油层套管的保护技术.

《油层套管的保护技术.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油层套管的保护技术.（176页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、油层套管的保护技术 油套管选择和使用中的问题及预防措施 韩 勇 20/10/2002 电话 13609203999 e-mail: Han_y2000 李先念讲：石油工业是大量使用管 子的工业。 石油管在石油工业中占有很重要的 地位： (1) 石油管用量大 、花钱多（CNPC约100亿元/年）， 节约开支、降低成本的潜力巨大。 (2) 石油管的力学 和环境行为对石油工业采用先进工 艺和增产增收有重要影响。 (3) 石油管的安全 可靠性和使用寿命对石油工业关系 重大。 提 纲 油套管的总量需求 API套管使用性能及存在问题 国内外有关套管损坏的研究 油套管产品发展的趋势 几个重要问题 油、套管的

2、粘扣和泄漏问题 油、套管的腐蚀问题 套管的磨损问题 套管的挤毁问题 热采井套管损坏问题 高温高压井生产套管的设计 主要结论 油套管的总量需求油套管的总量需求 世界历年钻井数量 世界主要钢管厂家分布情况 1999年OCTG出口市场分布 全世界2002年OCTG约 需求约500万吨 。按生产厂划分如下： DST 集团80万吨（包括NKK20万吨） VM集团60万吨 日本住友40万吨，川崎6万吨 俄罗斯60万吨 美国和加拿大45万吨（包括LONE STARV15 万吨） 中国110万吨 （包括宝山30万吨，天津40万 吨，宝鸡6万吨，成都6万吨，西姆来斯6万吨 ，其他5万吨） 印度及奥钢联等50万吨

3、 罗马尼亚20万吨 中国市场： 国内 OCTG 总需求量100万吨(2001) 中石油CNPC 70万吨，其中Tubing 18 万吨, J55.N80占75%. 中石化SNOPC 20 万吨,其中Tubing 6 万吨. 海洋COOC 10万吨,其中Tubing 3万吨. 高钢级等特殊管要进口1520万吨. API套管使用性能及存在问题 API套管使用性能 API套管（API LTC，API BTC接头）的使用性 能 API 5CT、API 5B、 API RP 5C1、 API BUL 5C2 、API BUL 5C3、 API BUL 5C4、 API RP 5C5、 API RP 5A

4、2等规定或推荐了基本的操作性能。 按API制造的套管在使用中仍发生的螺纹粘扣 、泄漏（特别是气井）、挤毁与变形等。 对以下损坏情况，API套管性能不足或无适当 的设计方法 注蒸汽井的套管损坏，如辽河、克拉玛依 高温变形和接头强度特殊螺纹接头与耐 热套管钢级 盐岩层和软泥岩蠕变引起的套管损坏，如 江汉、中原、华北套管挤毁厚壁高抗 挤套管 砂岩层压力亏空引起的套管损坏，如胜利 孤岛、中原复合载荷下套管挤毁、剪切 变形套管设计方法与非API厚壁套管，防砂措 施 注水开发地层压力不平衡引起的套管损坏 ，如大庆、吐哈不均匀载荷下套管挤毁 、剪切变形套管设计方法与非API厚壁套管 ，注水开发方案 对以下损

5、坏情况，API套管性能不足或无适当 的设计方法 非强性腐蚀条件下的套管腐蚀，如塔里木 、长庆 弱 CO2腐蚀、SRB腐蚀。（API 普通管材腐蚀速度快，Cr钢价格高防腐设计 ） 射孔完井作业引起的套管损坏套管射孔 开裂、射孔后套管的强度下降套管韧性 要求、有孔套管的强度计算与设计 油田名称套 管 损 坏 基 本 情 况 大庆油田经38年注水开发，1998年前已发现5251口套损井，占投产总井数的17.2%。其中有1366口井已报废核 销；有2344口井已修复利用；还有1541口井带“病”生产。套管损坏的原因由地层滑移、蠕动等造成。 辽河油田1998年五个地区的区块3800口热采井的调查表明，发

6、生套管损坏的有489口，占12.64%。套管损坏在 封隔器附近至油层部位居多，占套管损坏总井数的64.42%。变形占46.42%，错位占23.31%，螺纹泄 漏脱扣占16.35%. 胜利油田经过30多年的开发，至1999年套管损坏井已占总井数的1/10。到1992年底，套损井数1659口，占总井 数的1/10。套管损坏的类型有变形与破坏，射孔开裂。 长庆油田隆东地区（采油二厂）共有油水井2053口，开井1391口（其中油井1123口，水井268口），套损井总 数达到414口，占水井总数的23%。套管损坏原因以腐蚀为主。 新疆油田热采井套损严重。例如，重油公司在1997-2000年有38口井损坏

