本文件规定了页岩油气井生产套管柱选用、评价和设计，技术要求，套管工况适用性评价。 本文件适用于页岩油气井用生产套管柱选用和评价，同时适用于含泥岩层段、碳酸盐岩层段套管柱选用和评价。

ICS 75.180.10
CCS E92
中华人民共和国国家标准
GB/T43231—2023
石油天然气工业
页岩油气井套管选用
及工况适用性评价
Petroleum and natural gas industries-Selection and adaptability evaluation ofcasingforshaleoilandgaswells2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-01-01实施
GB/T43231—2023
规范性引用文件
术语和定义
套管柱选用、评价和设计
5.1套管柱选用及评价
套管柱强度设计方法
套管柱应变设计方法
安全系数
技术要求
制造方法
化学成分
拉伸性能
夏比(V型缺口)冲击吸收能
晶粒度
非金属夹杂物
几何尺寸与质量
静水压试验
残余应力
抗挤强度
套管工况适用性评价
适用性评价流程
安装要求
适用性评价技术要求
适用性评价试验程序
附录A（规范性）套管抗剪切性能评价方法附录B（规范性）
套管抗非均匀外挤评价方法
GB/T43231—2023
本文件按照GB/T1.1一2020《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。
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1范围
石油天然气工业
！页岩油气并套管选用
及工况适用性评价
GB/T43231—2023
本文件规定了页岩油气井生产套管柱选用、评价和设计，技术要求，套管工况适用性评价。本文件适用于页岩油气井用生产套管柱选用和评价，同时适用于含泥岩层段、碳酸盐岩层段套管柱选用和评价。
规范性引用文件
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GB/T6394
GB/T9253
GB/T10561
GB/T17745
GB/T18052
GB/T19830
GB/T20657
GB/T21267
3术语和定义
金属平均晶粒度测定法
石油天然气工业套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法石油天然气工业套管和油管的维护与使用套管、油管和管线管螺纹的测量和检验方法石油天然气工业油气井套管或油管用钢管石油天然气工业
套管、油管、钻杆和用作套管或油管的管线管性能公式及计算石油天然气工业
下列术语和定义适用于本文件。3.1
shearstrength
剪切强度
套管及油管螺纹连接试验程序
使套管内壁上产生最小屈服应力的外部剪切载荷值。3.2
最大应变
design strain
地层滑移工况套管径向产生的最大等效应变。3.3
Eallowablestrain
许用应变
套管能承受的最大应变值。
螺纹接头
connection
一个外螺纹与其相连接箍的组合或一个完整接箍。GB/T43231—2023
4符号
下列符号适用于本文件。
ADsmax
F smax
管端截面积，单位为平方毫米（mm2）。接箍截面积，单位为平方毫米（mm2）。最末一扣管壁横截面积，单位为平方毫米（mm2）。套管规定外径，单位为毫米（mm）。管体平均外径，单位为毫米（mm）。水泥环变形量，单位为毫米（mm）。接箍外径，单位为毫米（mm）。套管变形量，单位为毫米（mm）。狗腿度导致套管内通径改变，单位为毫米（mm）。非均匀外挤工况套管径向弹性变形量，单位为毫米（mm）。地层滑移量，单位为毫米（mm）。同一横截面上实测的最大外径值，单位为毫米（mm）。非均匀外挤工况套管允许最大径向变形量，单位为毫米（mm）。同一横截面上实测的最小外径值，单位为毫米（mm）。剪切载荷工况套管径向弹性变形量，单位为毫米（mm）。剪切载荷工况套管允许最大径向变形量，单位为毫米（mm）。由规定外径D和规定壁厚t计算得到的内径，d=D一2t，单位为毫米（mm）。接箍内径，单位为毫米（mm）。壁厚不均度，数值以百分数（%)表示。非均匀外挤工况套管最大变形时对应地层载荷，单位为千牛(kN)。套管非均匀外挤强度，单位为千牛（kN）。套管剪切强度，单位为于牛（kN）。剪切工况套管最大变形时对应地层载荷，单位为千牛(kN)。套管轴向等效载荷，单位为千牛（kN）。螺纹配合长度，mm。
套管应变设计安全系数，
