套管柱主要作用为保护、封隔各种复杂地层、稳定井壁、建立油气通道、安装井口装置等。

套管柱主要作用为保护、封隔各种复杂地层、稳定井壁、建立油气通道、安装井口装置等。套管是石油工业中使用数量最多的一种管材，它是通过螺纹连接成套管柱从而进行工作的。套管柱主要包括套管头、表层套管、技术套管、生产套管、下部结构、尾管等等。

在井口上悬挂套管的装置，按照正规要求，每下完一层套管并注完水泥固井后，应卸掉联顶节，在套管的顶部接上套管头，以密封两层套管之间的环形空间，并悬挂第二层套管柱和承受其部分重量。例如，标准的井口装置应包括：在表层套管上接表层套管的套管头，其中的套管悬挂器接技术套管；在表层套管头上安装油层套管头，其中的套管悬挂器上接油层套管；在油层套管头上安装油管头，油管则接在其中的油管悬挂器上。根据连接方式的不同，套管头又分为丝扣式和法兰式两大类。近年来国外生产出自动密封式套管头，适用于高压气井。

为防止井眼上部地表疏松层的坍塌，封隔上部淡水层，使之不受钻井工作的污染和安装井口防喷装置而下的套管。表层套管下入深度应根据疏松地层深度和上部地层破裂压力梯度来确定。表层套管直径大小，根据下入套管层数和生产套管直径大小来确定。

又称中间套管，是在表层套管和生产套管之间，由于钻井技术的限制所下入的套管。技术套管可以是一层或几层。迫使下入技术套管的原因很多，如下部钻遇高压油、气层，而上部地层破裂压力梯度不足以承受重钻井液所产生的压力梯度，需要下技术套管封闭上部地层。又如钻遇较厚疏松砂层或膨胀性页岩，而钻井液性能又无法控制时，也需要下入技术套管。技术套管的尺寸，应根据生产套管直径和套管层数多少来确定。

又称油层套管或采气套管。油 (气)井中下入的最后一层套管，是给油气由井底至井口创建一条牢固的通路，并使油气不致漏入其他低压地层。生产套管尺寸是根据生产层的产量来确定的。通常采用5″(127mm)，6″(152mm)两种尺寸，在产量特别大的油气井也有采用8″(203mm)套管作为生产套管的。

指套管柱下部装置附件的总称。套管种类不同，下部结构不同，技术套管和生产套管下部结构由下至上一般由下列部件组成：水泥引鞋(或生铁引鞋+套管鞋)，浮箍，承托环，套管扶正器和泥饼刮针。下入套管下部装置部件的目的是为了使套管顺利下入井中和提高固井质量。

又称钻井衬管，在已下套管的井内，只对裸眼井段下套管注水泥，而套管顶点未延伸到井口的套管柱，称尾管。尾管根据下入井内目的不同，分采油尾管、技术尾管、保护尾管和回接尾管。采油尾管作为完井套管，代替生产套管用；技术尾管用来加深技术套管； 保护尾管用于修复损坏或断落的套管；回接尾管是把下部尾管回接到技术套管内，覆盖已损坏的套管。

套管抗挤强度是套管在外挤压力下破坏应力的大小。套管受外挤压力破坏和纵向压杆的不稳定破坏相似，也是一种不稳定变形破坏。目前根据径厚比（套管外径与壁厚的比值）不同，可分为失稳破坏与强度破坏两种形式。径厚比较大时属于失稳破坏；径厚比较小时属于强度破坏。根据现有套管尺寸，大部分套管属于失稳破坏。不同钢级、直径、壁厚的套管抗挤强度的大小，可以查阅有关手册。

套管柱通常是用接箍把套管连接而成，在确定套管抗拉强度时，一方面要考虑套管本体的强度，另一方面要考虑丝扣部分的连接强度。丝扣连接强度随丝扣类型而变化，一般圆形丝扣连接强度小于套管管体强度，梯形丝扣连接强度多数情况下大于管体强度。各类套管管体抗拉强度和丝扣连接强度值可以查阅有关手册。

