油气管杆材料课件.ppt

1、1. 1. 套管的种类及其作用套管的种类及其作用2. 2. 套管型号的公（英）制表示方法套管型号的公（英）制表示方法3. 3. 常见特殊套管的种类常见特殊套管的种类4. 4. 满足抗满足抗S S要求，碳钢和低合金钢在成分选择及加工控轧中的要求要求，碳钢和低合金钢在成分选择及加工控轧中的要求 NKACNKAC加工特点加工特点5. 5. 油井管的失效模式及再出来设计中的注意事项油井管的失效模式及再出来设计中的注意事项课课 上上 讨讨 论论第四节第四节 套套 管管一、套管的分类一、套管的分类按钢级：按钢级： 4 4组、组、1717个钢级个钢级 （依据依据API 5CTAPI 5CT和和ISO1196

2、0ISO11960） 第一组第一组4 4个钢级：个钢级：H H、J J、K K、N;N; 第二组第二组8 8个钢级：个钢级：C C、 L L、M M、T T； 第三组第三组1 1个钢级：个钢级：P P； 第四组第四组4 4个钢级：个钢级：Q Q。第四节第四节 套套 管管一、套管的分类一、套管的分类按螺纹形式：按螺纹形式：园螺纹套管园螺纹套管偏梯形螺纹套管偏梯形螺纹套管特殊螺纹套管特殊螺纹套管第四节第四节 套套 管管一、套管的分类一、套管的分类按功能：按功能：表套表套技套技套油套油套（生产套管生产套管）正常压力井套管类型正常压力井套管类型异常压力井套管类型异常压力井套管类型第四节第四节 套套 管

3、管二、套管的作用二、套管的作用1.导管导管主要作用：主要作用：（1）抑制松散的表层，防止末固结的土石落入井内；（2）提供使泥浆返回泥浆槽的流道；（3）主要或部分支撑其它套管柱悬空的重量。异常压力井套管类型异常压力井套管类型特点：特点： 直径较大，长度变化较大，坚硬岩层中仅用1020m，沼泽地区则可能上百米。导管直径一般为9 5830in，通常下到201000ft深。 第四节第四节 套套 管管二、套管的作用二、套管的作用2.表层套管表层套管主要作用：主要作用：（1）防护浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气；（2）泥浆返回地表的流道；（3）安装井口防喷器以便继续钻进，是井口设 备(套管头及釆油

4、树)的唯一支撑件； （4）承担悬挂依次下入的各层套管(包括采油 管柱)载荷。异常压力井套管类型异常压力井套管类型特点：特点： 通常下入深度一般在301500m。第四节第四节 套套 管管二、套管的作用二、套管的作用3.技术套管技术套管主要作用：主要作用：（1）隔离坍塌地层、复杂的页岩层、浅层气及高压水层，防止井径扩大，减少阻卡及键槽的发生，保证能安全地钻达设计井深 ；（2）分隔不同压力层系，建立正常钻井液循环 ；（3）减少裸眼长度； （4）对生产套管有支持作用，它也为井控设备的安装、防喷、防漏及悬挂尾管提供了条件；（5）对油层套管具有保护作用； 异常压力井套管类型异常压力井套管类型特点：特点：

5、主要作用是封隔漏层，特别是预计深部井段有高压地层时；通用尺寸为95/8in（235.8mm）。 第四节第四节 套套 管管二、套管的作用二、套管的作用4.生产套管生产套管主要作用：主要作用：（1 1）将储集层中的油气从套管中采出来；）将储集层中的油气从套管中采出来；（2 2）保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井）保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井 分层测试，分层采油，分层改造之目的分层测试，分层采油，分层改造之目的 。异常压力井套管类型异常压力井套管类型特点：特点： 为完井套管，通用尺寸为为完井套管，通用尺寸为7in7in（177.8mm177.8mm） 。 第四节第四节 套套 管管二、套管的

6、作用二、套管的作用5. 尾管尾管异常压力井套管类型异常压力井套管类型特点：特点： 优点优点是下入长度短、费用低；深井钻井中是下入长度短、费用低；深井钻井中另一突出优点是在继续钻进时可以使用异径钻另一突出优点是在继续钻进时可以使用异径钻具；在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具具；在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小直径钻具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压能力。尾管的具有更高的抗内压能力。尾管的缺点是缺点是固井施固井施工固难。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，工固难。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。以保证密封性。 是是种不延伸到井

