第9期 许志倩等：特殊螺纹套管接头连接性能的安全可靠性分析 .1151. 存在较大的差异；(2)一个基本单元包括若干个套 管体和大致相同数量的套管扣：(3)便于与传统计 4特殊螺纹套管接头连接性能可靠度计算 算方法的衔接，符合工程实际. 实例 3,4套管柱连接系统的安全可靠度计算 某气田某口高压气井井深4530.81m,套管组 将套管柱视为由k个套管接头组成连接系统， 成及其具体参数见表1，地层岩石层序及其性质参 从井口位置算起共有k十1个可靠度计算点 数见表2 各计算点的可靠度为 利用前面分析得到的特殊螺纹套管接头失效载 R-ITR (22) 表1套管组成及其相应参数 式中，B为第个计算点上的套管接头连接可靠度， Table 1 Casing camposition and its corresponding parameters R为第个计算点上第种套管接头连接失效形式 序号外径mm钢级壁厚hmm 井段加 段长m 对应的可靠度. 1 177.8p110 13.72 0-1225.10 1225.10 作为一个串联系统，任何一个计算上点的套管 2 177.8p110 10.36 1225.10-2530.011104.91 接头失效都将导致整个连接系统失效，按串联系统 概率理论，套管柱连接系统的整体可靠度为 3 177.8p1109.19 2530.01-3936.181406.17 177.8N8010.363936.18-4530.81594.63 (23) 表2地层岩石层序及其物性参数 Tab le 2 Rock strata sequence and physical parmeters 序号 层段m 岩性描述 地层倾角() 岩石密度(8m3) 岩石摩擦因数 1 0-1096 泥岩、砂岩、含砾砂岩 30 2.5 0.21 2 1096-1475 砂岩、泥岩为主，夹杂砾岩 30 2.7 0.23 3 1475-3151 泥岩、砂岩 10 2.5 0.33 3151~4540 泥岩、砂岩为主，下部以泥岩、 10 2.3 0.32 油页岩泥灰岩夹细砂岩为主 荷公式，计算得到该气井各级套管对应的临界失效 荷远远大于其他失效形式对应的临界载荷值；特殊 载荷如表3中所列.从表3中的计算结果可以看 螺纹套管接头发生失效的轴向承载能力由大到小排 出：导致特殊螺纹套管接头发生跳扣失效的轴向载 序为螺纹跳扣一螺纹牙剪切接头抗拉. 表3特殊螺纹套管接头各失效形式临界载荷计算结果 Table 3 Critical loads of casng connection's coresponding faihre modes 管体屈服 跳扣失效 接头抗拉强度kN 螺纹牙剪切强度kN 序号 外径mm 钢级 壁厚mm 强度kN 载荷N 管体 接箍 管体 接箍 1 177.8 P110 13.72 5361 14956 5480 3392 5592 5864 2 177.8 p110 10.36 4133 13155 4222 3392 5592 5864 3 177.8 p110 9.19 3693 12375 3772 3392 5592 5864 177.8 N80 10.36 3008 13155 3069 2465 3925 4116 表4为该气井套管柱系统单元划分结果和利用 套管接头可靠度最低：同一井深处套管接头各失效 Monte Carlo方法统计得到的各计算点上的套管接头可 形式对应的可靠度值由大到小排序为螺纹跳扣一螺 靠度，相应的整体可靠度可由公式(23计算得到. 纹牙剪切>管体屈服接头抗拉；由于套管接头的 表4中不同井深位置处不同失效形式对应的套 接箍抗拉强度最低，当管体发生屈服时套管接头已 管接头可靠度计算结果表明：由于套管柱自身重力 经失效，故在对全井套管柱进行安全可靠性评估预 影响套管可靠度从井口到井底逐渐升高，井口处的 测时一定要首先校核接头抗拉强度，第 9期 许志倩等： 特殊螺纹套管接头连接性能的安全可靠性分析 存在较大的差异；（2）一个基本单元包括若干个套 管体和大致相同数量的套管扣；（3）便于与传统计 算方法的衔接‚符合工程实际． 