ICS 75.180.10 CCS E 92 中华人民共和国国家标准 GB/T 43231—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 of casing for shale oil and gas wells 2023-09-07发布 2024-01-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T43231—2023 目 次 前言 1 范围 规范性引用文件 3 术语和定义 符号 套管柱选用、评价和设计 5 5.1 套管柱选用及评价 5.2 套管柱强度设计方法 5.3 套管柱应变设计方法 5.4 安全系数 6技术要求 6.1 制造方法 6.2 化学成分 6.3 拉伸性能 6.4 硬度 6.5 夏比（V型缺口）冲击吸收能 6.6 晶粒度 6.7 非金属夹杂物 6.8 几何尺寸与质量 6.9 静水压试验 10 6.10 残余应力 10 6.11 抗挤强度 10 7套管工况适用性评价： 12 7.1 适用性评价流程· 12 7.2 试样 12 7.3安装要求 13 7.4 适用性评价技术要求 13 7.5适用性评价试验程序 14 附录A（规范性）套管抗剪切性能评价方法 19 附录B（规范性） 套管抗非均匀外挤评价方法 GB/T43231—2023 前言 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。 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。 本文件由全国石油天然气标准化技术委员会（SAC/TC355）提出并归口。 田分公司、中国石油集团川庆钻探工程有限公司、中国石油物资有限公司、中国石油天然气股份有限公 司新疆油由分公司、大庆油由有限责任公司、中国石油天然气股份有限公司探与生产分公司、中国石 油天然气股份有限公司长庆油田分公司、天津钢管制造有限公司、衡阳华菱钢管有限公司、宝鸡石油钢 管有限责任公司、西安石油大学、青岛理工大学、东北石油大学、西安三环石油管材科技有限公司。 本文件主要起草人：杨尚谕、韩礼红、王建军、曾波、蔡萌、路宗羽、方伟、魏风奇、宋毅、屈玲、王鹏、 欧阳勇、张平、周小金、路彩虹、齐悦、李东风、黄永智、文春宇、赵映辉、刘海平、曹婧、牟易升、闫炎、 杨思齐、赵云峰、董小卫、李远征、樊恒、毕刚、赵新波、邵兵、贾善坡、曹峰。 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 1范围 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。 2规范性引用文件 2 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T 6394 金属平均晶粒度测定法 GB/T9253 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/T10561 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 GB/T 17745 石油天然气工业套管和油管的维护与使用 GB/T 18052 套管、油管和管线管螺纹的测量和检验方法 GB/T19830 石油天然气工业油气井套管或油管用钢管 GB/T 20657 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 GB/T 21267 石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 剪切强度 shear strength 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 designstrain 地层滑移工况套管径向产生的最大等效应变。 3.3 许用应变 Eallowablestrain 套管能承受的最大应变值。 3.4 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。 1 GB/T 43231—2023 4符号 下列符号适用于本文件。 A. 管端截面积，单位为平方毫米（mm²）。 A. 接箍截面积，单位为平方毫米（mm）。 Ajp 最末一扣管壁横截面积，单位为平方毫米（mm²）。 D 套管规定外径，单位为毫米（mm）。 Dave 管体平均外径，单位为毫米（mm）。 △Dee 水泥环变形量，单位为毫米（mm）。 De 接箍外径，单位为毫米（mm）。 △Dde 套管变形量，单位为毫米（mm）。 △Ddog 狗腿度导致套管内通径改变，单位为毫米（mm）。 AD 非均匀外挤工况套管径向弹性变形量，单位为毫米（mm）。 ADfo 地层滑移量，单位为毫米（mm）。 Dmax 同一横截面上实测的最大外径值，单位为毫米（mm）。 △Dmax 非均匀外挤工况套管允许最大径向变形量，单位为毫米（mm）。 D min 同一横截面上实测的最小外径值，单位为毫米（mm）。 △Dse 剪切载荷工况套管径向弹性变形量，单位为毫米（mm）。 △Dsmaix 剪切载荷工况套管充许最大径向变形量，单位为毫米（mm）。 d 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）。 de 接箍内径，单位为毫米（mm）。 ec 壁厚不均度，数值以百分数（%）表示。 Fmax 非均勾外挤工况套管最大变形时对应地层载荷，单位为千牛（kN）。 F. 套管非均匀外挤强度，单位为千牛（kN）。 F. 套管剪切强度，单位为千牛（kN）。 Fsmax 剪切工况套管最大变形时对应地层载荷，单位为千牛（kN）。 Fy 套管轴向等效载荷，单位为千牛（kN）。 Li 螺纹配合长度，mm。 n 套管应变设计安全系数。 外径不圆度，数值以百分数（%）表示。 00 Pbo 抗内压强度，单位为兆帕（MPa）。 Peo 抗挤强度，单位为兆帕（MPa）。 Pe 弹性挤毁压力，单位为兆帕（MPa)。 P; 套管内压，单位为兆帕（MPa）。 P max 压裂过程井底最大内压载荷，单位为兆帕（MPa）。 P min 压裂过程井底最小内压载荷，单位为兆帕（MPa)。 P。 套管外压，单位为兆帕（MPa）。 Pp 塑性挤毁压力，单位为兆帕（MPa）。 Py 屈服挤毁压力，单位为兆帕（MPa）。 ri 套管内半径，r；一d/2，单位为毫米（mm）。 r. 套管外半径，r。=D/2，单位为毫米（mm）。 △T 温度改变，单位为摄氏度（℃）。 2 GB/T 43231—2023 Tmax 井下最高温度，单位为摄氏度（℃）。 T min 井下最低温度，单位为摄氏度（℃）。 T。 抗拉强度，单位为千牛（kN)。 Ti 圆螺纹连接断裂强度，单位为千牛（kN）。 T2 圆螺纹连接滑脱强度，单位为千牛（kN）。 T3 偏梯形螺纹连接管体螺纹强度，单位为千牛（kN)。 Ti 偏梯形螺纹连接接箍螺纹强度，单位为千牛（kN）。 t 套管壁厚，单位为毫米（mm）。 t eave 实测管体平均壁厚，单位为毫米（mm）。 temax 最大套管壁厚，单位为毫米（mm）。 temin 最小套管壁厚，单位为毫米（mm）。 U. 接箍最小极限强度，单位为兆帕（MPa）。 Up 管材最小极限强度，单位为兆帕（MPa）。 wt 计算质量，单位为千克（kg）。 Y, 管材届服强度，单位为兆帕（MPa）。 线膨胀系数，单位为1/℃。 水泥环应变。 ed 许用应变。 Edmax 套管允许最大应变。 E dog 钻井狗腿度应变。 地层滑移应变。 Efo 最大应变。 Emax ET 温度应变。 径向应力，单位为兆帕（MPa）。 Or O vme 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 5.1套管柱选用及评价 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/T 43231—2023 内压 (十) 斥缔(一) 拉仲(+) 外压 (一) 说明： API系数； 等效应力椭圆； ........ 接头螺纹极限； 设计极限。 图1生产套管三轴强度校核方法 5.2 套管柱强度设计方法 5.2.1通用要求 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 ....(1) (D/t)2 Pp应按公式(2)计算： A Pp=Yp .(2) [(D /t) 式中： A- 经验系数.为2.8762+0.15489X10-3Y,+0.44809X10-6Y2-0.16211X10-9Y²； B——经验系数，为0.026233+0.73402X10-4Y； Pe应按