7、口的套管柱，分为钻井尾管种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管和采油尾管，通常用尾管挂悬挂于技术套管上和采油尾管，通常用尾管挂悬挂于技术套管上 。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级API Spec5CTAPI Spec5CT规定了套管规定了套管H H、J J、K K、N N、C C、L L、M M、T T、P P、Q Q十种钢级。十种钢级。 字母任意选择，无特殊含义；数码则代表套管的强度特性；钢级代字母任意选择，无特殊含义；数码则代表套管的强度特性；钢级代号后面的数值乘以号后面的数值乘以1000psi1000psi（6894.757kPa6894.757kPa）即为套管以）即为

8、套管以psipsi为单位的最为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非APIAPI标准的套管。标准的套管。 APIAPI套管钢级的物理性能见表套管钢级的物理性能见表1-151-15；套管各种钢级的最小屈服强度与抗拉强度（包括非套管各种钢级的最小屈服强度与抗拉强度（包括非APIAPI套管标准）见表套管标准）见表1-161-16。表表1-15 API套管钢级的强度指标套管钢级的强度指标钢级颜色标志最小屈服强度最高屈服强度Mpa最低抗拉强度MpaRCMax延伸率APE标准（适用范围）ksiMpaH-40无色或黑色402765524145

9、AJ-55浅绿5537955251722.55AK-55绿色55379552665185AN-80红色80552758689175AC-75蓝色75517620665185ACL-80红夹棕8055266566523185ACC-90紫色9062072569025.4(5AC)C-95棕色9566576072025.416.5(5AC)P-110白色110758965865A5XQ-125白色125861104093018(5AQ)V-150白色15010351240114011.5(5AX)表表1-16 套管钢级的强度指标套管钢级的强度指标API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度M

10、pa(ksi)非API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度Mpa(ksi)H-40275.79(40)413.69(60)S-80379.21(55)655.00(95)J-55379.21(55)517.11(75)SOO95655.00(95)758.42(110)K-55379.21(55)655.00(95)S-95655.00(95)758.42(110)C-75517.11(75)655.00(95)SS-95551.58(80)689.48(100)L-80551.58(80)655.00(95)S-105655.00(95)758.42(110)N-80551.58(8

11、0)689.48(100)S-140965.27(140) 1034.21(150)C-90620.53(90)689.48(100)V-1501034.21(150) 1103.16(160)C-95655.00(95)723.95(105)S-1551068.69(155) 1137.63(165)P-110758.42(110)861.84(125)Q-125861.84(125)930.79(135)X-52358.53(52)455.05496.42(6672)第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级uAPI Spec5CTAPI Spec5CT规定了套管规定了套管H H

12、、J J、K K、N N、C C、L L、M M、T T、P P、Q Q十种钢级。十种钢级。u J55 J55；数值乘以；数值乘以1000psi1000psi（6894.757kPa6894.757kPa）即为套管以）即为套管以psipsi为单位的最为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非APIAPI标准的套管。标准的套管。 u套管型号的英制表示方法套管型号的英制表示方法规格代号（规格代号（外径，英寸外径，英寸）+ +重量代号（重量代号（英镑英镑/ /英尺英尺）+ +钢级代号钢级代号+ +螺纹形式螺纹形式7 23.00 J ST

13、C 7 23.00 J STC 外径外径7 7英寸英寸，2323英镑英镑/ /英尺英尺，钢级为，钢级为J55J55的短园螺纹套管。的短园螺纹套管。u套管型号的公制表示方法套管型号的公制表示方法规格代号（规格代号（外径，外径，mmmm）+ +壁厚代号（壁厚代号（mmmm）+ +钢级代号钢级代号+ +螺纹形式螺纹形式 177.8177.88.05 J STC 8.05 J STC 表示外径表示外径177mm177mm，壁厚，壁厚8.05mm8.05mm钢级为钢级为J55J55的短园的短园 螺纹套管。螺纹套管。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级1. 1. 抗挤毁套管抗挤毁套管 套管

