【摘　要】随着技术的不断完善和更新，大斜度井、水平井在老油田实施井中占比越来越高，尤其是在浅滩海地区和页岩油（气）区块。大斜度井和水平井施工难度相比较常规定向井显著提高，尤其在固井方面。本文主要探索大斜度井、水平井套管强度设计应用，并对其所受到的强度影响进行分析。
 
【关键词】浅滩海；大斜度井；水平井；套管强度设计
 
大斜度井、水平井的实施能够有效提高老油田勘探开发效益。随着勘探开发不断向深层迈进，地层复杂度也不断提高。随井斜、位移的增大，井眼内套管受力更加复杂，对管柱的强度设计也提出更高的要求。因此，在大斜度井、水平井套管设计上要综合考虑，保证在全井生命周期内，尽量降低套管柱受损概率，影响经济效益。理论上，井眼越复杂，所下入管套的负载量也将随着变得复杂，套管在大斜度井、水平井的下入问题，是固井的一大难题。套管在下入井眼倾斜段之后，会紧贴下井壁，套管进入大斜度段之后，会平躺在下井壁，不仅减少套管的重力推动效果，地层对管套的摩阻也显著增大；与此同时，弯曲的井眼会迫使套管沿着井眼的轨道弯曲，使套管受到附加弯矩的作用，下入困难，因此大斜度井、水平井套管设计还应该考虑不同程度的摩阻影响以及附加轴向力等众多的因素。
 
一、套管的摩阻分析和计算 

建立大斜度井、水平井套管柱刚杆力学计算模型，主要是通过计算套管柱的轴向力和摩阻，预测大钩的负载力和套管下入的极限深度。井眼轨道是一条没有规则的三维空间曲线，井斜角和方位角都是随着井眼曲线的变化而变化。由于井眼的轨迹变化非常复杂，不仅对井眼的曲线应该进行适当的规划，还要对模型做适当的假设。最基本的假设包括套管柱与井壁连续接触，套管柱轴线与井眼轴线保持一致，井壁为刚性，取计算单元体为空间斜平面上的一段圆弧，钻井液为宾汉姆流体等。再对其进行具体的分析，对该段曲线进行必要的简化。油气井建井的重要环节在于套管柱的设计和固井，井中套管柱的设计和固井质量的好坏，对成功完井起到了一定作用，对生产和采集能力以及井寿命也有一定的影响。大斜度井、水平井中，套管的下入问题是完井的重点和难点。
 
二、套管外载力的计算 

对套管的受力的正确分析,是套管柱强度设计的重要前提。套管柱在钻进、下入以及固井等在不同地层的受力情况与其对应的工艺都是比较复杂的，因此，要对其负载量进行正确的分析，特别是对套管在井下，所承受的最危险地段的载荷分析。虽然套管的外载情况比较复杂，其受力的大小与方向也不明确，分析套管所受的作用包括：内压力和外挤压力以及套管的载荷分析等，在井下的条件是比较复杂的，因此，要考虑各种对套管受力因素的影响，要正确的选择套管组合，从而减小套管破坏的现象出现，保证井眼的有效性。例如：在水泥封固段以上，外挤压力即钻井液液柱压力，计算可利用公式：pc=0.00987ρmH，其中H是垂直的深度，ρm是钻井液的密度。
 
三、影响套管强度的原因 

传统的套管柱设计中，忽略了套管的制造因素对套管在不同工况条件下强度的影响。因此，要通过查找相关的制造手册来计算套管的强度。从套管在井底的复杂受力情况来看，套管自身强度在受到不同程度影响之后，其强度是有所下降的，因此，在对套管进行设计的时候，应加强对套管强度的各工况条件下的分析，选用合适条件下的套管的强度数据。
 
1.制造因素对套管强度的影响 

套管在生产过程中会出现套管圆度不够、壁厚不均匀以及残余的应力等，在生产过程中，出现磨损、高温、非均匀地应力以及弯曲等作用力，都会对套管强度带来一定的影响，从而降低套管强度。如果套管的圆度不够以及壁厚不均匀，根据弹塑性力学理论来研究，其问题可以是平面应变问题，从广义上来说就是平行于平面方向上的应变，而在垂直于该面的方向上没有应变力学问题。有研究表明，残余应压力会降低套管的强度。如果套管内壁参与拉应力比较小时，在均匀的外压力在，套管就会从内到外开始屈服，当套管表面的残余应压力较大时，套管就会从外到里开始屈服。因此，可以根据国际化标准公式来计算出套管的抗挤强度，pcd=(pe+py)-(pe-py)2+4x*pe*py2(1-x)，其中，x=0.127e_0.0039ε-0.44(σr/yp)+hn,pe=2E/[(1-v2)(D/t)((D/t)-1)2]，py=2Yp*(t/D)*[1+t/(2D)]，e是表示不圆度，ε表示的是壁厚不均度，σr表示的参与应力，Yp表示的是管材的屈服强度，hn表示应力应变曲线形状系数，E表示杨氏模量，v表示泊松比，D表示管材的外径，t表示管材的壁厚。
 
2.外部因素对套管强度的影响 

套管在入井之后，受到非均匀外载的作用，因此在对其进行研究的时候可以假设套管无限长，不考虑套管制造的缺陷，其次，还可以假设套管外壁受到两个相互的垂直外挤力，并且套管的壁面的外载力是从大到小沿壁面环形均匀的变化。根据公式和实验得出外部因素对套管强度的影响。
 
3.套管磨损 

在套管磨损比较轻的情况下，钻井过程中不会出现套管失效的情况，但是磨损会降低套管的强度，给安全钻进以及油气井注采全生命周期造成了很大的隐患，当磨损情况严重时，套管的强度将会大幅度的下降，当超过套管的承受范围时，就会出现一系列的问题，例如：套管破裂失效、井控困难以及井漏等情况的出现。
 
四、结束语 

随着技术的不断完善和更新，大斜度井、水平井是目前世界范畴内特别是浅滩海地区使用的最为广泛的井型，是提高滩海油田开发的综合性最强的手段。面对目前所存在的问题，应该积极的采取防护措施，利用公式计算出在各种应力下，套管所承受的强度以改进套管的强度设计，提高综合效益。
 
参考文献：
 
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