API套管强度设计

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套管和油管规范 API

套管和油管规范API-5CT(2006年1月1日第8 版)1.范围1.1 本规范规定了直缝电焊钢管（套管、油管）交货技术条件。

适用于API-5CT PSL1等级第1组中H40、J55和K55三个钢级的技术要求。

1.2本规范所涉及的管子规格大于4½（114.3）但小于10¾（273.05）（代号1）的套管可由购方规定用作油管。

2 规范性引用文件ISO9303 承压无缝和焊接钢管—纵向缺欠的全园周检测（与GB/T5777-1996等效）ISO9764 承压电阻焊和感应焊钢管—焊缝纵向缺欠的超声检测（与SY/T6423.2-1999等效）ISO11484 承压钢管—无损检测（NDE）人员资格及鉴定（与GB/T9445-1996等效）ASTM A751 钢制品的化学分析的标准测试方法、操作和术语（用GB/T4336-2002发射光谱分析法替代）ASTM E23 金属材料缺口冲击试验方法（与GB/T229-1994等效）3 术语、定义3.1套管从地表下入已钻井眼作衬壁的管子。

3.2 缺陷按本规范规定拒收产品所依据的足够大的缺欠。

3.3熔炼分析由炼钢厂报告，对代表一个炉批的化学成分分析。

3.4 油管下入井中用作产液和注液的管子。

3.5 第1组H、J、K、N钢级的所有套管和油管。

3.6 代号1规格或规定外径的无量纲代号，可在订购管子时使用。

3.7代号2单位长度重量的无量纲代号，可在订购管子时使用。

4.符号和缩写CVN—夏比V型缺口J —管子吸收能，焦耳D —管子规定外径d —内径EMI—电磁检验EW—电焊工艺N —全长正火（热处理工艺）NDE —无损检测OD —外径PLS—产品规范等级t —规定壁厚UT—超声检验YS max—规定最高屈服强度，兆帕（Mpa）YS min—规定最低屈服强度，兆帕（Mpa）Mp a—静水压试验压力，兆帕5 购方需提供的资料5.1在订购API5CT套管或油管时，购方应在订单中规定下列要求：1）产品标准： API5CT或ISO11960；2）数量；3）管子类型：套管或油管；4）代号1或规定外径；5）钢级牌号及质量等级；6）长度范围；7）电焊管特殊端部加工要求；8）交货日期和装运说明、购方检验及API5CT 附录B等。

API油套管常用数据表

17.76
4.48
8.94
6400
247
51.3
39.7
214
BTC
274
LTC
28
5.791
187.7
16.99
5.25
10.59
7800
289
60.7
56.3
260
BTC
321
LTC
32
5.675
187.7
16.32
5.92
12.
.2
71.1
301
BTC
362
尺寸
扣型
磅级
lb/ft
内径
in
接箍外径
88.4
103.4
105.5
70.9
EU
8.7
93.2
4000
100
88.4
NU
9.35
2.155
88.9
2.35
1.84
8.64
101.2
NU
11
2.065
88.9
2.16
2.03
10.3
111.8
136
133.5
NU
11.5
1.995
88.9
2.02
2.17
11.2
119.8
147.7
143
3-1/2″
141.3
9.84
2.83
7.52
4200
155.6
57.2
50
138
BTC
176
LTC
21.4
4.126
141.3
8.63
4.04
11.1
6710
BTC

套管强度设计

第 1 页共 33 页
南方海相探区重点钻井技术研究及软件开发------套管强度设计
第一节
套管柱外载分析与计算
套管柱从入井开始就受有各种外载的作用，而且，在以后的不同生产工序（或工作）情况（简称工况）下其所受的外载大小是不一样的。为了使设计出的套管柱安全，必须对各种可能出现的工况下的外载作用情况及外载大小进行分析，找出最危险（即外载最大）的工况，按最危险工况计算套管柱所受外载值，以此进行套管柱强度设计。套管柱在井下的受力是复杂的，但经过长期生产实践的分析和证明，其所受的基本外载可分为三种，即作用在管柱外壁上的外挤压力、作用在管柱内壁上的内压力和作用在管柱内方向与管柱轴线平行的轴向拉力。一. 外挤压力套管柱所受的外挤压力主要来自管外钻井液液柱压力（水泥不返到井口时，上部有一段套管外为钻井液。该段套管称为自由套管）、水泥浆液柱压力、地层中流体压力、易流动岩层的侧压力等。套管柱在受有外压力（外挤压力常简称为外压力）作用时，管内可能还作用有内压力，该内压力要抵消一部分外压力（该内压力习惯上称为支撑内压力），因此实际对套管起挤压作用的是减去该内压力后所剩余的外压力，称为有效外压力。对外挤压力分析计算也就是要分析计算其有效外压力。有效外压力为：
Poe Po Pib
式中
（1）
Poe——有效外压力，MPa； Po——外压力，MPa； Pib——支撑内压力，MPa。分析表明，对于表层套管和技术套管，如在下一井段钻进过程中发生井漏时有效外压力将最大（这时管内压力很小）。但是漏的情况还不一样，对于表层套管，因为其一般下得比较浅，很可能井漏后井内钻井液液面（称为漏失面）在表层套管以下（这种情况称为全漏空，又常称全掏空），这时就没有支撑内压力作用；对于技术套管，一般不会发生全漏空的情况，因此技术套管的下部还有支撑内压力作用。同样是技术套管，在不同地区，井内漏失程度也会有差别，因此有效外压力也会不一样。而对于油层套管，一般在采油后期产层压力降得很低的时候产生最大有效外压力（开发后期可能抽油或气举采油），因为这时套管内的内压力会降得很低。若近似认为内压力为零，则其受载情况与表层套管类似，即为全掏空。 1．外压力对于外压力的计算，很显然，在水泥面（环空内水泥的顶面）以上应按钻井液液柱压力计算。对于水泥封固段，当发生上述最大有效外压力时，管外环空中的水泥已经凝固，水泥环（水泥浆在环空内凝固后的环状水泥石称为水泥环）应有助于套管承受外压力，但难于准确计算，因此从安全角度考虑现场上一般将水泥面以下水泥环段的外压力也按钻井液液柱压力计算。因此，套管柱的外压力计算式为：

