ICS 75.020 CCS E 13
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T 5724—2025
代替SY/T 5724—2008
套管柱结构与强度设计
Design for casing string structure and strength
2025—09-28发布 2026—03-28实施
国家能源局 发布
SY/T 5724—2025
目 次
SY/T 5724—2025
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。
本文件代替SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》,与SY/T 5724—2008相比，除结构调整 和编辑性改动外，主要技术变化如下：
a) 增加了套管附件的定义(见3.10);
b) 套管柱结构设计中增加了腐蚀条件下套管材质选择原则与方法(见4.2),增加了连接扣型设 计要求(见4.3),增加了套管柱下入的要求(见4.8);
c) 套管柱强度设计中增加了套管磨损深度及剩余强度计算方法(见5.1.6);增加了固井、钻进、 测试、增产、生产期间设计载荷条件(见5.2);删除了2008年版的附录A, 将其内容移入套 管强度计算中(见5.1);
d) 更改了套管柱强度设计公式(见5.1.1.2、5.1.1.5、5.1.4,2008年版的6.1.1.1、6.1.1.4、6.1.5);
e) 增加了腐蚀环境下套管材质选用流程(见附录A);
f) 将符号及代号说明移到附录B (见附录B,2008 年版的第4章);
g) 增加了磨损套管剩余壁厚计算方法(见附录C);
h) 更改了套管设计实例(见附录D,2008 年版的附录B)。
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专利的责任。
本文件由石油工业标准化技术委员会石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。
本文件起草单位：中石化石油工程技术研究院有限公司、中国石油天然气股份有限公司塔里木油 田分公司、中国石油集团工程技术研究院有限公司、中海油田服务有限公司。
本文件主要起草人：丁士东、秦星、杨红歧、周仕明、段永贤、于永金、陆沛青、肖伟、于明武。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：
——1995年首次发布为SY/T 5724—1995;
——2008年第一次修订时，并入了SY/T 5322—2000《套管柱强度设计方法》( SY/T 5322—2000 代替的文件及历次版本发布情况为：SY/T 5322—1988《套管柱强度设计推荐方法》)、SY/T 5334—1996《套管扶正器安装间距计算方法》(SY/T 5334—1996代替的文件及历次版本发
布情况为：SY/T 5334—1988《套管扶正器安装间距计算推荐方法》)的内容; ——本次为第二次修订。
SY/T 5724—2025
套管柱结构与强度设计
1 范围
本文件规定了石油、天然气勘探开发过程中套管柱结构设计、套管柱强度设计和套管扶正器安装 位置计算方法。
本文件适用于石油天然气井的各层套管柱及结构设计，其他流体矿产井套管设计可参照执行。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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/T 19831.1 石油天然气工业套管扶正器第1部分：弓形弹簧套管扶正器
GB/T 19831.3 石油天然气工业套管扶正器 第3部分：刚性和半刚性扶正器
GB/T 28911 石油天然气钻井工程术语
SY/T 5083 石油天然气钻采设备尾管悬挂器及尾管回接装置
SY/T 5088 钻井井身质量控制规范
SY/T 5106 石油天然气钻采设备 封隔器规范
SY/T 5150 分级注水泥器
SY/T 5374.1 固井作业规程 第 1部分：常规固井
SY/T 5374.2 固井作业规程 第 2部分：特殊固井
SY/T 5412 下套管作业规程
SY/T 5467 套管柱试压规范
SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋
SY/T 5731 套管柱井口悬挂载荷计算方法
SY/T 6952 (所有部分)基于应变设计的热采井套管柱
3 术语和定义
GB/T 28911界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
屈服挤毁强度 yield collapse strength
使套管内壁上产生最小屈服应力的外压力值。
3.2
塑性挤毁强度 plastic collapse strength
