套管选择与管柱设计研究是石油工程师及管材供应商十分关注的研究课题.随着石油工业的迅速发展和钻井技术的不断进步,出现了多种油井管服役条件较为苛刻的油气井,如深井、超深井、定向井、稠油热采井、高温高压井等等,有时还要在高寒地区或高陡构造带钻进并遇到酸性介质环境.在这些苛刻井况下如何进行油层套管的合理选择与设计,目前国内外尚无公认的规范或标准.该文首先对全国油层套管损坏情况进行了调研,综述了套管设计和套管损坏机理的研究概况.运用计算机仿真技术、有限元法及现代非线性理论,分别研究了注水开发引起套管变形和错断的机理、稠油热采造成套管断裂的机理、深井套管接头泄漏和滑脱的机理,并针对各种特殊井况下套管损坏的具体原因,提出了相应的预防措施,该研究成果已在青海油田得到了成功应用.其次,在研究和评价API Bulletin 5C3挤毁压力公式的基础上,提出了套管抗挤强度计算的新公式,所研究的模型和软件已用石油管材研究所、宝钢钢管分公司的部分实物挤毁试验数据作了验证,研究表明,该模型在理论研究、现场应用及改进套管质量等方面都有十分重要的意义.同时,API/ISO Collapse Sub-Team已用现有的数百次试验数据对该公式进行了计算检验,结果证明,该公式比现行API挤毁压力公式的计算精度高,而与该国际合作组织正在研究而尚未定版的某些公式的计算结果相当.该研究成果已受到API/ISO Collapse Sub-Team的重视和肯定,目前作者正在参加该组织的修改API/ISO相关标准的研究工作.最后,在常规套管柱强度设计方法的基础上,建立了特殊类型井套管柱强度设计的数学模型,开发了一套特殊类型井套管柱强度设计软件,可用于深井、定向井、稠油热采井、高压油气井的油层套管柱强度设计.该软件建立了所有API套管的强度数据库,同时用户可以根据需要任意追加新产品强度数据.目前,已用该软件对新疆油田、辽河油田四口特殊类型井的套管柱设计进行了校核,并于2003年4月用于青海油田跃进二号构造的套管柱设计,结果表明,其可靠性比现有的常规套管柱设计要高,具有较大的工程推广应用价值.该文的主要创新点是提出并改进了套管抗挤强度计算的新公式,建立了特殊类型井套管柱强度设计的数学模型,并得到了API/ISO WG2b的重视和肯定,同时,被邀请参加该工作组的国际合作研究.在国际合作研究中,获得了大量信息及不同的研究方法,初步掌握了国际研究动态.该文的研究或某些部分能否被选作新的API标准,还有待于进一步的研究和国际交流.