套管柱及其强度设计

井身结构，压力剖面等，套管的库存等。
Step2 确定安全系数；
载荷计算的精确性↑ ，安全系数↓ ；计算公式精确性↑，安全系数↓：对于特别情况（如含有腐蚀性气体H2S、CO2）则安全系数需按特殊情况考虑； API规定的安全系数：
◆ API规定，钢级代号后面的数值乘以1000，即为套管（以kpsi为单位）的最小屈服强度。这一规定除了极少数例外，也适应于非API 标准的套管。（1MPa=145.04psi；psi：磅/英寸2）
◆ 只有屈服强度 s 105 psi对H2S提敏感的，但对CO2则影响很小，
可以数年内不破坏，而在H2S～盐的环境中会在一小时内破坏。
• 地质构造力的影响
•
一般情况下，外挤载荷按最危险的情况考虑，即按套管内全部掏空来计算套管承受的外挤载荷。
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
套管内全掏空
载荷
载荷
载荷
井身结构
井深
套管内载荷
井深
套管外载荷
井深
套管内液面
有效载荷
2、外挤压载荷及套管的抗挤强度
（2）套管的API抗挤强度
抗外挤强度是指挤毁套管试件需要的最大外挤压力。套管受外挤作用时，其破坏形式主要是丧失稳定性而不是强度破坏。
1、基本概念
（1）套管的尺寸（又称名义外径、公称直径等）是指套管本体的外径，实际上套管尺寸已经标准化了。
套管尺寸的确定是井身结构设计的重要内容之一，前面已经介绍过。
1、基本概念
（2）套管的钢级 API标准规定套管本体的钢材应达到规定的强度，用钢级表示。
□ 套管钢级由字母及其后面的数码组成，字母没有特殊含义，但数码代表套管的强度。
1、轴向载荷及套管的抗拉强度

api5ct石油套管

API 5CT石油套管化学成分：外径、薄厚、重量偏差长度范围描述：油管标准：API SPEC 5CT、API SPEC 5B、ISO 11960 用途：油管用于油井中抽取石油或天然气。

油管规格：注：P--平头；N--不加厚；U--外加厚；T&C--车螺纹带接箍；I--整体接头。

描述：石油套管标准：API SPEC 5CT、API SPEC 5B、ISO 11960套管规格：注：P--平端；S--短圆螺纹；L--长圆螺纹；B--偏梯形螺纹接箍 Coupling：1、标准接箍 Stabdard Coupling2、特殊间歇接箍 Special Space Coupling3、特殊倒角接箍 Special Bevellde Coupling4、改进型带密封环接箍 API Improved Seal-Ring Coupling(SR13)5、组合接箍或异径接箍 Combination Coupling or Special Diameter Coupling短节或连接管 Pup Joint or Connector：包括所有油套管规格、螺纹或其他组合All Size,thread or their combination of tubing and casing are supplied.尺寸偏差 Dimensions and Tolerances：外径、壁厚、重量允许偏差 Outside Diameter,Wall Thickness and Weight Tolerances:螺纹参数允许偏差 Thread Parameter Tolerances：注a:p---螺距Note 啊：p---Pitch.接箍料常用规格Normal size range of coupling stock套管R-1为4.88～7.62m，R-2为7.62～10.36m，R-3为10.36m至更长。

API套管抗内压标准解析

API套管抗内压标准解析滕学清;朱金智;吕拴录;文志明;秦宏德;董仁;王晓亮;马琰;徐永康;石桂军【摘要】对某油田在套管设计中的套管内屈服压力理解方面遇到的问题进行了调查研究,对API关于套管水压试验压力、套管内屈服压力和套管内压性能试验等标准规定进行了解析,认为API规定的水压试验主要是检查套管管体是否渗漏,并非检查套管接头密封性能。

