷按其外在性质及大小进行设计，其设计方法是先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应力进行强度设计，并考虑双轴应力对抗挤强度的影响，各段套管的长度是通过图解法确定的，该方法对外载考虑细致，设计精确。

套管柱AMOCO 套管设计方法

该设计方法在载荷分析及设计方法上都有独特之处，主要特点：在抗挤设计中考虑拉应力对套管抗挤强度的影响，即进行双轴应力计算，在计算外载时考虑到接箍处的受力，在计算内压力时也考虑拉应力的影响，再设计中采用了解析方法和图解方法，避免了试凑法的繁琐。

套管柱前苏联的设计方法

该设计方法较为繁琐，其设计思想是考虑外载按不同的时期的变化，考虑不同井段的抗拉安全系数不同，不考虑双向应力，但是当拉应力达到管体屈服强度的 50%时，把抗拉安全系数增加到 10%。

套管柱BEB 设计方法

该方法主要是图解法，设计特点是将套管分类进行设计，在设计中考虑抗外挤及内压强度时，必须考虑拉应力的影响，拉应力一律按在钻井液中的浮重计算，并考虑浮力作用在套管底部的界面上使底部受压应力。