套管在内压力作用下钢材达到屈服极限时的内压力。套管多数属薄壁管，其抗内压强度可采用薄壁管公式计算。各类套管抗内压强度可以查阅有关手册。

各国根据各自的条件规定了自己的套管柱强度设计方法，目前，最常见的有等安全系数法，边界载荷法，最大载荷法，AMOCO 法，西德 BEB 方法，以及前苏联的方法等。

在套管柱设计中，为了达到既安全又经济的目标，整个套管柱应由不同强度（不同的壁厚、钢级、连接螺纹所决定）的多段外径相同的套管串组成，每段的最小安全系数应等于或者大于规定的安全系数，我们把这种方法称为等安全系数设计法。近些年来，等安全系数设计方法一般多先根据抗内压或抗挤强度进行设计，选出符合要求的套管后再进行抗挤或者抗内压设计与抗拉设计。

该方法的抗挤设计方法和抗内压与等安全系数设计法基本相同，边界载荷也就是分段套管设计的依据生产经验确定的最大强度余量。仅在中上部套管柱强度设计时改为由抗拉强度设计，而不用抗拉强度被安全系数除所得到可用强度，并且用第一段以抗拉设计的套管抗拉强度和安全系数所决定的边界载荷算得的许用强度来选用以上各段套管，其关系如下：

依据抗拉设计的第一段套管：抗拉强度/安全系数=可用强度

抗拉强度-可用强度=边界载荷

依据抗拉设计的第二段套管：抗拉强度-边界载荷=可用强度

后面的均用各段套管的抗拉强度减去同一个边界载荷，从而得出他们的可用强度，并以此设计方法设计各段的使用长度。这种方法设计出的各套管之间边界载荷均相等，并不是安全系数相等，这样设计避免了所选套管强度剩余过多，从而减少套管的总重，使得设计结果更为合理经济。

这是美国提出的一种设计方法，其基本思路是将套管按技术套管、表层套管、有层套管等分类将每一类套管的载荷按其外在性质及大小进行设计，其设计方法是先按内压力筛选套管，再按有效外挤力及拉应力进行强度设计，并考虑双轴应力对抗挤强度的影响，各段套管的长度是通过图解法确定的，该方法对外载考虑细致，设计精确。

该设计方法在载荷分析及设计方法上都有独特之处，主要特点：在抗挤设计中考虑拉应力对套管抗挤强度的影响，即进行双轴应力计算，在计算外载时考虑到接箍处的受力，在计算内压力时也考虑拉应力的影响，再设计中采用了解析方法和图解方法，避免了试凑法的繁琐。

该设计方法较为繁琐，其设计思想是考虑外载按不同的时期的变化，考虑不同井段的抗拉安全系数不同，不考虑双向应力，但是当拉应力达到管体屈服强度的 50%时，把抗拉安全系数增加到 10%。

该方法主要是图解法，设计特点是将套管分类进行设计，在设计中考虑抗外挤及内压强度时，必须考虑拉应力的影响，拉应力一律按在钻井液中的浮重计算，并考虑浮力作用在套管底部的界面上使底部受压应力。

通过对国内外油田的研究调查，套管损坏的主要形式有：变形、破裂、套管错断、腐蚀疲劳破漏等。分析表明，套管柱损害的主要原因有：

钻井因素主要包括钻井工程设计和现场施工两个因素，比如不合理的套管柱强度设计、井眼曲率过大（曲率半径太小）使得套管柱在井下所承受的弯曲应力过大等。

井下作业因素主要包括采油和试油过程中井管内过度掏空，酸化、压裂、射孔、修井、打捞以及反复测井过程中导致套管损坏、深井气举措施不合理，加密井与注水井注水压力过大等。

固井工程因素包括施工、固井设计和检测三个方面，比如套管在井口的固定方式不合理、固井的质量不合格、选择的完井方式不是最佳、套管下入过程中受到机械磨损、不合理的注水泥相关设计等，导致已被封固的套管柱受到的很大外挤压力，以致套管损坏。

地质因素主要包括油层出砂、泥页岩膨胀、岩盐层蠕变、地层构造应力的释放、地应力场失去原有的地层压力平衡等。

套管的质量因素主要是指套管在出厂时质量就存在机械制造缺陷而不合格，以及在套管摆放、运输、下井过程中等产生的机械损坏等。如果将套管质量存在问题的套管下入井中，套管柱将在内压力、轴向拉伸载荷、弯曲附加载荷、外挤压力等各种外力的共同作用下产生破坏而失效。

腐蚀包括 、、结垢、细菌、溶解氧、高矿化度地层水以及化学药剂对套管柱产生腐蚀等，套管柱经过腐蚀后，强度降低容易使得套管产生的疲劳破坏。

稠油过程热采以及调整井高压注气注水，断层修复或错动，泥岩的水化膨胀导致套管受到非常大的外压力而使得套管损伤。