ICS 75.180.10 E 92 备案号：48232—2015
SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T6952.1—2014
基于应变设计的热采并套管柱
第1部分：设计方法
Thermal casing string for strain based design-
Part 1 : Design method
2014一10一15发布
2015一03一01实施
国家能源局 发布 SY/T6952.1—2014
目 次
前言
I
范围规范性引用文件 3 ，术语和定义 4. 符号和代号 5设计准则
1
2
设计计算流程套管柱强度设计 7. 1 套管强度计算 7. 2 温度效应 7.3有效外载和强度设计方法 7.4 强度安全系数 8套管柱应变设计 8.1 套管选择 8.2 套管柱外载计算 8.3 套管柱应变计算 8.4 累计应变计算 8.5 应变安全系数附录A（资料性附录）热采井套管柱设计实例
6
L
10 10
11 SY/T 6952.1—2014
前言
SY/T6952《基于应变设计的热采井套管柱》分为以下四个部分：
第1部分：设计方法；第2部分：套管：
一
一第3部分：适用性评价方法；一第4部分：套管螺纹连接本部分为SY/T6952的第1部分本部分按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则 厂第1部分：标准的结构和编写》给出的规则
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本部分由石油管材专业标准化技术委员会提出并归口。 本部分起草单位：中国石油集团石油管工程技术研究院、中国石油新疆油田分公司、中国石油大
学（华东）、中国石油辽河油田分公司。
本部分主要起草人：王建军、韩礼红、谢斌、闫相祯、杨平阁、田志华、钟守明、王航、王刚。
II SY/T 6952.1—2014
基于应变设计的热采井套管柱
第1部分：设计方法
1范围
SY/T6952的本部分规定了稠油蒸汽热采井套管柱设计方法，包括强度设计和应变设计的设计准则、设计计算流程和计算方法。
本部分适用于稠油蒸汽热采井的钻完井，生产过程中套管柱设计计算。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，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。
GB/T2039金属材料单轴拉伸蠕变试验方法 GB/T9253.2石油天然气工业套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验 GB/T19830石油天然气工业油气井套管或油管用钢管 SY/T5724套管柱结构与强度设计 SY/T6952.2基于应变设计的热采井套管柱第2部分：套管 APISpec5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（Threading，gaugingand
thread inspection of casing, tubing and line pipe threads)
APISpec5CT套管和油管规范（Specification for casing and tubing）
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
套管柱强度设计casing string strength design 弹性力学理论为基础的应力设计方法，以套管柱的工作应力小于材料的许用应力作为强度设计准
则，其中许用应力等于屈服强度除以安全系数。 3. 2
套管柱应变设计 casing string strain design 弹塑性力学理论为基础的设计方法，以套管柱的工作应变小于材料的许用应变作为应变设计准
则，其中许用应变等于均匀延伸率除以安全系数
4符号和代号
符号和代号见表1，表1中符号及代号适用于本部分。
1 SY/T 6952.1—2014
表1套管柱设计符号及代号
序号 1 手紧紧密距 2 API挤毁公式中的经验系数 3 接箍横截面面积 4
名称
符号 A A Ajc Ajp Ap Be C. D D ie d d1 E E. Epe E. E, E, Fe f yax fyan Jymn Jyuap fymin fumne fum G. Gp h IzB hv
单位 mm
mm2 mm2 mm* 一
管体大端最后一个完整螺纹处横截面面积