14、在井下受重力和地层压套管在井下受重力和地层压力等复合力作用下，发生的外力等复合力作用下，发生的外形失稳，以致断裂现象称之为形失稳，以致断裂现象称之为挤毁挤毁( (或称压溃或称压溃) )。油井管的抗外。油井管的抗外压挤毁性能以抗挤毁强度来表压挤毁性能以抗挤毁强度来表示，其单位为示，其单位为psipsi或或MPaMPa。u相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-181-18。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级1.1.套管的挤毁套管的挤毁拉伸拉伸+ +挤毁挤毁压缩压缩+ +挤毁挤毁轴向拉伸、压缩载荷下的套管挤毁形貌轴向拉伸、压缩载荷下的套管挤毁形

15、貌第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管u相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-181-18。16Mn16Mn试片表面氢鼓泡试片表面氢鼓泡 氢致开裂（氢致开裂（HICHIC）：）：平行于表面的裂纹，在应力平行于表面的裂纹，在应力作用下促使裂纹扩散连成阶作用下促使裂纹扩散连成阶梯状。常见低碳钢压力容器梯状。常见低碳钢压力容器及内部集输管道及内部集输管道 焊缝处阶梯性裂纹焊缝处阶梯性裂纹第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管 脆性断口人字形花纹脆性断口人字形花纹第四节第四节 套

16、套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管 美国腐蚀工程师协会（美国腐蚀工程师协会（NACENACE）认为，如果使用的气体压力是）认为，如果使用的气体压力是65psia 65psia (448.16kPa(448.16kPa绝对压力绝对压力) ) 或高于此值，而该气体中的或高于此值，而该气体中的H H2 2S S分压大于分压大于0.05 psia0.05 psia (0.34474kPa(0.34474kPa绝对压力绝对压力) )，则必须选择抗硫材料套管，以阻止硫化氢腐蚀脆性，则必须选择抗硫材料套管，以阻止硫化氢腐蚀脆性断裂（断裂（SSCCSSCC）的发生。）的发生。 H

17、 H2 2S S达到氢脆的浓度和气体的压力有关，并有以下关系：达到氢脆的浓度和气体的压力有关，并有以下关系：气体压力为气体压力为100 psi (689.48kPa100 psi (689.48kPa绝对压力绝对压力) )，氢脆时，氢脆时H2S的浓度为的浓度为510 ppm510 ppm；气体压力为气体压力为1000 psi (689 4.8kPa1000 psi (689 4.8kPa绝对压力绝对压力) )，氢脆时，氢脆时H2S的浓度为的浓度为51ppm51ppm；气体压力为气体压力为10000 psi (689 47.5kPa)10000 psi (689 47.5kPa)，氢脆时，氢脆时

18、H H2S S的浓度为的浓度为5.1ppm5.1ppm；气体压力为气体压力为20000 psi (137895.14kPa)20000 psi (137895.14kPa)，氢脆时，氢脆时H H2S S的浓度为的浓度为2.6ppm2.6ppm；如果如果H H2S S气体的分压大于气体的分压大于0.03 psia0.03 psia (0.2068kPa (0.2068kPa绝对压力绝对压力) )，或者预计大于此，或者预计大于此值，从工程材料的观点来看，则应必须使用抗硫化氢的材料。值，从工程材料的观点来看，则应必须使用抗硫化氢的材料。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2.

19、抗硫套管抗硫套管不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。 第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管套管钢级临界温度K-5575L-8075C-75100N-80150C-90S-95150P-110180Q-125210S-140250V-150300第四节第四节 套套 管管表表1-211-21适合含硫区域使用的适合含硫区域使用的9595级套管厂家及其产品性能级套管厂家及其产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小屈服强度MPa（ksi）最大洛氏硬度lgomaBritish Steel

20、DalmineDalmineKawasakiLone StarLone StarMannesmannNippon KokanNippon KokanSumitomoSumitomoValloareeValloareeSOO 95SR 95D 95 SGD 95 SSGKO 95 SLSS-95 SGSLSS-95 SS GSMW-C-95 SNT 95 SSNK AC 95 MSM 95 SSM 95 SSC-95 VHIC-95 VH2655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110

21、)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)655758.4 (95110)758.4 (110)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)724.0 (105)2

22、5.425.425.425262625.4252525252725.4 因硫化物应力引起的腐蚀断裂（因硫化物应力引起的腐蚀断裂（SSCCSSCC），对套管材质提出高），对套管材质提出高要求。要求。SSCCSSCC是由于是由于H H2 2S S离解时产生的离解时产生的氢渗透氢渗透而造成钢的脆裂现象。而造成钢的脆裂现象。 SSCCSSCC因素可分两大类：材料方面的因素因素可分两大类：材料方面的因素强度或硬度、化强度或硬度、化学成分、微观结构及冷加工方面问题等；环境方面的因素学成分、微观结构及冷加工方面问题等；环境方面的因素H H2 2S S的聚集、含水溶剂的的聚集、含水溶剂的pHpH值、温度、压力