外径不圆度，数值以百分数（%）表示。抗内压强度，单位为兆帕（MPa)。抗挤强度，单位为兆帕（MPa）。弹性挤毁压力，单位为兆帕（MPa)。套管内压，单位为兆帕（MPa）。压裂过程井底最大内压载荷，单位为兆帕（MPa)。压裂过程井底最小内压载荷，单位为兆帕（MPa)。套管外压，单位为兆帕（MPa）。塑性挤毁压力，单位为兆帕（MPa）。屈服挤毁压力，单位为兆帕（MPa）。套管内半径，r；=d/2，单位为毫米（mm）。套管外半径，r。=D/2，单位为毫米（mm）。一温度改变，单位为摄氏度（℃）。Tmax
t cave
t emax
t cmin
E dmax
并下最高温度，单位为摄氏度（℃）。并下最低温度，单位为摄氏度（℃）。抗拉强度，单位为千牛（kN）。圆螺纹连接断裂强度，单位为千牛（kN）。圆螺纹连接滑脱强度，单位为千牛（kN）。偏梯形螺纹连接管体螺纹强度，单位为千牛（kN)。偏梯形螺纹连接接箍螺纹强度，单位为千牛(kN)。套管壁厚，单位为毫米（mm）。实测管体平均壁厚，单位为毫米（mm）。最大套管壁厚，单位为毫米（mm）。最小套管壁厚，单位为毫米（mm）。接箍最小极限强度，单位为兆帕（MPa）。管材最小极限强度，单位为兆帕（MPa）。计算质量，单位为千克（kg）。管材屈服强度，单位为兆帕（MPa）。线膨胀系数，单位为1/℃。
水泥环应变。
许用应变。
一套管允许最大应变。
钻井狗腿度应变。
地层滑移应变。
最大应变。
温度应变。
径向应力，单位为兆帕（MPa）。等效应力，单位为兆帕（MPa）。轴向应力，单位为兆帕（MPa）。环向应力，单位为兆帕（MPa）。5
套管柱选用、评价和设计
套管柱选用及评价
GB/T43231—2023
页岩油气井用生产套管（以下简称“套管”）常规选用应依据GB/T19830、GB/T20657、GB/T9253和GB/T17745，基于此，针对工况依据本文件进行选用。5.1.2根据页岩油气井钻井、固井、压裂和生产等工况对套管柱性能的需求，钻完井工况套管柱应符合强度设计要求；为保证套管柱在高内压循环工况和储层小位移滑动工况下的服役安全性，压裂工况还宜考虑应变设计。
5.1.3套管选用包括管体选用和螺纹选用，均应以满足工况要求为目的。依据工况特点，综合考虑井深、压力、温度、载荷、地质工况和环境介质影响，选用相应种类、规格、质量等级以及特殊要求的套管。5.1.4套管评价除符合GB/T21267要求外，还应按附录A和附录B进行剪切和非均匀外挤载荷下的完整性评价，套管三轴强度校核应按图1中的方法进行。3
GB/T43231—2023
斥缩（-）
说明：
API系数；
等效应力椭圆；
接头螺纹极限；
设计极限。
5.2套管柱强度设计方法
通用要求
内压（+）
外正（一）
图1生产套管三轴强度校核方法
拉仲（+）
页岩油气井钻完井阶段生产套管选用应符合强度设计要求，应进行套管柱单轴强度和三轴强度校核：压裂阶段生产套管应符合应变设计要求。5.2.2单轴强度校核
5.2.2.1抗挤强度
生产套管的抗挤强度应符合表1规定的最小抗挤强度要求，其中P，应按公式（1)计算：『(D/t)-1
P,=2Yp
(D/t)2
Pp应按公式(2)计算：
L(D/t)
式中：
经验系数，为2.8762+0.15489×10-3Y.+0.44809×10-6Y2-0.16211×10-9Y3；经验系数，为0.026233+0.73402×10-4Yp；C——经验系数，为-3.2125+0.030867Y.0.15204×10-5Y,2+0.77810×10-9Y3。Pe应按公式（3)计算：
32.37×104
(D/t) [(D/t)-1]2
（1）
（2）
·（3）
12.53~20.56
表1生产套管最小抗挤强度计算公式钢级
-44.4082p
100-（3.04D/t
t-32.1802p
100+（3.120D/t
抗内压强度
抗内压强度按公式（4)计算：
100-（2.973D/t
100+(3.622D/t-
41.548）
Pho=0.875
5.2.2.3抗拉强度
GB/T43231—2023
100-(4.66D/t-
t-68.111p
100+(5.822D/t
.（4)
圆螺纹套管接头连接强度取套管最后一扣完整螺纹发生断裂、滑脱和接箍断裂之中的最小强度值偏梯形螺纹套管接头连接强度取管体强度及机紧后与管体端部啮合的接箍螺纹根部的断裂强度二者的较小值。
圆螺纹连接断裂强度值按公式（5)计算：T,=9.5×10-A,U,
圆螺纹连接滑脱强度值按公式（6)计算：T. =9.5 ×10-ApL;(6.5L,+ 0.14D+L, +0.14D)Yp
4.99D-0.59U.
