API套管强度设计

1、3美国石油学会套管强度3.1美国石油学会套管的抗挤强度3.1.1屈服倒塌强度值当外部挤压应力作用在套管壁上，使套管材料达到屈服强度时，管体将发生塑性变形，此时认为是不安全的。当管体发生塑性变形时，根据厚壁圆筒在均布载荷作用下的拉梅公式，可以推导出以下屈服强度公式：当套管的径厚比达到：其中：pco屈服抗压强度，MPa；YP 套管材料的最小屈服强度，兆帕(钢号后面的数据乘以6.894757)Dc套管的标称外径，mm。套管的标称壁厚，mm；其中：3.1.2塑性坍塌强度值当套管的径厚比满足时，套管在外挤压力下的挤毁属于塑性强度挤毁，其API挤毁强度按下式计算。其中：pco塑性破坏强度，MPa，系数a、

2、b和c如前计算。其中(Dc/pt为塑性强度破坏和超强度破坏临界点的直径与厚度之比，当塑性强度破坏压力等于超强度破坏压力时，得到塑性强度破坏和超强度破坏临界点的直径与厚度之比，其计算公式如下：其中，公式的系数f和g用图解法求得，并按公式计算3.1.3过渡坍塌强度值当套管的径厚比满足时，套管在外挤压力作用下的坍塌属于过度坍塌(弹塑性坍塌强度)，其坍塌强度按下式计算：其中：pco过度抗挤强度，MPa当超强度的压碎压力等于弹性强度的压碎压力时，得到超强度临界值与弹性压碎强度的径厚比，计算公式如下：3.1.4弹性抗挤强度值当套管的径厚比满足时，套管在外挤压力作用下的坍塌属于弹性坍塌，其坍塌强度按下式计算

3、：其中：pco弹性抗挤强度，MPa其中(Dc/te)是在过度坍塌强度和弹性坍塌强度临界点处的直径与厚度之比。3.2美国石油学会套管的抗拉强度套管抗拉强度是套管的重要力学性能之一，在套管设计中应予以重视。轴向上，在轴向力的作用下，套管接箍螺纹的抗拉强度不同于套管管体的抗拉强度，且螺纹强度一般小于管体的抗拉强度，因此在设计管柱抗拉强度时应取二者的最小值。3.2.1管体的抗拉强度套管管体抗拉强度是指当轴向拉力达到套管管体钢的最小屈服强度时的轴向载荷，其API计算公式如下：其中：Ty管体屈服强度，kn；Yp套管的最小屈服强度，MPa；Dc套管的标称外径，mm。DCI套管的标称内径，mm。3.2.2套管

4、螺纹接头的强度随着钻井深度的迅速增加，要求套管能够承受更高的压力。高压的出现会带来许多问题。由于一般套管的螺纹连接强度低于管体的抗拉强度，所以不是套管管体的抗拉强度，而是套管的螺纹连接强度，套管的连接是施工成败的关键。因此，在设计和选择时应考虑一些必要的因素。在正常情况下，两个套管之间的连接通常是通过螺纹连接实现的。美国石油学会对这些螺纹连接的形状、技术规格和标准有明确的规定。美国石油学会套管的螺纹类型包括圆螺纹(包括短圆螺纹和长圆螺纹)、梯形螺纹和无接箍接箍(见图2-5)。对于无联轴器的联轴器，本文不做讨论，只计算两种最常用的接头类型(圆螺纹和梯形螺纹)的强度。联轴器的联接是通过锥形螺纹实现

5、的，因此在拧紧过程中，联轴器和管螺纹在某个啮合点处完全紧密地结合在一起。1)圆螺纹连接断裂强度2)梯形螺纹连接对于梯形螺纹，有两种常见的失效形式：管螺纹失效和联轴器螺纹失效。以下分别是美国石油学会给出的管螺纹强度和接箍螺纹强度的计算公式。管螺纹的强度值耦合螺纹的强度值其中：式中：交流耦合截面积，mm2；Ap套管横截面积，mm。Dc套管的标称外径，mm。Dci套管的标称内径，mm。Uc连接管的最小屈服强度，MPa；在设计和计算梯形螺纹连接强度时，一般取上述两个公式的最小值3.3美国石油学会套管的抗压强度套管内压强度是指最小内压达到钢的屈服极限所需的压力。套管内压失效模式一般包括联轴器密封不严引起的套管泄漏；管子破裂和联轴器破裂导致套管损坏3.3.1管体断裂管子破裂压力是指套管最小内压达到钢管屈服极限所需的压力。美国石油学会明确给出了一个计算套管内压强度的公式，又称巴洛公式，它是考虑薄壁管不均匀因素的影响，利用承受内压的薄壁管的周向应力得到的