23、等。值、温度、压力等。NKACNKAC系列对系列对SSCCSSCC具有具有好的抵抗性能。好的抵抗性能。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管 抗SSC材料的选择 抗SSC材料的选择依据标准：依据标准：ISO15156 ISO15156 石油和天然气生产中含石油和天然气生产中含H H2 2S S环境使用的材料环境使用的材料ISO 15156ISO 151561 1 第一部分第一部分 选择抗裂纹材料的一般原则选择抗裂纹材料的一般原则ISO 15156ISO 151562 2 第二部分第二部分 抗裂纹碳钢和低合金钢抗裂纹碳钢和低合金钢NACE MR 0175

24、 NACE MR 0175 油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料SY/T0599-1997 SY/T0599-1997 天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管u含含NiNi1% 1% u经热轧（仅对碳钢）、退火、正火、正火加回火、奥氏体化经热轧（仅对碳钢）、退火、正火、正火加回火、奥氏体化淬淬火加回火火加回火u硬度硬度22HRC22HRCu冷变形冷变形5%5%，须经，须经595595以上的消应力处理，以上的消应力处理，22HRC22H

25、RC；u低强度管道钢低强度管道钢ASTM A53BASTM A53B级，级，ASTM A106BASTM A106B级，级，API 5LAPI 5L、X42X42级，级，冷变形冷变形15%15%，变形区硬度，变形区硬度190HB190HBu焊接焊接 控制焊缝硬度（基材、焊肉、热影响区）控制焊缝硬度（基材、焊肉、热影响区）22HRC22HRC第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管 碳钢和低合金钢抗SSC材料的选择含含S S环境可采用的环境可采用的API/ASTMAPI/ASTM管材管材用于所有的温度操作温度用于66（150 ）或更高用于79（175 ）或

26、更高用于107（225 ）油管和套管油管和套管API Spec 5CT/5CTM H-40,J-55，K-55，M-65,C-75（1，2，3型）和L-80(1型) 级按10.1.3节规定的专用等级UNS K12125API 5CT/5CTM C-90 1型和T-95 1型管子API Spec 5L A&B和X-42至X-65级ASTM A 53/A 53MA 106 A,B,C级A 333/A 333M 1和6级A 52452 1和2级A38153 1类Y35-Y65钻杆材料钻杆材料API Spec 5D D, E,X-95, G-105和S-135级油管和套管油管和套管API Spec 5

27、CT/5CTM N-80（淬火并回火），C-95级， T-95 2型；最大屈服强760MPa(110ksi)等级的专用淬火并回火钢 用CrMo低合金钢（AISI 41XX及其改进型）制造的油套管在淬火并回火状态，最大硬度为30HRC且额定最小屈服强度（SMYS）等级为690，720和760MPa(100，105和110ksi)（见10.1.3节）。API Spec 5CT/5CTM H-40， N-80, P-105, P-110级最大屈服强度达到965 MPa （140ksi）等级的专用淬火并回火钢API Spec 5CT/5CTM Q-125级689.476(100)206.843(30)

28、20.684(3)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)SM-25Cr-110 SM-25Cr-80 -130 SM-25Cr-80 SM-25Cr-75 (D) SM-13Cr-80 SM-25Cr-75 -95SM-80S SM-80S(B-D) API SM80SJ55 SM90S API-L-80N80(A ) ( B)(B-D) 镍基合金C-276SM-2550(6)SM-2535(6)SM-85SSSM-90SS(C)SM-2525(5)(E)0.007(0.001)0.068(0. 01)0. 689(0. 1)6.895(1)689.476(100)6

29、9.948(10)H2S分压，KPa，(psi)CO2分压，K P a ，(psi)图图1-8 1-8 材料选择的示意图材料选择的示意图689.476(100)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)0.068(0. 01)0. 689(0. 1)6.895(1)689.476(100)69.948(10)H H2 2S S分压，分压，KPaKPa，(psi)(psi)CO2分压，KPa(psi)ABCDE图图1-9 CO1-9 CO2 2和和H H2 2S S环境下的钢级材料选择环境下的钢级材料选择A区区常规的常规的API钢级套管；钢级套管；B区区AC85；AC85M