套管在塑性挤毁范围内的最小挤毁压力值。
3. 3
过渡挤毁强度 transition collapse strength
套管从塑性到弹性过渡区的最小挤毁压力值。
3.4
弹性挤毁强度 elastic collapse strength
套管在弹性挤毁范围内的最小挤毁压力值。
3.5
螺纹连接强度 joint strength of casing
使套管接箍螺纹滑脱或断裂的最小轴向载荷。
3.6
二维井眼 two dimensional well bore
只有井斜角随井深变化而井斜方位角不变的井眼。
3.7
三维井眼 three dimensional well bore
井斜角和井斜方位角都随井深变化的井眼。
3. 8
套管扶正器安装间距 setting interval of casing centralizer
相邻两套管扶正器中点间的套管长度。
3.9
套管最大偏心距 maximum casing eccentric distance
相邻两扶正器之间套管中心轴线相对于井眼中心轴线最大的偏移距离。
3.10
套管附件 casing accessories
安装在套管柱上的附件，包括浮鞋 (引鞋)、浮箍、套管碰压座、盲板、泥饼伞、趾端滑套、漂 浮接箍等。
4 套管柱结构设计
4.1 设计原则
满足钻井作业、增产改造和油气层开采等后期作业的工艺要求，保证井的全生命周期内套管柱完 整性。
4.2 套管选择
4.2.1 套管材质宜选择高强度碳钢材质满足井下要求;套管接触腐蚀介质时，应采用具有防腐蚀的套 管材质。
4.2.2 腐蚀介质为CO₂的套管应根据CO₂ 分压值、生产速度、井的寿命、失效损失程度等选择满足 抗全面腐蚀和局部腐蚀要求的套管材质。
a) CO₂分压小于0.021 MPa, 宜采用碳钢或低碳合金钢;
b)CO₂ 分压不小于0.021 MPa, 宜采用铬钢或镍钼合金钢等耐蚀材质。
4.2.3 腐蚀介质为H₂S的套管应根据H₂S分压值、井底温度等选择满足抗全面腐蚀和点蚀要求的套管 材质。
a) H₂S分压值小于0.34kPa, 可不考虑H₂S 腐蚀，但设计套管屈服极限宜不大于965.3 MPa;
SY/T 5724—2025
b)H₂S 分压不小于0.34kPa 且小于0.01 MPa时，宜选用高铬钢;
c) H₂S分压不小于0.01 MPa, 宜选用钛合金、镍钼合金钢等耐腐蚀材质;
d) 井下温度高于93℃的井段，可不考虑H₂S 对套管柱的腐蚀。
4.2.4 腐蚀介质为CO₂和H₂S 混合的套管选择：防 CO₂和H₂S 混合腐蚀的套管应选择耐蚀合金钢或 钛合金、镍基合金等耐腐蚀合金。
4.2.5 不同腐蚀环境下常用套管材质选用流程见附录A。
4.2.6 热采井、工作环境温度高于200℃的井，宜根据SY/T 6952的要求选择套管材质。
4.2.7 环境温度低于-20℃,宜选择低温冲击韧性满足要求的套管材质。
4.2.8 需要保温隔热的套管，可设计为双层真空套管或具有隔热涂层的套管。
4.2.9 钻头尺寸与套管环空间隙小于19 mm 的井眼，宜选择直连型套管、无接箍套管或接箍壁厚小 于标准接箍的套管。
4.3 连接扣型要求
4.3.1 气井的生产套管和生产套管上一层技术套管，宜采用气密封螺纹套管。
4.3.2 金属密封螺纹套管螺纹接头强度应满足最小安全系数要求。
4.3.3 特殊环境条件下选用的套管特殊螺纹接头，应依据实际工况明确抗粘扣、复合承载能力、密封 性能及耐蚀性的要求，包括但不限于如下情况：
a) 温度超过180 ℃的生产井所用的螺纹接头;
b)H₂S 分压不小于0.34 kPa的井所用的螺纹接头;
c) 无接箍套管、直连式套管或接箍壁厚小于标准接箍的螺纹接头。
4.4 套管柱附件
4.4.1 主要套管柱附件性能应满足：
a) 分级注水泥器应符合SY/T 5150的规定;
b) 尾管悬挂器应符合SY/T 5083的规定;
c) 套管扶正器应符合GB/T 19831.1和 GB/T 19831.3的规定;
d) 浮箍、浮鞋应符合SY/T 5618的规定;
e) 套管外封隔器应符合SY/T 5106的规定;
f) 内管法注水泥浮鞋浮箍应符合SY/T 5618的规定;
g) 套管碰压座应满足施工中最大冲击压力需求;
h) 水泥伞、泥饼刷应满足最大井径需求。
4.4.2 漂浮接箍使用要求应满足：
a) 漂浮接箍的外径不应大于套管接箍外径，通径不应小于套管通径;
b) 本体抗内压强度、抗外挤强度、整体抗拉强度应不小于套管强度;
c) 漂浮接箍隔离承压能力应不小于其以上静液柱压力值及附加值;
d) 套管下完灌满钻井液后，漂浮接箍破裂盘销钉剪切压力附加值依据套管尺寸宜可调。
4.5 套管柱结构类型
主要注水泥方式的套管柱结构类型见表1。
4.6 安装要求
4.6.1 安装前对附件应按4.4的要求进行检查。
表1不同注水泥方式套管柱结构
4.6.2 连接在套管柱上的附件螺纹扭矩应上至同规格套管推荐的最佳扭矩。
4.6.3 技术套管自浮鞋至碰压座以上1根套管螺纹应粘固。