5 管体横截面面积 6 API挤毁公式中的经验系数 7 API挤毁公式中的经验系数 8 管体名义外径 9 弯曲度 (狗腿度) 10 管体名义内径 11 机紧后外螺纹端部接箍螺纹根部的直径 12 弹性模量 13 注汽温度下套管弹性模量 14 注汽温度下套管塑性模量或切线模量 15 密封面中径 16 手紧面中径，见APISpec5B或GB/T9253.2 17 中径，见APISpec5B或GB/T9253.2 18 API挤毁公式的历史经验常数 19 有轴向应力时的等效屈服强度 20 规定最小屈服强度 21 接箍规定最小屈服强度 22 管体规定最小屈服强度 23 注汽温度下的最小屈服强度 24 接箍规定最小拉伸强度 25 管体规定最小拉伸强度 26 API挤毁公式历史经验常数 27 地层压力梯度 28 计算点井深 29 偏梯形螺纹高度，见APISpec5B或GB/T9253.2 30 计算点垂深
mm (°）/30m
mm mm MPa MPa MPa mm mm mm
MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa 一 MPa/m m mm m
圆螺纹等效V型螺纹的螺纹高度，其值如下每英寸27牙：0.815mm；每英寸18牙：1.222mm；
31 每英寸14牙：1.755mm；
H
mm
每英寸11%牙：1.913mm；每英寸10牙：2.1996mm；每英寸8牙：2.7496mm
2 SY/T 6952.1—2014
表1 (续)
序号
符号
单位
名称
手紧位置， 偏梯形螺纹接箍端面到三角底部之间的距离：
Ie Lot L. Li L4 L7 M N n ri r2
32 对4/2in规格为10.16mm；对5in~13%in规格为12.70mm:对大于13%
mm
in的规格为9.52mm
33 有效螺纹长度，其值为L M.见APISpec5B或GB/T9253.2 34 套管下人深度 35 从管端到手紧平面的长度，！ 见APISpec5B或GB/T9253.2 36 管端至消失点总长度，见APISpec5B或GB/T9253.2 37 完整螺纹长度，见APISpec5B或GB/T9253.2
mm m mm mm mm mm
一
圆螺纹套管和油管为从接箍端面到手紧面的长度，见APISpec5B或
38 GB/T 9253. 2 39 上扣螺纹数量 40 注汽轮次 41 套管内半径 42 套管外半径 43 管体名义壁厚 44 管体内屈服强度 45 抗挤强度 46 套管下端的内压力 47 套管下端的外压力 48 套管内压力 49 地面套压 50 注人蒸汽压力 51 套管外压力 52 接箍外径，。 见APISpec5CT或GB/T19830
mm mm mm MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa mm mm
pio peo p; (L.) p。(L) pmi ppic p pis ppo
W p S. S S. Ss S. S'rn Ta T. AT
螺距，对8牙/in圆螺纹套管和油管为3.175mm， 对10牙/in圆螺纹套管和油管为2.540mm，对偏梯形螺纹套管为5.080mm
53 54 抗挤安全系数 55 抗内压安全系数 56 应变安全系数 57 计算应变安全系数 58 抗拉安全系数 59 圆螺纹齿底倒角高度，10牙/in为0.36mm，8牙/in为0.43mm
一
mm mm/mm
基于直径的锥度，对圆螺纹套管为0.0625，对外径小于16in偏梯形螺纹套管为0.0625，对外径大于或等于16in偏梯形螺纹套管为0.0833
60 61 抗拉强度 62 套管温度变化 63 管体名义壁厚
kN ℃ mm SY/T 6952.12014
表1 (续)
序号 64 每轮次注汽时间 65 线性热膨胀系数 66 套管材料均匀延伸率 67 套管泊松比（一般取0.3） 68 地层水密度 69 气体相对密度，标准状况下氮气为0.967 70 套管内流体密度 71 套管质量密度 72 井斜角 73 套管柱许用应变 74 工作应变或累计应变 75 蠕变应变量 76 蠕变速率，与温度和应力有关 77 轴向应变 78 套管柱工作应力 79 套管柱许用应力 80 非弯曲载荷产生的轴向应力 81 弯曲载荷产生的轴向应力 82 总轴向应力 83 热应力
名称
符号 th α 0 4 O Pg Pa P: 0 [e] E2 Ee ee E2 a [] Ca
单位 S ℃-1 % 一 g/cms
g/cm3 g/cm3 (°) % % % %/s % MPa MPa MPa MPa MPa MPa
6 OT
5设计准则
稠油热采井的套管柱设计方法包括套管柱强度设计和应变设计，其基本原理示意图如图1所示。 首先应依据第7章进行套管柱强度设计，然后按照第8章进行套管柱应变设计。强度设计是为了使套管柱满足稠油热采井钻完井过程要求，应变设计是为了使套管柱满足稠油热采生产过程要求
套管柱强度设计准则见公式（1）：
Pha
S Po S. T. [s.
[P he = Pee[]:
(1)
Te
公式（1）中，α为套管柱工作应力，依据SY/T5724计算套管柱所承受的有效内压力Pbe有效外压力Pce、有效轴向力T。（包括弯曲应力）获得；［］为套管柱许用应力，依据第7章计算套管柱抗内压强度Pb、抗挤强度Pco抗拉强度T。并除以7.4规定的相应安全系数后获得。
套管柱应变设计准则见公式（2）：