30、；AC80；AC90；AC90M； AC80T；AC95；AC95M（AC为主抗硫钢）；为主抗硫钢）； C区区CR13；CR9（CR为主抗二氧化碳的不锈钢）；为主抗二氧化碳的不锈钢）； D区区NIC42；NIC 62；NIC32；NIC 52；NIC 25；NIC42M(NIC为抗硫抗二氧化碳钢级为抗硫抗二氧化碳钢级)；E区区CR25；CR23（CR为高含二氧化碳条件下使用）；为高含二氧化碳条件下使用）； NKK NKK专有等级的材料选择专有等级的材料选择 抗SSC材料的选择 NKACNKAC加工特点是：严格控制材料杂质，含硫量小于加工特点是：严格控制材料杂质，含硫量小于0.0050.005，

31、套管内外壁淬火。这种方法可形成马氏体结构，回火保证均匀的套管内外壁淬火。这种方法可形成马氏体结构，回火保证均匀的微观结构。热处理后进行热矫直，较之冷矫直对屈服强度影响更微观结构。热处理后进行热矫直，较之冷矫直对屈服强度影响更小。最后要进行三项检查试验：硬度试验，对每一根均进行；超小。最后要进行三项检查试验：硬度试验，对每一根均进行；超声波检查；抗声波检查；抗SSCCSSCC试验。试验。第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级2. 2. 抗硫套管抗硫套管第四节第四节 套套 管管三、套管的钢级三、套管的钢级3. 3. 抗低温用套管抗低温用套管 许多厂家提供的许多厂家提供的5555，80

32、80，9595，110110和和125125级的套管的钢材都级的套管的钢材都能满足低温下作业的需要。增加添加剂后可改善钢材的晶粒度。能满足低温下作业的需要。增加添加剂后可改善钢材的晶粒度。在在-43-43（-500F-500F）温度下，套管钢材冲击韧性为）温度下，套管钢材冲击韧性为201b.ft 201b.ft (27.1164N(27.1164Nm)m)。低温作业下套管生产厂家及商品名称见表。低温作业下套管生产厂家及商品名称见表1-1-2323。表表1-23 1-23 低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小

33、屈服强度MPa（ksi）在-43（-50。F）条件下钢材的冲击韧性DalmineD 55-AS392552 （5580）655 （95）_ _Da lmineDalmineKawasakiNipponSumitomoValloareeD 80-ASD 80L-ASKO 82LNT80LSSM 80LL-80VK552758 (80110)552655 (8095)552655 (8095)552758 (80110)552758(80110)552655 (8095)689 (100)655 (95)655 (95)689 (100)689 (100)655 (95)_ _ _20251520

34、Da lmineDalmineKawasakiNipponNippon KokanSumitomoValloareeD 95-ASD 95C-ASKO 95LNT95LSNKLT95SM95LC-95VK655862 (95125)655758 (95110)655862 (95125)655862 (95125)655862 (95125)655862 (95125)655758 (95110)724 (105)724 (105)758 (110)758 (110)758 (110)758 (110)724 (105)_ _ _2525201520DalmineKawasakiNipponN

35、ippon KokanSumitomoValloareeD 110-ASKO 110LNT110LSNKLT 110SM 110LP 110-VK758965 (110140)758965 (110140)758965 (110140)758965 (110140)758965 (110140)758965 (110140)862 (125)862 (125)862 (125)862 (125)862 (125)862 (125)_ _2025201520KawasakiNippon KokanKO 125LNKLT-1258621034 (125150)8621000 (125145)931

36、 (135)931 (135)2020l 破裂破裂(管体爆裂、管体错断、接箍纵裂、管体断裂、射孔开裂、应力管体爆裂、管体错断、接箍纵裂、管体断裂、射孔开裂、应力 腐蚀开裂腐蚀开裂)l 泄漏泄漏l 滑脱滑脱l l 表面损伤表面损伤(腐蚀、内表面被钻柱磨损腐蚀、内表面被钻柱磨损)柯深001井破裂套管井下成相照片第四节第四节 套套 管管4. 4. 套管的其他破坏形式套管的其他破坏形式l 油井管的失效模式可用八个字概括：油井管的失效模式可用八个字概括： 脱脱管体螺纹从接箍内滑脱管体螺纹从接箍内滑脱 漏漏螺纹连接处失去密封螺纹连接处失去密封 粘粘螺纹粘结螺纹粘结 挤挤管体挤毁管体挤毁 破破管体受内压爆破