4.6.4 水泥伞、泥饼刷和扶正器应有可靠的限位装置;水泥伞、泥饼刷的上、下位置应分别安装扶 正器。
4.6.5 尾管回接插头以上3～5根套管处宜安装扶正器。
4.6.6 分级注水泥器安装在井眼规则、井斜较小、地层稳定的裸眼井段或上层套管内，其上、下位置 应安装扶正器。
4.6.7 套管外封隔器的安装位置应满足以下要求：
a) 井斜较小、地层稳定、井眼规则、井径小于其最大可封井径;
b) 当用于防止复杂地层水泥浆漏失或地层流体窜流时，安放在复杂地层上部第一段具备上述条 件的井眼处;
c) 当用于层间封隔时，应安放在两分隔层之间具备上述条件的井眼处;
d) 其上、下位置应分别安装一个扶正器。
4.6.8 尾管悬挂器安装应符合SY/T5083 的规定。
4.6.9 扶正器安装应符合第6章的规定。
SY/T 5724—2025
4.6.10 旋转尾管固井应校核送入钻具和套管的抗扭强度。旋转扭矩不应大于送入钻具额定扭矩的 80%,且应低于套管的额定上扣扭矩。
4.6.11 直连型套管、无接箍套管或接箍壁厚小于标准接箍的套管，安装套管扶正器时应有可靠的限 位装置。
4.6.12 浮鞋与浮箍之间的最小间距应符合SY/T 5374.1和SY/T 5374.2的规定。
4.7 附件强度
连接在套管柱上的附件(如分级注水泥器、尾管悬挂器、套管外封隔器、套管鞋、浮鞋、浮箍、 尾管悬挂器坐落箍、内插管注水泥浮箍等),其强度校核应符合第5章的规定。
4.8 套管下入要求
4.8.1 套管下入要求应满足SY/T 5412的规定。
4.8.2 应制定下套管前准备措施、下套管操作措施、下套管异常情况应急处置预案，保障套管安全下 入到设计井深位置。
4.8.3 套管下入应进行安全校核，通井钻具的刚度应大于套管串最大刚度。
4.8.4 采用漂浮接箍下套管方式应通过摩阻计算优化漂浮接箍的位置。
4.8.5 对于最小屈服强度超过958 MPa的高强度套管及耐蚀合金套管，应使用微牙痕或无牙痕扭矩 大钳。
4.8.6 生产套管使用气密封螺纹的套管，宜逐根进行井口气密封检测。
4.8.7 回接套管固井应控制插入头插人下压吨位在允许范围内。
4.8.8 尾管下入过程中遇阻或中途循环，循环压力不应超过坐挂压力的80%(机械坐挂尾管和平衡液 缸尾管除外)。
4.8.9 井口装置安装应按SY/T 5731执行。
4.8.10 固井注水泥结束后宜按SY/T 6952.1在井口对套管施加拉伸应力。
5 套管柱强度设计
5.1 套管强度计算
5.1.1 抗挤强度
5.1.1.1 套管抗挤强度与套管所受拉伸应力、套管的径厚比、性能有关，套管抗挤失效形式包括屈服 挤毁、塑性挤毁、过渡挤毁、弹性挤毁。
5.1.1.2 屈服挤毁强度：
当D.Iδ≤(D.Iδ) 时 ：
…………………………………(1)
其中：
……(2)
5
注 ：符号解释见附录B,下同。
5.1.1.3 塑性挤毁强度：
当(D./δ)yp≤D. Iδ≤(D./δ)m时：
G= F(B/A) ………………………………… (9)
5.1.1.4 过渡挤毁强度：
当(D.1δ)p≤DIδ≤(D.1δ)te时：
其中：
5.1.1.5 弹性挤毁强度：
当D/δ≥(D.1δ)te时：
5.1.2 抗内压强度
5.1.2.1 管体破裂：
5.1.2.2 接箍泄漏与开裂：
a) 接箍开裂压力设计公式：
…………………………… (12)
…………………………… (13)
其中管材屈服强度Yp(MPa)可用钢级代号(如N-80代号为80)乘以1000除以145得到。
5.1.3.2 圆螺纹连接：
a) 螺纹断裂强度：
………………………………
b) 螺纹滑脱强度：
………………
其中：
4,=0784[2-36195°-p] 取以上两者中的最小值。
5.1.3.3 梯形螺纹连接：
a) 管体螺纹强度：
(17)
(18)
(19)
5.1.4 三轴应力强度
a) 三轴抗挤强度值：
……………………
(24)
b) 三轴抗内压强度值：
5.1.6 套管剩余强度
根据测井资料获得的套管剩余壁厚δ或附录C计算的套管剩余壁厚δ,按5.1中套管强度计算 公式保守计算套管剩余强度。
5.2 有效载荷计算
5.2.1 计算考虑的因素
设计载荷应考虑钻完井、试油、增产、生产与关井过程中外挤、内压、拉伸和压缩载荷外，还应 考虑温度等对载荷的影响。
5.2.2 设计载荷条件
5.2.2.1 套管抗外挤设计应考虑以下各种工况：
a) 固井期间考虑以下工况：
1) 下套管时管内掏空或部分掏空，管外载荷为钻井液液柱压力;
2) 水泥浆全部进入环空后，管内平衡压力为替入管内的顶替液，管外载荷为固井工作液液柱压力;
SY/T 5724—2025
3)反挤水泥施加的压力或环空憋压候凝压力加上管内外密度差引起的外挤载荷。
b) 钻进期间管外为地层孔隙压力，管内考虑以下工况：
1)下一开次钻井液密度降低;
2)井漏导致井内液面降低，造成管内部分掏空;
3)抽汲效应引起管内压力降低;