对套管内压至失效试验结果进行了分析,认为各项参数符合API标准的套管内屈服压力远远高于API TR 5C3规定值,油田应当按照API TR5C3规定的内屈服压力进行套管柱设计,而不是按照静水压试验压力进行套管柱设计。

通过对API TR5C3规定的套管内屈服压力计算公式进行解析,对套管接箍失效事故进行调查研究,认为对套管接箍外壁进行机械加工有利于防止深井和超深井发生接箍失效事故。

建议用户对套管上扣所用螺纹脂、水压试验压力和稳压时间、套管内屈服强度等主要性能严格要求。

【期刊名称】《石油管材与仪器》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】5页(P96-100)【关键词】套管;静水压试验;内屈服压力;接箍【作者】滕学清;朱金智;吕拴录;文志明;秦宏德;董仁;王晓亮;马琰;徐永康;石桂军【作者单位】[1]塔里木油田公司,新疆库尔勒841000;[2]中国石油大学材料科学与工程系,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE931.2API标准规定了套管出厂之前的静水压试验压力和稳压时间，规定了套管内屈服压力。

一般套管工厂都拥有套管水压试验设备，应严格按照API标准对套管逐根进行水压试验。

套管密封能力是保证套管柱密封完整性的关键指标。

为了保证套管柱密封性能，有些油田对到货套管逐根进行了水压试验，但是入井套管柱却多次发生泄漏事故[1]。

API TR 5C3规定了套管内屈服压力计算公式，可以通过对套管进行内压至失效试验来验证套管内屈服压力，由于受实验设备和成本的影响，工厂并非对每种套管都抽样进行内压至失效试验。

API套管抗外挤强度：在弯曲井眼中适用情况的ANSYS分析

力、塑弹性挤毁压力、弹塑性挤毁压力。当（Ｄ／ｔ）（Ｄ／ｔ）时，屈服强度的计算公式为：
抗外挤强度计算没有考虑弯曲的工况，本文利用ＡＮＳＹＳ计算出弯曲对套管抗外挤强度的影响，得出ＡＰＩ套管抗外挤强度计算的适应情况。对于指导套管在弯曲井眼中的抗外挤强度设计具有重要指导意义。弯曲套管的最大应力随着井眼曲率的增加而增加。弯曲率超过４５。／ｈｍ时，ＡＰ套管抗外挤强度已经不合适用，在井眼曲率较小的情况下，ＡＰＩ套管抗外挤强度基本能满足应用需求。
邢卫峰，熊青山，殷亚琼
（１长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１００；２渤海钻探塔里木钻井分公司，新疆库尔勒８４１０００）
摘要：套管柱在井眼曲率较大的情况下讲产生较大的弯曲应力，弯曲应力在套管外侧产生较大的附加拉应力，ＡＰＩ套管
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｉｇｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｓｓａｎｄｒａｄｉａｌｔｒａｎｓｉｆｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｓｉｎｇｓｔｉｒｎｇｏｃｃｕｒｉｎｔｈｅｃｕｖｅｒｄｐｏｒｔｉｏｎｏｆｈｏｉｒｚｏｎｔｌａｗｅｌｌｗｉｔｈｌａｒｇｅｂｏｒｅｈｏｌｅｃｕｒｖａｔｕｒｅｍｉｇｈｔ：ｂｅｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｔｒｅｎｇｔｈｂｒｅａｋａｇｅａｎｄｄｅｓｔａｂｉｌｉｔｚｉｎｇ．ＡＰＩｃｏｌｌａｐｓｉｎｇｓｔｒｅｎｔｈｇｅｑｕａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｓｔｕａｔｉｏｎｏｆｃｕｖｅｒｄｗｅｌ１．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＮＳＹＳｏｎｔｈｅｃｕｒｖｅｄｐｏｒｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄ

API5CT中J55和K55钢级油套管的产品要求

API5CT标准J55 (37Mn5) 和K55(37Mn5)钢级油、套管的产品要求1.热处理（PSL2和PSL1有区别）PSL1要求：J55和K55方式一样（可轧制态交货）；PSL2要求：J55、K55产品应整体正火或正火加回火，若加厚，应在加厚之后正火或正火加回火。

2.矫直（无区别）3.化学成分（控制无区别）4.拉伸试验（最小抗拉强度有区别）J55：屈服强度379MPa~552MPa ；抗拉强度≥517MPa;K55: 屈服强度379MPa~552MPa ；抗拉强度≥655MPa;由于抗拉强度不同，要求的最小伸长率J55是19%，K55是15%。

5.冲击试验（PSL2和PSL1有区别）管体：PSL1 J55和K55无要求；PSL2 J55和K55要求全尺寸试样横向最小冲击功20J，全尺寸试样纵向最小冲击功27J。