7、。百重7区，共有228口井，在注气第 一轮后，损坏34口井（变形14口，开裂8口，其他12口）。 中原油田至2000年12月底，中原油田油田共有生产井4432口，套损井1599口。其中套管变形占67.3%，破漏穿 孔占24.9%，套管错断占7.7%。其中99年171口井，2000年159口井。 冀东油田油气井已损坏145口井，占开发井540口井的18.70%，变形占69%。套管损坏的原因由地层滑移造成 剪切、射孔开裂等。 另外，华北、吉林、江汉、青海等油田套管损坏也严重，在吐哈、塔里木等新油田套管损坏也呈增加的趋势。 国外有关套管损坏的研究 国外有关套管损坏的研究 套管损坏问题涉及多方面问题，

8、一直 是国际上研究的难点和热点 国外有关套管损坏的研究 （套管剪切变形和屈曲示图） 注水引起油藏与周围地层剪切应力，超过层间强度造成 滑移，损害油井。 地层滑移Mohr-Coulomb判 据简单式： 套管“狗腿”的产生剪切 C-FERR认为套管变形的原因： 在注蒸汽井的热循环； 在重油开采中存在大量砂层； 压缩或蠕变地层； 存在地层缺陷如断层、地层滑移等。 研究目的 弄清套管和尾管变形的机理和影响 因素，指导以下工作： 修理已损坏井 减少现存井的变形 新井的开发设计如何延长使用寿命 研究程序 收集现场数据，明确套管问题的比例、分布和历 史； 通过损坏井的测径等手段来进一步证实和完善现 有数据；

9、 建立和使用套管/地层间的有限元模型，包括套 管的结构模型和周围地层的地质力学模型，确认 主要的变形机理； 研究出经验模型或公式，用于预测套管的变形； 对于套管损坏治理方案，评价所选模型的有效性 。 弯曲与外压复合载荷下套管挤毁（很复杂） Corona T:90; V:1.5m/s 腐蚀速率（mm/a） CO2分压（Mpa） 图3-29 流速对P105套管腐蚀速率影响的试验值及模型软件预测值 对比 HCO3- :150ppm； Cl- : 110mg/l; T:90; PCO2 : 2.5MPa 流速（m/s） 腐蚀速率（mm/a） 研究了8种不同厂家的J55套管的腐蚀特性， 分析腐蚀原因 m

10、m/a 国外现状 NACE会议19972002研究成 果 石化腐蚀成为会议热点。目前，石 油工业中的腐蚀控制研究还是主要集中在耐 蚀材料、缓蚀剂、保护性覆盖层、电化学保 护、改变金属的使用环境等方面。 腐蚀预测与控制 CO2腐蚀用缓蚀剂 SRB腐蚀 耐腐蚀材料 腐蚀预测与控制 腐蚀专家系统 结论 CO2腐蚀机理和影响因素的研究 较多，有许多可借鉴的经验。 CO2腐蚀控制与预测的模型有16 种，已有INTERCORR、 SWEETCOR等商用软件。 腐蚀预测将向智能系统、神经网 络系统发展。 CO2腐蚀用缓蚀剂 结论 缓蚀剂的应用较广，甚至在高温 高压酸性气井中也有成功的经验 。 缓蚀剂对均匀的

11、电化学腐蚀效果 较好，有的缓蚀剂对局部腐蚀也 有保护作用。 实验室筛选要与现场条件相结合 ，要有严格的评价程序。 缓蚀剂的研究向环境友好（绿色 ）方向发展。 缓蚀剂筛选时应注意： 仅有简单的缓蚀效率的评价还远远不够，要考虑 缓蚀剂与溶液的配伍性 缓蚀剂膜的稳定性 缓蚀剂浓度随时间的变化 流速对缓蚀效率的影响 油含量对缓蚀效率的影响 缓蚀剂加注时选用的稀释溶液等等诸多因素都要同 时考虑。 只有这样，才能保证评价出的缓蚀剂能够有效地按照 预定的方案工作。 SRB腐蚀 结论 SRB腐蚀是可以通过化学处理（ 如甲醛）、机械设计（如水处理 ）与微生物方法（如硫杆菌）来 减轻和控制的。 用硝酸盐可有效地消