4)气井井筒内充满地层流体。
c) 测试、增产、生产期间考虑以下工况：
1)生产后期产层压力衰竭后管内掏空或部分掏空，管外为地层孔隙压力;
2)套管密闭环形空间温度升高引起环空压力增大;
3)射孔时瞬时动态负压，管外为地层孔隙压力;
4)盐岩层和软泥岩层宜根据地层蠕变情况考虑外载。
5.2.2.2 套管抗内压设计应考虑以下各种工况：
a) 固井期间工况：注水泥碰压及碰压后立即对套管试压引起的最高内压力，管外平衡压力为固 井工作液液柱压力。
b) 钻进期间管外平衡压力为地层孔隙压力，管内考虑以下工况：
1)套管试压与地破试验;
2)发生溢流时的最高关井压力;
3)控压钻进期间井口回压的影响。
c) 测试、生产、关井期间管外平衡压力为地层孔隙压力，管内考虑以下工况：
1)测试关井恢复压力;
2)生产油管泄漏，导致生产层压力施加到井口。
d) 压裂增产期间工况：压裂工作液和井口施工压力对套管施加的内压力，管外平衡压力为地层 孔隙压力。
5.2.2.3 套管抗拉设计应考虑以下各种工况：
a) 固井期间工况：
1)套管的浮重，浮力考虑为分布力，均匀分布在沿垂直方向的各断面处;
2)下套管时井漏;
3)处理套管阻卡时的过提拉力;
4)水泥浆泵至管鞋处尚未进入环空时增加的轴向力;
5)碰压时给套管施加的附加拉伸载荷。
b) 钻进、测试、压裂增产、生产期间温度效应引起管柱轴向力变化。
5.2.2.4 高温井、热采井应考虑温度引起附加应力。
5.2.3 有效内压力
5.2.3.1 地层流体为气体的井：
a) 表层套管和技术套管最大载荷法：
——按下一开次使用的最大钻井液密度计算套管鞋处的最大内压力，即：
Pos=0.00981pmH₅ ………………………………(32)
—任意井深处套管最大内压力：
………………………………
(33)
——有效内压力：
Pbe=Pom-0.00981p.h …………………………………(34)
b) 生产套管和生产尾管：
—— 按套管内充满天然气考虑，即任一井深的最大内压力为：
c) 表层与技术套管在低产油井可采用预设井涌量法：气体充满井筒的上部，下部由钻井液充满， 气体高度除以整个井眼的高度即为井涌量。气液界面处压力为：
Pmg=Po-0.00981p(H₅-Hmg)
其他位置内压力及有效内压力计算同前。
5.2.3.2 地层流体为液体的井：
a) 表层套管和技术套管：
——任一井深的套管最大内压力：
Pon=P₃+ 0.00981pmxh
——有效内压力：
Poe=Po-0.00981p.h
b) 生产套管和生产尾管：
——对不用油管生产的按公式(40)计算最大内压力：
……………………………(37)
5.2.3.3 定向井：定向井有效内压力应将斜直段和弯曲段的测量深度换算为垂直井深计算。
5.2.4 有效外挤力 对于直井：
a) 表层套管和技术套管：
5.2.5.2 二维井眼：
a) 造斜井段，管柱和下井壁接触(N>0):
Ta+=(T 。-Asinβ-Bcosβ)=4-)+Asin βH+Bcos β+ 其中：
b) 造斜井段，管柱和上井壁接触 (N<0):
……………
(51)
Te+=(T 。+Asinβ-Bcosβ)e(9-)-AsinβH+BcosP+ ……………(52)
c) 降斜井段：
Ta+=( Ta+Acosa₂+Bsina,)e ⁴(--5) Acosa₄-BsinαH1
d) 稳斜井段：
Te:+1=T+q:(cosa+μsinα)(L-L+1)
5.2.5.3 三维井眼：
T.+=T+[△L,/cos(θ/2)][ cosa+μ(f+f )]
5.2.5.5 轴向动载荷设计公式：
5.3.2 热采井套管设计时，应考虑套管和水泥受温度的影响。
5.4 含H₂S、CO₂ 井
含H₂S 、CO₂井应选择相应材质的套管，强度设计和校核方法同常规井。
5.5 套管柱强度设计方法
5.5.1 安全系数：抗挤安全系数S=1.000～1.125, 抗内压安全系数S=1.050～1.150, 抗拉安全 系数S=1.400～2.000 ( 其中API 螺纹和类API 螺纹S=1.600～2.000, 气密封螺纹S=1.400~ 2.000),三轴应力屈服强度安全系数S=1.125～1.250。
5.5.2 设计原始数据见表2。
表2设计原始数据
5.5.3 套管性能参数见表3。
表3套管性能参数
5.5.4 设计方法及步骤：先按抗挤强度自下而上进行设计，同时进行抗拉强度和抗内压强度校核。当
SY/T 5724—2025
设计到抗拉强度或抗内压强度不满足要求时，选择比上一段高一级的套管，改为抗拉强度或抗内压强 度设计，并进行抗挤强度校核，一直到满足设计要求为止。
a) 确定第一段套管的钢级和壁厚：依据井类型、套管开次及地质条件，选择载荷条件和掏空系 数，计算该段套管所受最大外挤载荷(套管鞋处),并通过计算得到套管最大有效外挤应力 Pel, 根 据Pcal ≥S. · Pcel的原则，选择第一段套管的钢级和壁厚，用前述套管强度公式计算或 查出套管强度，列出套管性能参数表(见表3)。
