石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管,以保证钻井过程进行和完井后整个油井的正常运行。每一口井根据不同的钻井深度和地质情况,要使用几层套管。套管下井后要采用水泥固井,它与油管、钻杆不同,不可以重复使用,属于一次性消耗材料。所以,套管的消耗量占全部油井管的70%以上。套管按使用情况可分为:导管、表层套管、技术套管和油层套管。
定义
石油专用管主要用于油、气井的钻探及油、气的输送。它包括石油钻管、石油套管、抽油管。石油钻管主要用于连接钻铤和钻头并传递钻井动力。石油套管主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑,以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。抽油管主要将油井底部的油、气输送到地面。
石油套管是维持油井运行的生命线。由于地质条件不同,井下受力状态复杂,拉、压、弯、扭应力综合作用作用于管体,这对套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏,可能导致整口井的减产,甚至报废。
按钢材本身的强度套管可分为不同钢级,即J55、K55、N80、L80、C90、T95、P110、Q125、V150等。井况、井深不同,采用的钢级也不同。在腐蚀环境下还要求套管本身具有抗腐蚀性能。在地质条件复杂的地方还要求套管具有抗挤毁性能。
制备
27MnCrV是生产TP110T钢级石油管套的新型钢种,常规生产TP110T钢级石油管套钢种是29CrMo44和26CrMo4。相对于后两者,27MnCrV含有较少的Mo元素,可以极大地降低生产成本。然而采用正常的奥氏体化淬火处理工艺生产27MnCrV后存在明显的高温回火脆性,造成冲击韧性偏低且不稳定。
解决此类问题通常采用两种方法处理:一是采用回火后冷却的方法避免高温脆性,获取韧性。、二是亚温淬火法通过钢种的不完全奥氏体化以有效地改善有害元素及杂质,提高韧性。种方法,对热处理设备要求相对严格,需要添加额外成本。
27MnCrV钢的AC1=736℃,AC3=810℃,亚温淬火时加热温度在740-810℃之间选取。亚温淬火选取加热温度780℃,淬火加热的保温时间15min;淬火后回火选取温度630℃,回火加热保温时间50min。由于亚温淬火在α+γ两相区加热,在保留部分未溶解铁素体状态下进行淬火,在保持较高强度的同时,韧性得到提高。
同时低温淬火较常规温度低,减小了淬火的应力,从而减小了淬火的变形,这样保证了热处理的生产的顺利操作,而且为后续的车丝加工等提供了很好的原料。
该工艺在天津钢管集团的管加工厂已得以应用,质保数据表明,热处理后的钢管屈服强度Rt0.6在820-860MPa,抗拉强度Rm在910-940MPa,冲击韧性Akv在65-85J间,抗毁性能100%合格。数据表明,27MnCrV钢管已是相当优质的高钢级石油套管,另一方面也表明了亚温淬火工艺是钢制品生产中避免高温脆性时的一种极好方法。
用途
石油套管是一种大口径管材,起到固定石油和天然气油井壁或井孔的作用。套管是插入井孔里,用水泥固定,以防止井眼隔开岩层和井眼坍塌、并保证钻探泥浆循环流动,以便于钻探开采。
石油套管的钢级: H40, J55,K55, N80, L80, C90,T95, P110, Q125, V150等。套管端部加工形式: 短圆螺纹, 长圆螺纹, 偏梯形螺纹, 特殊扣等。用于石油井钻探主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑,以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。
石油管的重要地位
石油工业是大量使用石油管的工业,石油管在石油工业中占很重要的地位:
1 石油管用量大、花钱多,节约开支、降低成本的潜力巨大。油井管的消耗量可按每年钻井尺量推算。根据我国具体情况,大体上每钻进1m需要油井管62kg,其中套管48kg,油管10kg。钻杆3kg,钻铤0.5kg;
2 石油管的力学和环境行为对石油工业采用工艺和增产增效有着重要的影响;
3 石油管失效损失巨大,起安全可靠性和石油寿命对石油工业关系重大。
结构
重量计算
[(外径-壁厚)壁厚]0.02466=kg/米(每米的重量)
化学成分
(1)按SY/T6194-96规定。套管及其接箍采用同一钢级。含硫量0.045%,含磷量0.045%;
(2)按GB/T222-84的规定取化学分析样。按GB223中有关部分的规定进行化学分析;
(3)美国石油学会API SPEC 5CT 1988第1版规定。化学分析按ASTME59版本制样,按ASTME350版本进行化学分析。