接箍：J55和K55冲击试验必须做，尺寸试样横向最小冲击功20J，全尺寸试样纵向最小冲击功27J。

6.水压试验（无区别）7.壁厚检测（PSL2和PSL1有区别）PSL1：对J55和K55壁厚无测量覆盖要求；PSL2：对J55和K55壁厚测量和记录应对全长进行，自动检测系统覆盖的表面积最好应达到25%。

8.无损检测（PSL2和PSL1有区别）PSL1：对J55和K55钢级管子没有做无损检测的强制要求；PSL2：对J55和K55钢级所有钢管应采用标准10.15.5所规定的一种或多种方法进行检验，以发现钢管外表面和内表面可以接收水平L4的纵向缺欠。

9.标识（色带有区别）J55钢级管体上喷一条明亮绿色带，接箍喷涂明亮绿色，上加一条白色带；K55钢级管体上喷两条明亮绿色带，接箍喷涂明亮绿色，无外加色带。

37Mn5 化学成分。

API油套管

、API油套管：
产品标准： API
5B
质量控
制： ISO9001、API Q1
API许可证号：5CT 0519
API 油套管机械性能:
API油管产品规格：
特别说明：如果订购加厚不带螺纹平端管，可标注为EP,并特别注明
长度范围：范围1：6.10～7.32m（20～24ft）范围2：8.53～9.75m（28～32ft）
接箍型式：可配置API标准外径接箍、特殊间隙接箍、特殊倒角接箍和用户要求的其它型式的接箍。

API套管产品规格
长度范围：我公司按API范围2和范围3交货：
范围2：7.62～10.36m（25～30ft）范围3：10.36～14.63m（34～48ft）
接箍型式：可配置API标准外径接箍、特殊间隙接箍、特殊倒角接箍和用户要求的其它型式的接箍，可根据用户要求生产API标准特殊通径套管。

2、非API 系列油井管产品
产品标准：API 5CT API 5B
NACE MR0175 NACE TM0177 NACE TM0284
墨龙企业标准
产品标准：API SPEC 5D
质量控制：ISO9001 API Q1
供货状态：加厚、热处理后
规格：见下表
2、钢级：E—E75、X—X95、G—G105、S—S135
４：管线管
产品标准：API SPEC 5L
质量控制：ISO9001 API Q1
供货状态：热轧、热处理、成品
注：可根据用户要求生产符合其它标准的输送管。

套管强度计算的理论问题

Abstract : The basic t heory of a p revious researcher was analyzed by using t he reduction to absurdity. The p roblems existing in his deduction were discussed. It is p roved t hat t here is no cont radiction between biaxial st ress ellip se t heory and p ractical loading co ndi2 tio n. The monotone p roperty of multivariate f unction p roved t hat t he maximum st ress st rengt h point exist s on t he inner surface of casing under t he t riaxial st ress co nditions. The fo rmula fo r calculating t he axial st ress of casing was discussed wit h t heo retic deduc2 tio n and calculatio n met hods. The calculatio n case shows t hat t he result of collap se st rengt h calculated by using t he t riaxial st ress cir2 cle t heo ry is bigger t han t hat by ot her t heo ries. Key words : casing st rengt h ; biaxial st ress ellip se t heo ry ; casing design ; axial st ress ; calculatio n formula

套管和油管规范 API

套管和油管规范API-5CT(2006年1月1日第8 版)1.范围1.1 本规范规定了直缝电焊钢管（套管、油管）交货技术条件。

适用于API-5CT PSL1等级第1组中H40、J55和K55三个钢级的技术要求。

1.2本规范所涉及的管子规格大于4½（114.3）但小于10¾（273.05）（代号1）的套管可由购方规定用作油管。

3.2 缺陷按本规范规定拒收产品所依据的足够大的缺欠。

3.3熔炼分析由炼钢厂报告，对代表一个炉批的化学成分分析。

3.4 油管下入井中用作产液和注液的管子。

3.5 第1组H、J、K、N钢级的所有套管和油管。

3.6 代号1规格或规定外径的无量纲代号，可在订购管子时使用。

3.7代号2单位长度重量的无量纲代号，可在订购管子时使用。

API套管强度数据.