b) 确定第一段套管的下入长度L₁: 第一段套管下入的长度L₁ 取决于第二段套管的下入深度H₂。 因此第二段套管应选比第一段套管强度低一级套管(钢级或壁厚低一级)。第二段套管的下入 深度H₂用公式(67)确定：
其中：
………………………………
(67)
a=C²-GC₃+C? b=GC₂-2C₂C
c=C²-1
或n ≥3,
第一段套管的下入长度L 为 ：
L=H₁-H₂ ……………………………………(68)
SY/T 5724—2025
c) 对第一段套管顶部进行抗内压强度校核：按前述三轴抗内压公式计算出第一段套管顶部的三 轴抗内压强度Pm 及有效内压力Phe₁, 则第一段套管的抗内压安全系数：
S₁=Pba/Pbel ……………………………………(69)
如果S₁≥S, 则满足要求，否则选择高一级的套管改为抗拉设计。
如果S₁≥S, 则满足要求。按上述步骤继续设计第二段、第三段等，直到设计井深为止。
按上述抗挤设计到第n 段套管时，如果抗拉强度或抗内压强度不满足，则应选用高一级的套管， 改为抗拉强度设计该段套管。
e) 按套管抗拉强度计算该段套管的下入长度Lon。
f) 计算三轴应力下该段套管的下人长度Lan。
计算出L 及L 后，如果 ≤0.01,则Lₙ=L; 否则重复上述计算，直到
为止。然后进行该段套管抗内压和抗挤强度校核，直到满足设计井深为止。
5.5.5 生产套管设计时宜留出磨损、腐蚀余量，设计安全系数在具备条件时宜高于推荐最低安全 系数。
5.5.6 套管压裂井、蠕变性地层等优先采用低径厚比套管。
5.5.7 定向井套管柱强度设计时应先按垂深依5.5.4计算每段套管下入长度，再将下入长度转换为对 应的井段长度。
5.5.8 套管柱强度设计实例参见附录D。
6 套管扶正器安装位置计算方法
6.1 套管扶正器性能要求
6.1.1 弹簧片型套管扶正器
弹簧片型套管扶正器性能要求见GB/T 19831.1。
6.1.2 刚性套管扶正器性能要求
刚性和半刚性扶正器性能要求见GB/T 19831.3。
6.2 套管扶正器安放间距确定原则
套管外扶正器安装间距的确定原则是：套管最大偏心距小于或等于套管许可偏心距，即：
6.3 套管柱最大偏心距计算公式
6.3.1.2 简化公式：
该简化计算公式基于下述两点：
a) 套管扶正器载荷挠度曲线可按近似公式S=KP计算，其精确公式为S=F(P)。
b)T。值远大于WLcosa/ 2。
6.3.2 刚性扶正器
6.3.2.1 精确公式：
a) 当相邻的两扶正器都是刚性扶正器时：
b) 当相邻的两扶正器一只是刚性扶正器，另一只为弹性扶正器时：
………………………
(90)
………………
6.3.2.2 简化公式：
a) 当相邻的两扶正器都是刚性扶正器时：
…(92)
b) 当相邻的两扶正器一只是刚性扶正器，另一只为弹性扶正器时：
6.4 6.4.1
计算公式使用说明
计算步骤
…(93)
p
在进行全井或某一井段的套管扶正器安装间距设计计算时，从下往上逐跨进行设计计算。
本文件的计算公式是套管扶正器安装间距的隐函数表达式，因此在进行某一跨的间距设计时，需 采用逐步逼近的试算法。计算步骤为(以弹簧片型套管扶正器精确公式为例):先试取一个间距L 值 ，计算出上扶正器处的井眼井斜角a₂ 和方位角φ2(注意：这时下扶正器处的井眼井斜角a₂和方位 角φ2及轴向力T₂ 均是已知的),然后从公式(83)～公式(74)逆向逐式计算直至计算出套管最大 偏心距emax, 将其与套管许可偏心距[e] 进行比较，当emx小于[e] 时，适当增大L₃再计算，反之减 少L 再计算(注意：改变L₅ 时a₂、φ2均要重新计算),直到emx 与[e]的相对误差满足工程精度要求 (通常为5%)为止，这时的Ls值就作为确定的该跨套管扶正器安装间距值。
6.4.2 弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线函数式
精确公式中套管扶正器载荷挠度曲线函数式F(P), 应根据不同井眼一套管尺寸组合按GB/T 19831.1给出的方法测定套管扶正器的载荷挠度数据，然后根据该试验数据回归得出。
6.4.3 弹簧片型套管扶正器压缩变形弹性系数
简化公式中套管扶正器载荷挠度弹性系数K, 可按套管扶正器载荷挠度曲线数据线性回归得出。
6.5 示例
套管扶正器安装间距计算与弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线示例见附录E。
SY/T 5724—2025
附 录 A
(资料性)
腐蚀环境下套管材质选用流程
腐蚀环境下套管选材分析图如图A.1所示。
H.S分压，MPa
图A.1 腐蚀环境下套管选材分析图
腐蚀环境下套管材质选用流程见图A.2。
图 A.2 腐蚀环境下套管选材流程图(来源： Q/SY 01037《高温高压及高含硫井完整性设计规范》)
附 录 B (规范性) 符号及代号