37、管体受内压爆破 裂裂拉断、错断、纵裂、射孔开裂以及疲劳、应力腐蚀开裂等拉断、错断、纵裂、射孔开裂以及疲劳、应力腐蚀开裂等 磨磨如套管与钻柱相互磨损如套管与钻柱相互磨损 蚀蚀腐蚀及应力腐蚀腐蚀及应力腐蚀第四节第四节 套套 管管脱脱漏漏粘粘挤挤破破断断磨磨蚀蚀材料及冶金质量材料及冶金质量钢级钢级结构尺寸及其精度结构尺寸及其精度螺纹连接螺纹连接第四节第四节 套套 管管上百种特殊扣油套管中较典型、应用较广的上百种特殊扣油套管中较典型、应用较广的1010余种为：余种为：VAMVAM、NSCCNSCC、NK3SBNK3SB、KOXKOX。SECSEC、ARMCOARMCO、OMEGAOMEGA扣等。这些特

38、殊螺纹同时扣等。这些特殊螺纹同时兼具以下某兼具以下某些特殊性能：些特殊性能：第四节第四节 套套 管管四、套管的发展方向四、套管的发展方向1.1.特殊扣套管特殊扣套管（1）结构连接强度，与管体强度相匹配，有的甚至高于管体，适于深井、超深井；（2）密封性能好，适用于高压气井、油井和热采井；（3）抗弯能力强，适用于斜井、大位移井、水平井；（4）可快速上紧，且不易错扣，适用于沙漠、海洋等恶劣环境下的钻井作业；（5）抗粘扣性能突出，可以反复上卸扣而不易损坏；（6）抗过扭矩能力强；（7）耐腐蚀性能好。 始于始于20世纪世纪90年代，工作时膨胀管通过机械膨胀装置，靠液体压力推年代，工作时膨胀管通过机械膨胀装

39、置，靠液体压力推进，推进过程中使记过那下管件记过经过塑性变形达到扩大管径之目的进，推进过程中使记过那下管件记过经过塑性变形达到扩大管径之目的。膨胀管分为。膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管割缝膨胀管和实体膨胀管。 第四节第四节 套套 管管四、套管的发展方向四、套管的发展方向2.2.膨胀套管膨胀套管图1-12 实体膨胀管可膨胀管的应用：可膨胀管的应用：（1 1）用做应急套管，以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题。）用做应急套管，以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题。（2 2）用作尾管悬挂器。可膨胀尾管悬挂器具有尾管悬挂和密封功能，可）用作尾管悬挂器。可膨胀尾管悬挂器具有尾管悬挂和密封功能，可防

40、止环空泄漏，使环空具有必要的水力完整性，把井钻得更深。防止环空泄漏，使环空具有必要的水力完整性，把井钻得更深。（3 3）用于沙控。）用于沙控。第四节第四节 套套 管管四、套管的发展方向四、套管的发展方向2.2.膨胀套管膨胀套管 连续油管又称挠性油管、蛇形管或盘管，长度一般为几百米至几千连续油管又称挠性油管、蛇形管或盘管，长度一般为几百米至几千米不等。其产品包括速度管柱、工作管柱和连续管线管三大类，是油田米不等。其产品包括速度管柱、工作管柱和连续管线管三大类，是油田钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域中重要的作业装备钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域中重要的作业装备。 第四节第四节 套

41、套 管管四、套管的发展方向四、套管的发展方向3.3.连续管连续管 连续管是一种强度和韧性良好的钢管，主要采用连续管是一种强度和韧性良好的钢管，主要采用ERWERW焊管，目前已焊管，目前已成功生产出无缝钢管连续管；其材质也由碳钢发展到低合金钢及钛合金，成功生产出无缝钢管连续管；其材质也由碳钢发展到低合金钢及钛合金，目前正在研制符合复合材料连续管。目前正在研制符合复合材料连续管。 连续管的屈服强度一般为连续管的屈服强度一般为492Mpa492Mpa或或562Mpa562Mpa，现已发展到，现已发展到1000Mpa1000Mpa。连续管必须有良好的强韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿命。连续管必须有良