注 :API新版本已取消 C75钢种 .STC 短圆扣 LTC 长圆扣 BTC 偏梯扣 103daN=10KN=1T红色为渤海常用API套管强度数据管体抗拉强度 KN 1842 2091 2380 2740 3051 3216 3363 1842 2091 2380 2740 3051 3216 3363 2509 2851 3243 3732 4159 4386 4586 2678 3038 3461 3981 4439 4675 4893 2678 3038 3461 3981 4439 4675 4893 3011 3421 3892 4479 4991 5262 5502 3176 3608 4106 4728 5271 5551 5809 3679 4181 4755 5476 园短扣MPa 28.5 32.6 37.4 43.5 47.3 47.3 47.3 28.5 32.6 37.4 43.5 47.3 47.3 47.3 39.0 44.5 51.0 59.4 66.7 67.8 67.8 41.5 47.5 54.5 63.3 68.8 68.8 68.8 41.5 47.5 54.5 63.3 68.8 68.8 68.8 46.7 53.4 61.2 71.2 77.4 77.4 77.4 49.3 56.4 64.7 75.2 81.4 81.4 81.4 57.1 65.3 74.9 81.4 抗内压扣长扣 MPa 28.5 32.6 37.4 43.5 48.9 49.7 49.7 28.5 32.6 37.4 43.5 48.9 49.7 49.7 抗挤偏梯扣 MPa 28.5 32.6 37.4 43.5 46.4 46.4 46.4 28.5 32.6 37.4 43.5 46.4 46.4 46.4 39.0 44.5 51.0 59.4 63.4 63.3 63.4 强度 MPa 19.9 27.0 35.2 45.6 51.8 54.5 57.1 19.9 27.0 35.2 45.6 51.8 54.5 57.1 22.6 32.1 43.4 57.9 70.6 74.4 77.8 23.4 33.0 45.2 60.8 74.5 79.4 83.0 23.4 33.0 45.2 60.8 74.5 79.4 83.0 24.9 34.7 48.6 66.3 82.0 89.3 93.4 25.6 35.4 50.2 68.9 85.6 94.2 98.6 27.0 36.9 54.3 76.4 推荐上扣扭矩 lb.ft 41.5 47.5 54.5 63.3 71.2 72.3 72.3 41.5 47.5 54.5 63.3 71.2 72.3 72.3 46.7 53.4 61.2 71.2 80.0 81.4 81.4 49.3 56.4 64.7 75.2 81.4 81.4 81.4 57.1 65.3 74.9 81.4 41.5 47.5 54.5 63.3 67.5 67.5 67.5 41.5 47.5 54.5 63.3 67.5 67.5 67.5 46.7 53.4 61.2 71.2 76.0 76.0 76.0 49.3 56.4 64.7 75.2 80.1 80.1 80.1 57.1 65.3 74.9 87.0API套管强度数据管体抗拉强度 KN 6103 6432 6726 4181 4751 5405 6223 6935 7308 7642 2509 2802 3074 3318 3803 2509 2802 3074 3318 3803 3821 4190 4528 5187 3247 4075 4470 4831 5534 3247 4075 4470 4831 5534 3656 4586 5026 5431 6223 3857 4840 5307 5734 6570 4466 5018 5605 6143 6641 7606 5075 5703 6370 园短扣MPa 81.4 81.4 81.4 64.9 74.2 81.4 98.9 111.1 113.1 113.1 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 37.2 40.9 44.1 51.2 31.3 39.6 43.6 47.4 54.7 31.3 39.6 43.6 47.4 54.7 35.2 44.5 49.1 53.2 58.3 37.2 47.0 51.8 56.2 58.3 43.0 48.5 54.5 60.0 65.1 66.7 48.9 55.2 61.9 抗内压扣长扣 MPa 81.4 81.4 81.4 64.9 74.2 81.4 98.9 111.1 113.1 113.1 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 抗挤偏梯扣 MPa 87.4 87.4 87.4 64.9 74.2 85.1 98.9 105.4 105.4 105.4 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 24.3 27.2 30.0 32.5 37.6 37.2 40.9 44.4 51.2 强度 MPa 96.0 106.4 114.1 27.9 39.1 57.5 83.2 105.8 117.8 128.9 13.9 17.722.4 26.8 35.4 13.9 17.7 22.4 26.8 35.4 20.6 25.7 31.8 43.8 11.8 21.3 26.3 32.8 45.6 11.8 21.3 26.3 32.8 45.6 11.8 22.4 27.6 34.5 49.1 11.8 