表B.1 规定了套管强度设计所使用符合及代号，表B.2 规定了扶正器设计所使用符合及代号，
表B.3 规定了套管磨损深度计算所使用的符号和代号。
表B.1套管强度设计符号及代号
表B.1(续)
表B.1(续)
表B.1(续)
表B.1(续)
表 B.1 (续)
表B.2扶正器设计符号及代号
表B.2(续)
表B.3套管磨损深度计算符号及代号
SY/T 5724—2025
附 录 C
(资料性)
磨损套管剩余壁厚计算
钻杆与套管间相互摩擦运动所消耗的功大部分将转化成热量消散在钻井液中，剩余能量将消耗在 套管磨损上。这部分能量由于超过套管承受能力，将使套管脱落形成磨屑。磨损消耗的能量等于滑动 摩擦力与相对滑动距离的乘积，而实际产生磨损深度的能量等于磨损能量乘以磨损效率。对于单位长 度套管磨损而言，磨损量即磨损面积Sa,可记为：
Sa=WμN△L …………………………………(C.1)
△L为钻杆与套管的相对位移，由于钻杆起下运动对套管磨损影响较小，套管磨损主要是由钻杆 旋转造成的，为此相对位移可表示为：
ML=2πan-t
其中运动时间t₀ 可由钻进井段长度与钻速确定。
…………………………………(C.2)
图 C.1 月牙形套管磨损截面
假设钻杆在套管上的磨损面积为月牙形，则磨损面积和磨损深度之间的关系为：
中间参数a 和b 的计算式为：
………………………(C.3)
a=h+r-r
……………………………(C.4)
将钻进距离散为一系列小距离，在每个小距离内假设钻杆接触力均匀分布，基于5.2.5.3中的侧 向力计算公式(57)可计算钻杆接触力，基于公式( C.1)～ 公式(C.4) 利用二分法可计算套管磨损 深度，则一定钻进时间ta内套管剩余壁厚可表示为套管原始壁厚减去磨损深度。需注意在磨损深度计 算中，磨损系数是未知的，需根据室内实验确定或利用现场套管内壁测井数据，根据最大磨损深度的 计算值和测量值反演计算确定。为此可基于区块套管内壁测井数据，反演磨损系数，建立区块套管磨 损系数推荐值。
常用套管钢级对应的磨损系数见表C.1。
表C.1常用套管钢级对应的磨损系数
附 录 D
(资料性) 套管设计实例
D.1 直井
D.1.1 表层套管
设计原始数据见表D.1。
表D.1表层套管设计原始数据
a)抗挤设计：
初步选C-95 壁厚12.19mm 的套管，其套管参数见表D.2。 表D.2套管参数
抗挤安全系数：Se=16.065/15.93=1.008>1.00, 满足要求。
b) 抗内压强度设计：
套管鞋最大内压力为：Pb₅=0.00981×1.45×3500=49.79(MPa)。 井口内压力为：P =49.79/e1150+35055=40.17( MPa)。
抗内压安全系数：S₁=31.37/40.17=0.78<1.10, 不满足要求。
如果预设井涌量为40%,则气液界面为：0.4×3500=1400(m), 此处压力为：49.79-0.00981×
1.45×(3500-1400)=19.92(MPa), 井口内压力为：Pn=19.92/e¹1 50⁻×1400×055=18.28(MPa)。 抗内压安全系数：S=31.37/18.28=1.72>1.10, 满足要求。
c) 抗拉强度设计：
井口拉力：Te=0.00981×101.2×1500×(1-1.25/7.85)=1252(kN)。
抗拉安全系数：S₁=4955/1252=3.96>1.80, 满足要求。
表层套管设计结果见表D.3。
表D.3表层套管设计结果
D.1.2 技术套管
设计原始数据见表D.4。
表D.4技术套管设计原始数据
a) 抗挤强度设计：
套管鞋处有效外压力：Pa=0.00981×[1.45-(1-0.65)×1.30]×3500=34.16(MPa)。 管内钻井液面处有效外压力：Pce=0.00981×1.45×0.65×3500=32.36(MPa)。
选择第一段套管性能参数见表D.5。
表D.5第一段套管性能参数
套管抗挤安全系数：S=36.54/34.16=1.07>1.00, 满足要求。
管内液面深度：0.65×3500=2275(m); 此处的轴向拉力：(3500-2275)×(1-1.45/7.85)× 69.94×0.00981=685.2(kN); 套管横截面积： (3.14/4)×[244.5²-(244.5-11.99×2)²]=8758.116 (mm²); 轴向应力：685.2×1000/8758.116=78.24(MPa); 材料最小屈服强度：110×6.894757=785.4 (MPa); 考虑轴向力影响的三轴抗挤强度，算得有效抗挤强度：35.38(MPa)。
抗挤安全系数：S=35.38/34.16=1.035>1.00, 满足要求。
b) 抗拉强度设计：
最大拉力：3500×(1-1.45÷7.85)×69.94×0.00981=1957.8(kN)。
抗拉安全系数：S₄=5395.7÷1957.8=2.76>1.70, 满足要求。
c) 抗内压强度设计：
