ICS 75.020 E 13 SY 备案号：37503—2012 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T5731--2012 代替SY/T5731-1995 套管柱井口悬挂载荷计算方法 Method for calculating the hanging load of casing strings 2012—08—23发布 2012一12-01实施 发布' 国家能源局 SY/T5731-—2012 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3术语和定义 4符号及代号 5套管柱井口装载的基本原则 6套管柱井口悬挂载荷主要参数 套管柱井口悬挂载荷计算方法 7 3 附录A（资料性附录）单级固井套管柱井口悬挂载荷计算实例 附录B（资料性附录） 多级固井井口分析方法实例 13 参考文献 20 SY/T5731—2012 前言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则 起草。 本标准修订并代替SY/T5731—1995《套管柱井口悬挂载荷计算方法》。与SY/T5731—1995相 比，主要变化如下： 使用浮力系数法计算套管柱轴向力（见7.1）； 增加了装定时套管柱长度增量的计算方法（见7.5）； -增加了“带分级箍固井时井口悬挂载荷计算方法”（见7.7）。 本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位：中国石油集团渤海钻探工程有限公司工程技术研究院。 本标准主要起草人：于志强、王学正、肖松平、贾培娟、吴杰、赵虹。 本标准代替了SY/T5731-1995。 II SY/T5731—2012 套管柱井口悬挂载荷计算方法 1范围 本标准规定了套管柱井口装载基本原则、悬挂载荷计算主要参数及计算方法。 本标准适用于油气水井技术套管和生产套管的井口悬挂载荷的计算。 规范性引用文件 2 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注口期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 SY/T5313钻井工程术语 3术语和定义 SY/T5313界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 有效轴向力 effectiveaxialforce 套管断面上所受的实际轴向力与稳定力的合成轴向力。 3. 2 附加轴向力 additional axial force 附加在套管断面上的轴向力增量。 3. 3 温度增量梯度 temperaturegradientincremental 井筒温度稳定前后，单位深度上温度增量的平均值。 3. 4 套管长度增量 casinglengthincrement 套管装定时需要上提或下放的长度。 4符号及代号 符号及代号见表1，表中符号及代号适用于本文件。 表1套管柱井口悬挂载荷计算用符号及代号 序号 代号 名称 单位 A;j 第段套管的内截面积 mm? 第段套管截面积 mm² 2 A, A。 mm 3 套管柱外截面积 1 SY/T5731—2012 表1(续） 序号 代号 名称 单位 4 Ar 浮箍面积 mm 5 E 套管钢材的弹性模量 kPa 6 F. 井口断面有效轴向力 k. 7 F, 水泥面处套管断面有效轴向力 k F. 8 第二级固井时井口断面有效轴向力 kN F". 9 第二级固井时水泥面处套管断面有效轴向力 k.V 10 FxR 套管柱井口悬挂载荷 k.V 11 AF. 井口断面总附加轴向力 k.V 12 AF, 水泥面处套管断面总附加轴向力 k.V 13 AFx 井口装定时套管柱拉力增量 k.V 14 AF, 套管内外压力变化引起的附加轴向力 kV 15 AF, 温度变化引起的附加轴向力 16 AF: 浮箍所受浮力引起的附加轴向力 k.V 17 △G. 