22.9 28.4 35.1 50.6 11.8 17.0 23.9 30.5 36.5 54.8 11.8 17.0 24.3 推荐上扣扭矩 lb.ft 31.3 39.6 43.6 47.4 54.7 31.3 39.6 43.647.4 54.7 35.2 44.5 49.1 53.2 58.3 37.2 47.0 51.8 56.2 58.3 43.0 48.5 54.5 60.0 65.1 66.748.9 55.2 61.9 55.2 61.9 48.5 54.5 60.0 63.2 63.2 47.0 51.8 56.2 58.3 44.5 49.1 53.2 61.5 39.6 43.6 47.4 54.7 39.6 43.6 47.4 54.7 9900.0API套管强度数据管体抗拉强度 KN 6984 7549 8643 2798 3180 3563 2798 3180 3563 4857 5320 4070 4626 5182 5676 6219 6757 4070 4626 5182 5676 6219 6757 5827 6383 4831 5498 6152 6739 7384 8020 5596 6365 7126 7802 8549 9288 6357 7233 8096 8865 9715 10556 3794 4279 4755 3794 4279 4755 6486 6930 5520 6223 园短扣MPa 66.7 74.0 85.4 21.6 24.7 27.8 21.6 24.7 27.8 37.9 41.6 31.4 35.9 40.4 44.5 47.4 47.4 31.4 35.9 40.4 44.5 47.4 47.4 45.4 47.4 37.3 42.7 47.4 47.4 47.4 47.4 43.2 49.4 54.2 54.2 54.2 54.2 49.1 54.2 54.2 54.2 54.2 54.2 18.8 21.3 23.8 18.8 21.3 23.8 31.4 31.4 27.4 31.0 抗内压扣长扣 MPa 66.7 74.0 85.4 21.6 24.7 27.8 21.6 24.7 27.8 抗挤偏梯扣 MPa 63.2 74.0 85.4 21.6 24.7 27.8 21.6 24.7 27.8 37.9 41.6 强度 MPa 31.9 38.9 58.2 10.9 14.4 18.6 10.9 14.4 18.6 21.4 27.0 11.9 17.0 22.2 27.7 35.6 43.4 11.9 17.0 22.2 27.7 35.6 43.4 23.4 28.7 11.9 17.8 24.0 29.6 38.5 48.1 11.9 18.0 25.2 31.8 40.5 51.7 11.9 18.0 25.8 33.4 41.9 54.6 7.8 10.6 13.4 7.8 10.6 13.4 15.3 17.9 7.9 11.5 推荐上扣扭矩 lb.ft 31.4 35.9 40.4 44.5 49.0 53.4 31.4 35.9 40.4 44.5 49.0 53.4 45.4 50.0 37.3 42.7 48.0 52.8 58.1 58.3 43.2 49.4 55.6 61.1 66.7 66.7 49.1 56.1 63.2 66.7 66.7 66.7 18.8 21.3 23.8 18.8 21.3 23.8 31.4 35.9 40.4 44.5 49.0 51.4 31.4 35.9 40.4 44.5 49.0 51.4 45.4 50.0 37.3 42.7 48.0 51.4 51.4 51.4 43.2 49.4 51.4 51.4 51.4 51.4 49.1 51.4 51.4 51.4 51.4 51.4 18.8 21.3 23.8 18.8 21.3 23.8 32.5 34.0 27.4 31.0 27.4 31.0API套管强度数据管体抗拉强度 KN 6921 7388 5520 6223 6921 7388 6210 7002 7784 8314 6557 7388 8216 8776 7589 8558 9515 10160 8625 9724 10814 11548 6583 7495 9452 6583 7495 9452 园短扣 MPa 31.4 31.4 27.4 31.0 31.4 31.4 30.8 31.4 31.4 31.4 31.4 31.4 31.4 31.4 35.9 35.9 35.9 35.9 35.9 35.9 35.9 35.9 14.5 16.5 16.5 14.516.5 16.5 抗内压扣长扣 MPa 34.6 37.1 27.4 31.0 34.6 37.1 30.8 34.9 39.0 41.7 32.5 36.8 41.2 44.1 37.7 42.7 47.6 51.0 42.8 48.5 54.1 58.0 14.5 16.5 16.5 14.5 16.5 16.5 抗挤偏梯扣 MPa 34.0 34.0 27.4 31.0 34.0 34.0 30.8 34.0 34.0 34.0 32.5 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 58.0 14.5 16.0 16.0 14.5 16.0 16.0 强度 MPa 15.6 18.4 7.9 11.5 15.6 18.4 7.9 11.5 16.0 19.2 7.9 11.5 16.1 19.4 7.9 11.5 16.1 19.9 7.9 11.5 16.1 19.9 3.6 5.3 10.3 3.6 5.3 10.3 推荐上扣扭矩 lb.ft。