井底最大内压力为：P=0.00981×1.55×4500=68.42(MPa)。
井口内压力为：P=68.42/e ¹155×20⁻×450×055=51.92(MPa)。
抗内压安全系数：S=65.08/51.92=1.25>1.10, 满足要求。
套管鞋处内压力:Pe=68.42/e¹-1155×1⁻⁴×(4500-5oo)~0.55=64.35(MPa)。
套管鞋处有效内压力：64.35-0.00981×1.05×3500=28.3(MPa)<48.57(MPa)。
技术套管设计结果见表D.6。
表D.6技术套管设计结果
D.1.3 生产套管
设计原始数据见表D.7。
a) 抗挤强度设计：
表D.7生产套管设计原始数据
选择第一段套管性能参数见表D.8
表D.8第一段套管性能参数
套管抗挤安全系数：S 。=56.54/55.73=1.01>1.00, 满足要求。
b) 抗拉强度设计：
最大拉力：4500×(1-1.50/7.85)×47.62×0.00981=1700.5(kN)。 抗拉安全系数：S=2815.7/1700.5=1.66>1.65, 满足要求。
c) 抗内压强度设计：
井底最大内压力为：P=0.00981×1.50×4500=66.22(MPa)。 井口内压力为：(MPa)。
抗内压安全系数：S=58.54÷50.24=1.17>1.10, 满足要求。 生产套管设计结果见表D.9。
表D.9生产套管设计结果
SY/T 5724—2025
D.2 定向井生产套管设计
定向井剖面如图D.1 所示。图D.1 中，造斜点垂深V₆=1000.0m, 总垂深V₁=3150.0m, 水平位 移H₁=3151.0m, 造斜率θ=3°/30m, 造斜终点垂深V.=1496.2m, 造斜终点测深L=1600.0m, 总 测深L=4907.6m, 最大井斜角α=60°,曲率半径R=573.0m。
表D.10定向井生产套管设计原始数据
T
图D.1 定向井剖面图
a)抗挤设计：
Pce=0.00981×1.30×3150=40.17(MPa)
选择N-80 壁厚10.36 mm 的套管，其套管参数见表D.11。
套管抗挤安全系数：S₆=48.40/40.17=1.20>1.00, 满足要求。
SY/T 5724—2025
表D.11套管参数
b) 抗拉强度设计：
单位长度有效重量：9.81×43.16×(1-1.25÷7.85)=356.0(N/m)。
稳斜段上端的拉力：T.=356.0×[cos(60°)+0.40×sin(60°)]×(4907.0-1600.0)=996.4(kN)。
造斜段轴向力计算系数：
B=-356.0×573.0×[(1-0.4²)(1+0.42)]=-147715。
造斜点处拉力：T=99 6400+140681xsin(30°)+147715×cos(30°)xe⁴×(-12-6)-140681×sin(90°)-
147715×cos(90°)=1675.5(kN)。
井口处拉力：Ta=1675500+356.0×1000=2031.5(kN)。
抗拉安全系数：S=2655.6/2031.5=1.30<1.70, 不满足要求。
对于偏梯螺纹，抗拉安全系数：S₁=3007.0/2031.5=1.48<1.70,也不满足要求。
要求抗拉强度超过：1.7×2031.5=3453.6(kN)。
选相同壁厚偏梯螺纹P-110 套管，抗拉强度4132.4 kN, 抗挤强度58.81 kN。
抗拉安全系数：S₁=4132.4/2031.5=2.03>1.70, 满足要求。
抗挤安全系数：Se=58.81/40.17=1.46>1.00, 满足要求。
生产套管设计结果见表D.12。
表D.12生产套管设计结果
D.3 组合套管柱设计
由不同种类套管组成的套管柱称作组合套管柱。以D.1.3为例，把表D.8 所示套管作为第一段套 管，选第二段套管的性能参数见表D.13。
a) 第二段套管的下深计算：
有效外挤压力梯度：0.00981×1.45=0.01422;套管横截面积：8104.12 mm²; 浮力系数：0.816; C₁=5.414×10-⁴;C₂=0.4379;C₃=2.745×10-⁴;a=2.199×10-⁷;b=-3.313×10-⁶;c=-0.8082;
H₂=1925(m); 第一段套管的下入长度：L₁=3500-1925=1575(m)。
SY/T 5724—2025
表D.13第二段套管性能参数
b) 第二段套管的抗拉强度校核：
套管顶部承受的有效拉力：0.00981×0.816×(69.94×1575+64.74×1925)=1879.4(kN) 。由于 第二段套管顶部内外压力都为零，所以，抗拉安全系数：S₄=3669.8/1879.4=1.95>1.7, 满足要求。
c) 第二段套管抗挤强度校核：
第二段套管底部承受的有效拉力：0.00981×0.816×(69.94×1575)=881.79(kN)。
有效外挤压力：0.00981×1.45×1925=27.38(MPa)。