12、除SRB的影 响，并得到现场试验的证实。 耐腐蚀材料 结论 13CR的使用有限制，主要是PH 、CL-和温度的影响。 含0.51.0CR的钢也比普通碳钢 耐腐蚀性能较好。 套管磨损问题 111 1分析接触载荷或应力的影响及 磨损机理 2研究泥浆成分影响 3开发新型钻杆接头或井下工具 用金属硬化带 4采用改进型钻杆保护器或特殊 钻柱接头 5评价已磨损套管强度 6建立套管磨损预测模型 套管磨损研究 钻柱磨损的危 害 辽河陈古1井在2317m（ 全角变化率5.6/30m）处 发生3根127mmG105钻 杆摩擦热裂纹。 大港乌深1井有100根 127mmG105钻杆降级， 其中大部分钻杆接头严 重磨

13、损，外径由168.3mm 变至151.5mm， 却勒1井244.5mm套管磨损形貌 （在井深5223m时,距井口9.5-15m处套管磨损严 重，钻杆也有101根磨损报废。） 套管磨损的危害 阳霞1井244.5mm SM110TT套管磨损造成 变形破裂（4300-4315m） CAST井周成像仪测量结果：红色和黑色区域表示测量的半径大于正 常的内壁半径，黄色区域表示测量的半径接近正常的内壁半径 国外在钻杆与套管磨损预测和防磨减摩技术方面 的研究一直很活跃，应用效果较显著。如应用新型 钻杆接头金属硬化带。 前缘导角减少欠平衡转动密封损伤 使用改进型钻杆保护器（橡胶护箍），保护器的摩 擦系数为0.1

14、0 ，可有效的降低套管磨损。 一些公司为减少 大斜度井、大位 移钻井的扭矩损 失和降低套管磨 损，已成功的采 用了特殊旋转钻 柱接头和多功能 固体润滑剂等技 术措施。 钻杆接头受力示意 在磨损中接触压力分布和变化的非均匀特 点，使得采用单、双边敷焊硬化带接头时 ，与钢接头相比，可明显降低套管的磨损 。其中，双边敷焊硬化带效果最好。 无敷焊硬化带接头（钢接头）对套管的磨 损最大。钻杆接头的加长，并不会明显减 缓套管的磨损。 套管磨损对其挤毁性能的影响研究 背景 减少技术套管磨损和破裂后的处理问题是目前 急需解决的难点，已有圣科1井、英科1井、克参1 井、东秋5井、崖城13-1-3井、郝科1井等1

15、0余口 井深探井或深井发生了严重的套管磨损问题及破 裂或挤毁事故。阳霞1井因244.5mm SM110TT套管 多处严重磨损，在试油中用清水替换管内泥浆而 造成套管挤毁，最后该井报废损失近亿元人民币 。 对已磨损技术套管挤毁强度的计算是否正确，决 定于计算公式的条件或挤毁失效准则和磨损程度 的实测。以便为套管强度预设计、套管回接和完 井测试等作业提供技术依据。 研究对象 139.77.72mm N80 177.811.51mm P110 244.4811.99mmP110 研究方法 有限元分析 全尺寸实物试验 实验应变测量 有限元分析中的套管挤毁失效判据 在非线性有限元分析中采用载荷增量法研究

16、套 管抗挤毁性能。当外部压力载荷接近套管的挤毁失 效载荷时，较小的外压载荷增量将引起套管结构中 某些点较大的位移增量。所以，此外部压力载荷就 可视为套管挤毁的临界失效载荷。 图4.1 不均匀磨损套管 的有限元网格 全尺寸实物试验（ 244.4811.99mmP110套） 未磨损未磨损25%25%磨损磨损50%50%磨损磨损 建议在实际套管柱挤毁强度设计和校 核中，应遵守以下原则： （1）对于一般条件下设计，要以API名义尺 寸和材料的屈服强度计算。如果是特殊条件 下设计需要，则必须大量测量套管实际的材 料力学性能和几何尺寸，方可进行较精确计 算。虽然这些参数可能符合统计规律，但要 以最小值为准。 （2）在计算时，用磨损剩余得壁厚代入D/t 中，以API弹性挤毁公式计算的最低挤毁强 度为