温度增量梯度 ℃/100m 18 H 套管鞋深度 m 19 H; 第段套管下入深度 m 20 H, 水泥返深 m 21 L; 第j段套管长度 m 22 L'; 分级箍以上第；段套管长度 m 23 AL. 井口装定时套管柱长度增量 m 24 Ktj 第j段套管浮力系数 25 K's 分级箍以上第段套管浮力系数 26 N 套管柱计算段数 一 27 N, 水泥面以上套管柱计算段数 - 28 N, 带分级箍固井时最后一级水泥面以上套管计算段数 - 29 pi 套管内井口压力 kPa 30 po 套管外井口压力 kPa 31 Ap: 套管内井口压力增量 kPa 32 Ap。 套管外井口压力增量 kPa 33 q; 第j段套管每米重量 k.V/m te qi' 分级箍以上第段套管每米重量 k.V/m 35 to 地面环境温度 ℃ 36 ti 井口流体温度 ℃ 37 Ate 井口温度增量 ℃ 38 Yj 第j段套管内流体密度 g/cm* 2 SY/T5731—2012 表1(续） 序号 代号 名称 单位 39 Yoj 第段套管外流体密度 g/cm3 Y 套管钢材密度 40 g/cm3 套管钢材的温度膨胀系数 1- 3. 41 β 42 套管钢材泊松比 5套管柱井口装载的基本原则 套管柱井口装载应遵循以下原则： a） 应使用符合设计要求的套管头。 b) 井口装载后，保证自由段套管在后续生产的过程中不应受压及发生轴向弯曲。 c） 依据套管柱强度设计要求，确定的井口悬挂载荷，应保证套管柱合理的抗拉安全系数；有硫 化氢腐蚀的井，悬挂载荷计算应限定套管柱轴向载荷。 (P 井口高度应符合钻井工程设计要求。 e) 装载后井口形成的最大悬挂载荷，除保证管柱的抗拉安全系数，还应校核套管头卡瓦的临界 轴向载荷。 f）固井施工中如发生漏失，应根据现场施工情况，重新计算并调整井口悬挂载荷。 6套管柱井口悬挂载荷主要参数 套管柱井口悬挂载荷主要参数包括： 套管柱的结构与参数。 a) b) 水泥返深，固井液体系密度。 c) 分级固井时的分级箍位置。 (P 后续作业的井下温度变化。 后续作业的管内、外井口压力变化。 f) 井口装载时，套管柱实际白由段套管长度。 7套管柱井口悬挂载荷计算方法 7.1装定前套管柱轴向力计算 7.1.1套管计算分段原则 装定前，套管柱坐挂在转盘上，管柱内液体是顶替液，管柱外水泥面以下是水泥浆，水泥面以上 是原井的钻井液。套管的计算段按照套管的壁厚及流体的密度进行划分为N段。如果套管按壁厚可 以划分为H,，H²，H3，H,四个自然段，但水泥面返至H,与H,之间，应增加一段H,作为计算 分段。 7.1.2套管浮力系数计算 套管浮力系数按公式（1）计算： 3 SY/T5731—2012 (1) A,Y, 7.1.3井口套管断面的有效轴向力计算 井口套管断面的有效轴向力按公式（2）计算： (2) 7.1.4水泥面处套管断面上的有效轴向力计算 水泥面处套管断面上的有效轴向力按公式（3）计算： F, =F L,q,K, (3) 7.2压力、温度变化引起的附加轴向力计算 7.2.1附加轴向力产生原因 套管装定后，在后续的作业过程中，套管内外温度和压力的变化，都会引起自由段套管柱的附加 轴向力。 7.2.2井口压力变化引起的附加轴向力计算 假设在套管刚装定好时，井口内外压力都是零。在后期作业中，套管内、外井口压力的增量分别 为△p和△p。。根据弹性力学拉梅公式，套管内外压力变化引起的附加轴向力△F，按公式（+）计算： 2× 10-μZ(△p,A, -△p.A。)(L,/A,) △F (4) Z(L, /A,) 7.2.3温度变化引起的附加轴向力计算 当井内温度达到稳定后，井底温度不变，井口温度增量为实测井口温度与地面环境温度之差。 假设地面环境温度为t。，实测井口处流体温度为t，则井口温度增量可按公式（5）计算： At。= tr-to (5) 假定整个井筒中流体与套管柱热传递效率在自由段与水泥封固段均等，则温度增量梯度△G，按 公式（6）计算： AG, = (6) 自由段套管上，温度引起的附加轴向力△F，按公式（7）计第： △F, =10*βE△G, (7) H, 4