抗挤安全系数：S=26.27/27.38=0.96。
三轴抗挤强度：
三轴抗挤安全系数：23.29/27.38=0.851。
d) 第二段套管抗内压强度校核：
套管外半径：244.5/2=122.25(mm); 套管内半径：122.25-11.05=111.20(mm)。在井口，外压 力为零。有效轴向应力：(1879.4×10³)/8104.12=231.91 (MPa); 材料屈服应力：(4470.5×10³)/ 8104.12=551.63(MPa)。
三轴抗内压强度修正系数：[111.202/(3×122.25⁴+111.20⁴)0-5]×[(231.91+0)/551.63]+ {1-[(3×122.254)/(3×122.25⁴+111.20⁴)]×[(231.91+0)/551.63]2}0.5=1.1065。
三轴抗内压强度：43.64×1.1065=48.29。
抗内压安全系数：48.29/48.57=0.994,不满足强度要求。需要更换较高强度等级的套管，或采取 降低井口内压力的措施。
第二段套管设计结果见表D.14。
表D.14第二段套管设计结果
D.4 其他套管强度设计计算示例
D.4.1 接箍开裂压力
已知，套管外径：244.5 mm, 钢级：N-80, 接箍外径：269.9 mm, 接箍壁厚：11.43 mm, 接箍
材料屈服强度：552.0 MPa。
由公式(14),接箍开裂压力：0.875×[(2×552.0×11.43)÷269.9]=40.91(MPa)。
D.4.2 接箍泄漏压力
已知，套管材料弹性模量：210×10³MPa, 螺纹锥度：0.0625,旋上螺纹扣数：35,螺距： 3.175 mm, 接箍外径：269.9 mm, 节径：241.9 mm。
由公式(15),接箍泄漏压力：210×10³×0.062×35×3.175×[(269.9÷2)²—(241.9÷2)²]÷ [4×(241.9÷2)²×(269.9÷2)²]=593.06(MPa)。
D.4.3 轴向动载荷
已知，套管外径：244.5 mm, 壁厚：11.05 mm, 钢材密度：7850 kg/m³, 在钢材中声波传播速度 5190 m/s, 套管运动速度：0.938m/s。计算得套管横截面积：8104.12 mm²。
由公式(65),轴向载荷：2×7850×5190×0.938×8104.12×10-⁶=619.41(kN)。
D.4.4 等效应力
已知，套管外径：244.5 mm, 壁厚：11.05 mm, 钢 级 ：N-80, 内压：48.57 MPa, 有效轴向 力：1894.2 kN, 材料屈服强度：552.0 MPa。计算得套管外圆面积：46951.30 mm², 套管内圆面积： 38847.18mm², 套管横截面积：8104.12 mm²。
由公式(28),轴向应力：1894.2×10³÷8104.12=233.73(MPa)。
由公式(29),径向应力：-48.57(MPa)。
由公式(30),周向应力：[(46951.30+38847.18)×48.57]÷8104.12=514.21(MPa)。
由公式(27),等效应力：{(-48.57-514.21)²+(514.21-2 33.73)²+[233.73-(-48.57)]2}0.5÷20-5= 487.38(MPa)。
安全系数：552.0÷487.38=1.13。
附 录 E
(资料性)
套管扶正器安装间距计算与弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线示例
E.1 套管扶正器安装间距计算示例
139.7mm 套管柱(单位长度套管在空气中的重力为248.1 N/m) 下入215.9 mm 的井眼。套管柱 下入深度3000m ( 垂深2800 m)。在1500m～1600m 井段井眼井斜变化率为2°/25m (增斜),平 均井斜全角变化率为2°/25m。在1600 m 处(垂深1571 m) 井斜角为25°。注水泥前井内钻井液密
度为1200 kg/m³。使用的139.7 mm 弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线方程式为：
S=F(P)=2.79×10⁻⁵P+7.14×10⁸P²-4.81×10- ¹²P³ ……………(E.1)
式中：
S——扶正器压缩变形量，单位为厘米 (cm)
P——复位力，单位为牛(N)。
计算的套管扶正器安装间距见表E.1。
表E.1套管扶正器安装间距
E.2 弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线示例
图E.1为弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线。
SY/T 5724—2025
复位力P,N
图 E.1 套管弹簧片型套管扶正器载荷挠度曲线
评论