API套管强度设计

3 API 套管强度3.1 API 套管抗挤强度 3.1.1 屈服挤毁强度值当外挤压应力作用在套管管壁上使套管材料达到屈服强度时，管体将会发生塑性变形，此时即被认为不安全。

当管体发生塑性变形时，通过承受均匀载荷的厚壁筒的拉梅公式，可推导出如下 API 屈服强度挤毁公式：当套管的径厚比满足(/)(/)c c yp D D δδ≥时：co 2(/)12[](/)c P c D p Y D δδ-=式中：p co —屈服抗挤强度，MPa ；Y p —套管材料的最小屈服强度，MPa （其值钢号字母后面的数据乘以 6.894757） D c —套管的名义外径，mm ； δ—套管的名义壁厚，mm ；其中：(/)c yp p D δ=4721032.8762 1.5488510 4.480610 1.62110p p p A Y Y Y ---=+⨯+⨯-⨯50.0262337.3410pB Y -=+⨯4273465.93 4.4741 2.20510 1.128510p p p C Y Y Y --=-+-⨯+⨯3.1.2 塑性挤毁强度值当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c yp c c pt D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于塑性强度挤毁，其API 抗挤强度由下式计算。

co 2[]0.0068947(/)P c Ap Y B CD δ=--式中：p co —塑性挤毁强度，MPa ，系数 A 、B 、C 计算同前。

式中（D c /δpt 为塑性强度挤毁与过度强度挤毁临界点的径厚比，当塑性强度挤毁压力等于过度强度挤毁压力时得出塑性挤毁强度与过度挤毁强度临界值的径厚比，用下面公式计算：()(/)0.0068947()p c pt p Y A F D C Y B G δ-=+-其中公式的系数 F ，G 由图解法求的，计算如公式5323/3.23710()2/3/3/[(/)](1)2/2/p B A B A F B A B A Y B A B A B A ⨯+=--++(/)G F B A =3.1.3 过渡挤毁强度值当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c pt c c te D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于过度挤毁（塑弹性挤毁强度），其抗挤强度由下式计算：co [](/)P c Fp Y G D δ=-式中：p co —过度挤毁强度，MPa当过度强度挤毁压力等于弹性强度挤毁压力时，得出过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界值的径厚比，计算公式如下式：2/(/)3/c te B AD B A δ+=3.1.4 弹性挤毁强度值当套管的径厚比满足(/)(/)c c te D D δδ≥时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于弹性挤毁，其抗挤强度由如下式计算：5co 3.23710(/)(/1)c c p D D δδ-⨯=-式中：p co —弹性挤毁强度，MPa式中（D c /δte ）为过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界点的径厚比。

套管强度校核全解

形成裂缝损坏，由于API套管的连接强度
没有考虑弯曲应力，所以设计时应从套管
的连接强度中D扣除E弯曲效应的影响。
Z(-)
max
Tb d
2 180L106
A
Z(+)
二、套管强度
对所用套管系列的统一规定，叫套管规范。规定了套管生产的尺寸、钢级、壁厚、连接方式等；
目前一般使用的美国API套管规范。其规定的有关性能主要有：套管尺寸、套管壁厚、螺纹类型与套管钢级
全。P 所o以b，0.在0支0撑9s外8 w H 压力计算中一般无论是水泥面以
上还是水泥面以下均按地层盐水柱压力计算，即：
2.内压力一、套管外载分析与计算
（3）有效内压力
由上所述，可得套管柱有效内压力的计算方法：
对于表层套管和技术套管： P ie P s 0 .00 (n 9 s 8 w )H
如: N-80---->80*1000Psi 但也有个别例外: S-80----->55Kpsi SS-95---->80Kpsi
二、套管强度
采用非API标准有两种情况：
一是套管的尺寸、钢级与壁厚按照API规范，只是在螺纹连接上采用非API标准的特殊螺纹连接型式，这主要是为了解决螺纹连接的高密封要求问题；
以关于套管内压力的计算有多种方法，常用方法是：
P i Ps0.009 nH 8
一、套管外载分析与计算
2.内压力（1）内压力
确定井口内压力的三种方法是： 1）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。 2）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。
P s0.00(9f 8n)H B
对于气井，井口也有内压力作用于套管。当考虑气体自重及

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3API 套管强度
3.1 API 套管抗挤强度 3.1.1屈服挤毁强度值
当外挤压应力作用在套管管壁上使套管材料达到屈服强度时，管体将会发生塑性变形，此时即被认为不安全。

当管体发生塑性变形时，通过承受均匀载荷的厚壁筒的拉梅公式，可推导出如下 API 屈服强度挤毁公式：
当套管的径厚比满足(/)(/)c c yp D D δδ≥时：
co 2(/)1
2[
]
(/)c P c D p Y D δδ-=
式中：p co —屈服抗挤强度，MPa ；
Y p —套管材料的最小屈服强度，MPa （其值钢号字母后面的数据乘以
6.894757）
D c —套管的名义外径，mm ； δ—套管的名义壁厚，mm ；
其中：
(/)c yp p D δ=
472103
2.8762 1.5488510 4.480610 1.62110p p p A Y Y Y ---=+⨯+⨯-⨯
50.0262337.3410p
B Y -=+⨯
4273
465.93 4.4741 2.20510 1.128510p p p C Y Y Y --=-+-⨯+⨯
3.1.2塑性挤毁强度值
当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c yp c c pt D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于塑性强度挤毁，其API 抗挤强度由下式计算。

co 2[
]0.0068947(/)P c A
p Y B C
D δ=--
式中：p co —塑性挤毁强度，MPa ，系数 A 、B 、C 计算同前。

式中（D c /δpt 为
塑性强度挤毁与过度强度挤毁临界点的径厚比，当塑性强度挤毁压力等于过度强度挤毁压力时得出塑性挤毁强度与过度挤毁强度临界值的径厚比，用下面公式计算：
()(/)0.0068947()
p c pt p Y A F D C Y B G δ-=
+-
其中公式的系数 F ，G 由图解法求的，计算如公式
53
2
3/3.23710(
)
2/3/3/[(/)](1)2/2/p B A B A F B A B A Y B A B A B A ⨯+=
--++
(/)G F B A =
3.1.3过渡挤毁强度值
当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c pt c c te D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于过度挤毁（塑弹性挤毁强度），其抗挤强度由下式计算：
co [
]
(/)P c F
p Y G D δ=-
式中：p co —过度挤毁强度，MPa
当过度强度挤毁压力等于弹性强度挤毁压力时，得出过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界值的径厚比，计算公式如下式：
2/(/)3/c te B A
D B A δ+=
3.1.4弹性挤毁强度值
当套管的径厚比满足(/)(/)c c te D D δδ≥时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于弹性挤毁，其抗挤强度由如下式计算：
5
co 3.23710(/)(/1)c c p D D δδ-⨯=
-
式中：p co —弹性挤毁强度，MPa
式中（D c /δte ）为过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界点的径厚比。