42、好的强韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿命。第四节第四节 套套 管管四、套管的发展方向四、套管的发展方向3.3.连续管连续管套管服役条件分析套管服役条件分析失效分析失效分析（统计分析、类似工况典型案例分析）（统计分析、类似工况典型案例分析）确定失效模式和主要失效抗力指标确定失效模式和主要失效抗力指标套管柱设计套管柱设计密封设计与密封设计与校核校核寿命设计与预测寿命设计与预测防腐设计与防腐设计与校核校核抗抗 拉拉抗外挤抗外挤抗内压抗内压强度设计强度设计与校核与校核套管选择（包括非套管选择（包括非API套管）套管）模拟实验验证模拟实验验证l l 英国能源部指导性技术文件规定，压力钢管横向最低英国能源

43、部指导性技术文件规定，压力钢管横向最低CVN按下式计按下式计算：算： CVN(J)= e(Mpa)/10 因此，因此，140钢级（钢级（e 980MPa ），）， CVN98J（圆整为（圆整为100J）；）； 150钢级（钢级（e 1050MPa ），）， CVN105J（圆整为（圆整为110J）；）； 170钢级（钢级（e 1200MPa ），）， CVN120J（圆整为（圆整为120J）。）。l l 钢的强度与塑性、韧性通常表现为互为消长的关系，强度高的常常塑钢的强度与塑性、韧性通常表现为互为消长的关系，强度高的常常塑性、韧性就低，反之，为求得高的塑性、韧性，必须牺牲强度。性、韧性就低，反

44、之，为求得高的塑性、韧性，必须牺牲强度。?l l S135以上钢级钻杆和以上钢级钻杆和Q125以上钢级套管，需要匹配的韧性极高，有以上钢级套管，需要匹配的韧性极高，有人称为世界级难题人称为世界级难题。近年来一直是研究的热点。近年来一直是研究的热点。第四节第四节 套套 管管如何选材？如何选材？超高强度油井管的强韧性配合超高强度油井管的强韧性配合l l 钻柱构件韧性要求最低值钻柱构件韧性要求最低值为确保为确保钻井安全钻井安全和和钻井效率钻井效率，钻柱构件的，钻柱构件的韧性韧性必须满足必须满足“先漏后先漏后破破”准则准则，即钻柱构件疲劳或腐蚀疲劳裂纹失稳扩展的临界尺寸，即钻柱构件疲劳或腐蚀疲劳裂纹失

45、稳扩展的临界尺寸应大于钻柱构件壁厚。应大于钻柱构件壁厚。从断裂力学从断裂力学角度，角度，临界裂纹尺寸临界裂纹尺寸与与(KIC/e)(KIC/e)2 2成正比成正比。因此，材。因此，材料屈服强度越高（或钻柱构件承受载荷越大），需要匹配的韧性料屈服强度越高（或钻柱构件承受载荷越大），需要匹配的韧性越高。越高。钻杆接头是否产生热裂也与韧性有关。钻杆接头是否产生热裂也与韧性有关。第四节第四节 套套 管管如何选材？如何选材？先漏后破条件下G105钻杆需要的韧性与载荷的关系第四节第四节 套套 管管如何选材？如何选材？l l 套管和油管韧性要求最低值套管和油管韧性要求最低值几年前，几年前，柯深柯深00100

46、1井完井测试时，井完井测试时，V150V150套管产生套管产生螺旋状裂纹螺旋状裂纹而导而导致这口井报废，直接损失上亿元致这口井报废，直接损失上亿元。失效分析认为，这种螺旋状裂。失效分析认为，这种螺旋状裂纹是钢管潜在的螺旋状损伤（无损探伤难以发现）在承受很高的纹是钢管潜在的螺旋状损伤（无损探伤难以发现）在承受很高的载荷（内压）后形成宏观裂纹的。而钢管的螺旋状损伤是载荷（内压）后形成宏观裂纹的。而钢管的螺旋状损伤是穿孔穿孔工工序形成的。序形成的。套管及油管内在的微小缺陷或损伤是难以避免的。其临界值与套管及油管内在的微小缺陷或损伤是难以避免的。其临界值与(K(KICIC/e e) )2 2有关，即有关，即套管强度越高，需要匹配的韧性也越高套管强度越高，需要匹配的韧性也越高。第四节第四节 套套 管管如何选材？如何选材？