物理性能
(1)按SY/T6194-96规定。作压扁试验(GB246-97)拉力试验(GB228-87)及水压试验;
(2)按美国石油学会APISPEC5CT1988年第1版规定作静水压试验、压扁试验、硫化物应力腐蚀开裂试验、硬度试验(ASTME18或E10版本规定进行)、拉伸试验、横向冲击试验(ASTMA370、ASTME23和有关标准版本规定进行)、晶粒度测定(ASTME112版本或其他方法)。
种类
在石油开采过程中使用的不同类型的套管: 表层石油套管 - 保护钻井,使其避免受浅水层及浅气层污染, - 支撑井口设备并保持套管的其他层重量。技术石油套管 - 分隔不同层面的压力,以便钻液额度正常流通并保护生产套管。 - 以便在钻井内安装反爆裂装置、防漏装置及尾管。油层石油套管 - 将石油和天然气从地表下的储藏层里导出。 - 用于保护钻井,将钻探泥浆分层。石油套管生产时,外径通常为114.3毫米到508毫米。
保护钻井,使其避免受浅水层及浅气层污染,- 支撑井口设备并保持套管的其他层重量。
技术石油套管- 分隔不同层面的压力,以便钻液额度正常流通并保护生产套管。- 以便在钻井内安装反爆裂装置、防漏装置及尾管。
油层石油套管- 将石油和天然气从地表下的储藏层里导出。- 用于保护钻井,将钻探泥浆分层。石油套管生产时,外径通常为114.3毫米到508毫米。
石油套管种类及包装按SY/T6194-96“石油套管”分短螺纹套管及其接箍和长螺纹套管及其接箍两种。
历史发展
经过近20年的努力,我国油套管的生产从无到有,从低价位到高价位,从低钢级到API系列产品再到特殊需求的非API产品,从数量到质量都已接近国外油套管产品的水平。我国油井管的国内市场占有率已经超过80%,并且已连续多年成为净出口产品。
2011年,我国原油产量达到2.04亿吨,与2010年同期相比增长0.32%;天然气产量达到1025.31亿立方米,同比增长6.9%,创历史新高。我国仍处于城镇化、工业化发展阶段,预计未来几年石油需求年均增长4%左右。石油需求量的不断增长促进了我国石油钻采设备需求量的不断上升。
从我国国内区域分布来看,油套管的需求已不再集中于东部地区。从国内油气田开发的趋势看,从初开发大庆、辽河、胜利等东部油田后来转向四川、新疆等西部油田发展,关注海上油田的趋势,此外还将从陆地向滩涂、从浅海向深海发展。中航钢管认为加之钻井深度越来越深,钻井工作状况日趋复杂,对油套管的要求必然越来越高。
注意事项
石油套管的防腐对策
1. 首先抓好水质达标,严格水质检测和管理。实行清污分注,加强主水管道的清洗工作,做到站内、井底水质达标,减少腐蚀源引入环形空间;
2. 对已新投产的注水井,采取以投加杀菌为主的环空保护液,并且形成制度,定期投加;
3. 鉴于机械擦伤对石油套管腐蚀产生加速作用,建议在油管接箍上加一橡胶圈或在井斜严重部位加一扶正器,避免在作业过程以及注水过程中油管刮伤套管以及一侧接触套管;
4. 针对垢下细菌腐蚀严重及高温时SRB生长缓慢和杀死情况,可定期向环空注入100摄氏度的高温水或水蒸气以杀死垢下SRB;
5. 在注水井套管内腐蚀未得到有效控制前,不建议推广采用阴极保护和涂层套管。
包装贮藏
按美国石油学会标准APISPEC5CT1988年第1版,套管钢级分H-40、J-55、K-55、N-80、C-75、L-80、C-90、C-95、P-110、Q-125共10种。套管应带螺纹和接箍供货,或按下述任一管端形式供货:平端、圆螺纹不带接箍或带接箍,偏梯形螺纹带接箍或不带接箍,直连型螺纹、特殊端部加工、密封圈结构。
产地
(1)石油套管主要进口国家有:德国、日本、罗马尼亚、捷克、意大利、英国、奥地利、瑞士、美国,阿根廷、新加坡也有进口。进口标准多参照美国石油学会标准API5A,5AX,5AC。钢级是H-40,J-55,N-80,P-110,C-75,C-95等。规格主要为139.77.72R-2,177.89.19R-2,244.58.94R-2,244.510.03R-2,244.511.05R-2等。
(2)API规定长度有三种:即R-1为4.88~7.62m,R-2为7.62~10.36m,R-3为10.36m至更长。
(3)部分进口货物标有LTC字样,即长丝扣套管。
(4)从日本进口套管除采用API标准外,还有少部分执行日本厂方标准(如新日铁、住友、川崎等),钢号是NC-55E,NC-80E,NC-L80,NC-80HE等。
(5)在索赔案例中,出现过黑扣、丝扣损伤,管体折叠,断扣和螺纹紧密距超差,接箍J值超差等外观缺陷及套管脆裂、屈服强度低等内在品质问题。
包装
按SY/T6194-96规定,国产套管应以钢丝或钢带捆扎。每根套管及接箍螺纹的露出部分均应拧上保护环以保护螺纹。