3∙4 套管柱连接系统的安全可靠度计算 将套管柱视为由 ｋ个套管接头组成连接系统‚ 从井口位置算起共有 ｋ＋1个可靠度计算点． 各计算点的可靠度为 Ｒｊ＝∏ 4 ｉ＝1 Ｒｊｉ （22） 式中‚Ｒｊ为第 ｊ个计算点上的套管接头连接可靠度‚ Ｒｊｉ为第 ｊ个计算点上第 ｉ种套管接头连接失效形式 对应的可靠度． 作为一个串联系统‚任何一个计算上点的套管 接头失效都将导致整个连接系统失效．按串联系统 概率理论‚套管柱连接系统的整体可靠度为 ＲＳ＝∏ ｋ＋1 ｊ＝1 Ｒｊ （23） 4 特殊螺纹套管接头连接性能可靠度计算 实例 某气田某口高压气井井深 4530∙81ｍ‚套管组 成及其具体参数见表 1‚地层岩石层序及其性质参 数见表 2． 利用前面分析得到的特殊螺纹套管接头失效载 表 1 套管组成及其相应参数 Ｔａｂｌｅ1 Ｃａｓｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 序号 外径／ｍｍ 钢级 壁厚／ｍｍ 井段／ｍ 段长／ｍ 1 177∙8 Ｐ110 13∙72 0～1225∙10 1225∙10 2 177∙8 Ｐ110 10∙36 1225∙10～2530∙01 1104∙91 3 177∙8 Ｐ110 9∙19 2530∙01～3936∙18 1406∙17 4 177∙8 Ｎ80 10∙36 3936∙18～4530∙81 594∙63 表 2 地层岩石层序及其物性参数 Ｔａｂｌｅ2 Ｒｏｃｋｓｔｒａｔａｓｅｑｕｅｎｃｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 序号 层段／ｍ 岩性描述 地层倾角／（°） 岩石密度／（ｇ·ｃｍ－3） 岩石摩擦因数 1 0～1096 泥岩、砂岩、含砾砂岩 30 2∙5 0∙21 2 1096～1475 砂岩、泥岩为主‚夹杂砾岩 30 2∙7 0∙23 3 1475～3151 泥岩、砂岩 10 2∙5 0∙33 4 3151～4540 泥岩、砂岩为主‚下部以泥岩、 油页岩、泥灰岩夹细砂岩为主 10 2∙3 0∙32 荷公式‚计算得到该气井各级套管对应的临界失效 载荷如表 3中所列．从表 3中的计算结果可以看 出：导致特殊螺纹套管接头发生跳扣失效的轴向载 荷远远大于其他失效形式对应的临界载荷值；特殊 螺纹套管接头发生失效的轴向承载能力由大到小排 序为螺纹跳扣 ＞螺纹牙剪切 ＞接头抗拉． 表 3 特殊螺纹套管接头各失效形式临界载荷计算结果 Ｔａｂｌｅ3 Ｃｒｉｔｉｃａｌｌｏａｄｓｏｆｃａｓｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ’ｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ 序号 外径／ｍｍ 钢级 壁厚／ｍｍ 管体屈服 强度／ｋＮ 跳扣失效 载荷／ｋＮ 接头抗拉强度／ｋＮ 螺纹牙剪切强度／ｋＮ 管体 接箍 管体 接箍 1 177∙8 Ｐ110 13∙72 5361 14956 5480 3392 5592 5864 2 177∙8 Ｐ110 10∙36 4133 13155 4222 3392 5592 5864 3 177∙8 Ｐ110 9∙19 3693 12375 3772 3392 5592 5864 4 177∙8 Ｎ80 10∙36 3008 13155 3069 2465 3925 4116 表4为该气井套管柱系统单元划分结果和利用 ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法统计得到的各计算点上的套管接头可 靠度‚相应的整体可靠度可由公式 （23）计算得到． 表 4中不同井深位置处不同失效形式对应的套 管接头可靠度计算结果表明：由于套管柱自身重力 影响套管可靠度从井口到井底逐渐升高‚井口处的 套管接头可靠度最低；同一井深处套管接头各失效 形式对应的可靠度值由大到小排序为螺纹跳扣 ＞螺 纹牙剪切 ＞管体屈服 ＞接头抗拉；由于套管接头的 接箍抗拉强度最低‚当管体发生屈服时套管接头已 经失效‚故在对全井套管柱进行安全可靠性评估预 测时一定要首先校核接头抗拉强度． ·1151·