地热钻井套管柱设计原则

  套管柱设计的总的原则是既安全又经济，也就是在满足最大载荷要求的前提下使成本最低。通常是根据套管柱在井下的工作条件，在套管柱受力分析的基础上，建立一个平衡关系，即外载×安全系数≤套管强度  套管设计的安全保障程度越大，设计出的套管柱费用就越高。一般对开发井可通过精确计算应力而设计出成本最低的套管柱；而对探井往往按最大估算应力来设计。

 

  1．应能满足钻井作业、油气层开发和产层改造的工艺要求

 

  在进行套管设计时，除了要考虑钻井过程中套管所承受的拉力、外挤压力和内压力之外，特别要考虑到油气层前期开采和后期注水作业、压裂改造等增产措施时，套管所承受的载荷变化，而这些作业的主要载荷是较高的内压和温度。  对盐岩层、热采井、含硫产层以及高压气层都应在套管钢级、壁厚、钢材特性、螺纹密封等方面作出相应的特殊设计。

 

  2．载荷及安全储备问题

 

  不同用途及类型的套管柱有不同的外载。外载主要有轴向、内压、外压以及弯曲应力和热应力等。应根据不同的情况按该井最危险的载荷来考虑，即应用最大载荷概念于设计之中。一般来说，控制套管设计的基本外载是轴向拉力、内压力和外挤压力。在计算套管外载时，既要结合本油田的具体情况，也要遵守一些行之有效的推荐作法。无论何种情况下，套管柱设计中必须考虑：

 

  （1）内压；

 

  （2）外挤；

 

  （3）拉伸；

 

  （4）双轴应力作用。

 

  应保证套管在承受外载时具有一定的储备能力。套管的安全储备可采用规定的安全系数（各国制定的行业标准中都有其推荐值）。另一种方法是，在全套管柱上增加某一数值的载荷余量。是采用安全系数或是采用载荷余量法，这与采用的设计方法有关。

 

  3．经济性要好

 

  为了保证所设计的套管柱既能满足使用要求，又能花钱少，往往要仔细考虑不同钢级、不同壁厚的组合设计。不过套管分段太细，种类分得太复杂的话，虽然比较符合经济原则，却会给现场管理、生产带来过多麻烦。因此，要综合权衡考虑，不能顾此失彼。在现场上实际采用的多为2～3种钢级的套管，壁厚也只宜选用2～3种，不宜选得过多。