其中A按公式（7)计算：
Ap=0.7854[(D-3.6195)2-d2]
偏梯形螺纹连接管体螺纹强度值按公式（8)计算：T：=9.5×10-4A.U.25.623-1.007(1.083-Y./U.)D.其中A.按公式（9)计算：
A.=0.785(D2-d2)
偏梯形螺纹连接接箍螺纹强度值按公式（10)计算：T=9.5×10-4A.U。
其中A。按公式（11)计算：
A。=0.785(D-d)
3三轴强度校核
（5）
（6）
....(7)
（8）bZxz.net
....(9)
...( 10)
（11）
根据VME应力计算，结合轴向应力、环向应力和径向应力进行分析，三轴应力按公式（12)计算：vme
轴向应力按公式（13)计算：
V(,—)+(。)?+()2
元(r—r）
+++++++( 12 )
·.·（13）
GB/T43231—2023
环向应力按公式(14)计算：
径向应力按公式（15)计算：
5.3套管柱应变设计方法
5.3.1通则
rg-rp。
ra-rir?
...（14)
.·..··.( 15 )
在满足压裂工况页岩油气井套管柱强度设计的基础上，应开展应变设计方法研究，套管基于应变设计方法允许套管发生变形，变形后的套管允许井下工具顺利通过。5.3.2最大应变确定方法
影响页岩油气井套管柱变形的因素包括：地层滑移、水泥环物理/力学、套管力学参数等。最大应变emax按公式（16）计算：
Emax =Efo+ET+Ece+e dop
其中εf按公式（17）计算，eT按公式（18）计算，e按公式（19）计算，Edog按公式（20）计算Efo
△Do-△Dde
ET=-AT·
5.3.3套管许用应变确定方法
ea按公式（21)计算：
2·ADc
安全系数
根据页岩油气井生产套管服役工况，生产套管设计安全系数应按表2取值。2页岩油气井生产套管设计安全系数表2
套管抗挤
套管抗内压
套管抗拉伸
套管三轴强度设计
设计系数
..（16）
+.*.*(17)
..........( 18 )
.........(19)
..（ 20)
......(21)
6技术要求
制造方法
制造工艺
套管可用无缝钢管或直缝电阻焊钢管制造。6.1.2
热处理
GB/T43231-2023
热处理工艺包括淬火十回火（Q&T），具体热处理工艺由制造商选择，或者由购方和制造商协商确定。6.1.3材料
套管材料应符合GB/T19830规定
6.1.4矫直
套管应进行矫直处理，宜选择热矫直工艺。如采用冷矫直后应进行残余应力消除。矫直工艺应符合GB/T19830规定。
5检验批
由同一热处理炉，或者同一熔炼炉批或按文件化程序由不同熔炼批组合的、连续热处理制造的同一规格与钢级的管子。
可追溯性
对套管产品应建立完整的溯源体系，根据最终产品管号可确定其生产过程和控制参数。6.2化学成分
套管化学成分应符合GB/T19830要求6.3拉伸性能
6.3.1通则
套管拉伸性能包括屈服强度、抗拉强度和伸长率在拉伸试验中，记录或报告伸长率时，若用条形试样，则记录或报告中应写明试样的公称宽度和标距长度；若用圆棒试样，应写明直径和标距长度；若用全截面试样，应写明试样的状态、长度和标距长度。2强度
屈服强度和抗拉强度要求应符合表3规定。表3力学性能要求
管体及接箍
载荷下的总伸长率/%
屈服强度/MPa
758~999
862~1068
965~1206
抗拉强度/MPa
≥862
≥931
≥1034
伸长率/%
GB/T43231—2023
伸长率
拉伸试样的最小伸长率由拉伸试样横截面积、规定最低抗拉强度计算确定，该最小伸长率对应的标距为50.8mm。
在计算最小伸长率时，三种圆棒拉伸试样（标距内直径为6.25mm、标距长度为25.4mm，标距内直径为8.9mm、标距长度为35.6mm和标距内直径为12.7mm、标距长度为50.8mm）的横截面积应按130mm2进行计算。
套管横截面上各部位硬度应符合GB/T19830，或由购方和制造商协商。夏比（V型缺口)冲击吸收能
夏比冲击试验采用V型缺口试样。母材纵向、横向的夏比冲击吸收能（10mm×10mmX55mm标准试样)应符合表4规定。
夏比冲击试样的取向与尺寸的优先选择顺序应按表5规定。当管子壁厚不够而采用小尺寸试样时，其最小冲击吸收能应根据表6比例系数相应减少。当壁厚
不足以进行冲击试验时，制造商应提供在产品化学成分、矫直工艺、热处理工艺等方面对冲击吸收能的保证措施。
优先选择顺序
试验温度/℃
夏比冲击吸收能要求
全尺寸试样冲击吸收能最小值/J纵向
冲击试样取向及尺寸的优先选择顺序试样取向
试样尺寸/mm×mm
10.0×10.0
10.0×7.5
10.0×5.0
小尺寸试样冲击吸收能比例系数横向
试样尺寸/mm×mm
10.0×10.0
10.0×7.5
10.0×5.0
10.0×10.0
10.0×7.5
10.0×5.0
比例系数/%
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