3.2 API 套管抗拉强度
套管的抗拉强度是套管重要的力学特性之一，套管设计中对套管的抗拉强度应给予重视，轴向上，在轴向力的作用下，套管接箍螺纹与套管管体的抗拉强度不同，一般螺纹的强度小于管体强度，在进行管柱抗拉设计时，应取两者的最小值。

3.2.1 管体抗拉强度
套管管体的抗拉强度是指当轴向拉力达到套管管体钢材的最小屈服强度时的轴向载荷，其 API 计算公式如下：
422
7.85410()y c ci p
T D D Y -=⨯-
式中：T y —管体屈服强度，kN ；
Y p —套管管材的最小屈服强度，MPa ； D c —套管的公称外径，mm ； D ci —套管的公称内径，mm ；
3.2.2套管螺纹接头强度
随着钻井深度的迅速增加，就要求套管能够承受更高的压力，高压的出现，将带来许多问题，由于一般套管的螺纹连接强度低于管体的抗拉强度，所以真正控制套管抗拉强度的并不是套管管体的抗拉强度，而是套管的螺纹联结强度，而且套管的连接是影响施工成败的关键，因而设计和选择时应该对螺纹强度和螺纹连接扣型进行一些必要的考虑。

一般情况下，两段套管之间的联结通常采用螺纹接箍进行联结，API 对这些螺纹联结的形状，技术规范和标准都有明确的规定，API 套管螺纹类型有圆螺纹（包括短圆螺纹，长圆螺纹），梯形螺纹和无接箍联结（见图2-5）。

对于无接箍联结，本文不做讨论，只对最常用的两种连接口型（圆螺纹，梯形螺纹）进行强度的计算说明。

接箍联结都是通过锥形螺纹，在上紧过程中使得在一定的啮合点，接箍和管子螺纹保持完全紧密的结合。

1）圆螺纹连接圆螺纹断裂强度值：
49.510o jp p
T A U -=⨯
圆螺纹滑脱强度值：
0.594
4.999.510(
)0.50.140.14c p p
o jp j j c
j c
D U Y T A L L D L D --=⨯+
++
其中：
22
0.7854[( 3.6195)]
jp c ci A D D =--
式中：T o —接头最小抗拉强度，kN ；
A jp —最末完整螺纹处的管壁截面积，mm 2 L j —螺纹的啮合长度，mm ；
U p —螺纹管材的最小屈服强度，MPa ； D c —套管的公称外径，mm ； D ci —套管的公称内径，mm ；
一般在套管设计计算圆螺纹的联结强度时取上面两公式中的最小值 2）梯形螺纹连接
对于梯形螺纹，一般的失效形式有管体螺纹失效和接箍螺纹失效两种，下面是 API 分别给出的管体螺纹强度和接箍螺纹强度的计算公式。

管体螺纹强度值
49.510[25.623 1.007(1.083/)]
o jp p p p c T A U Y U D -=⨯--
接箍螺纹强度值
49.510o jp c
T A U -=⨯
其中：
22
0.785()p c ci A D D =-
220.785()
c cj cj A D
d =-
式中：A c —接箍截面积，mm 2；
A p —套管截面积，mm ； D c —套管的公称外径，mm ； D ci —套管的公称内径，mm ；
U c —接箍管材的最小屈服强度，MPa ；
一般在设计计算梯形螺纹的联结强度时取上面两公式中的最小值 3.3 API 套管抗压强度
套管抗内压强度是指最小内压力达到钢材屈服极限所需的压力。

套管内压失效形式一般有接箍密封不严造成套管泄露；管体破裂和接箍破裂造成套管失效 3.3.1管体破裂
管体破裂压力是指套管的最小内压力达到管体钢材屈服极限所需的压力，API 明确给出了套管管体抗内压强度的计算公式，又称Barlow 公式，该公式考虑了薄壁管不均匀因素的影响，利用承受内压力的薄壁管周向应力而得的。

20.875(
)p bo c
Y p D δ=
式中：P bo —套管管体抗内压强度（最小内部屈服压力），MPa
D c —为套管的公称外径，并非套管内径；
0.875—考虑壁厚不均匀而引入的系数，公式的导出是通过薄壁筒的周
向力公式。

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