石油套管

石油套管是一種大口徑管材，起到固定石油和天然氣油井壁或井孔的作用。套管是插入井孔里，用水泥固定，以幫助井眼隔開(kāi)巖層并防止井眼坍塌、同時(shí)保證鉆探泥漿循環(huán)流動(dòng)，以便于鉆探開(kāi)采。

石油套管的鋼級(jí)： H40， J55，K55， N80， L80， C90，T95， P110， Q125， V150等。套管端部加工形式： 短圓螺紋， 長(zhǎng)圓螺紋， 偏梯形螺紋， 特殊扣等。用于石油井鉆探主要用于鉆井過(guò)程中和完井后對(duì)井壁的支撐，以保證鉆井過(guò)程的進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。

石油管的重要地位

石油工業(yè)是大量使用石油管的工業(yè)，石油管在石油工業(yè)中占很重要的地位：

1、石油管用量大、花錢多，節(jié)約開(kāi)支、降低成本的潛力巨大。油井管的消耗量可按每年鉆井尺量推算。根據(jù)我國(guó)具體情況，大體上每鉆進(jìn)1m需要油井管62kg，其中套管48kg，油管10kg。鉆桿3kg，鉆鋌0.5kg；

2、石油管的力學(xué)和環(huán)境行為對(duì)石油工業(yè)采用先進(jìn)工藝和增產(chǎn)增效有著重要的影響；

3、石油管失效損失巨大，其安全可靠性和使用壽命對(duì)石油工業(yè)關(guān)系重大。

重量計(jì)算

[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)

化學(xué)成分

(1)按SY/T6194-96規(guī)定。套管及其接箍采用同一鋼級(jí)。含硫量<0.045%，含磷量<0.045%；

(2)按GB/T222-84的規(guī)定取化學(xué)分析樣。按GB223中有關(guān)部分的規(guī)定進(jìn)行化學(xué)分析；

(3)美國(guó)石油學(xué)會(huì)API SPEC 5CT 1988第1版規(guī)定?；瘜W(xué)分析按ASTME59最新版本制樣，按ASTME350最新版本進(jìn)行化學(xué)分析。

物理性能

(1)按SY/T6194-96規(guī)定。作壓扁試驗(yàn)(GB246-97)拉力試驗(yàn)(GB228-2010)及水壓試驗(yàn)；

(2)按美國(guó)石油學(xué)會(huì)APISPEC5CT1988年第1版規(guī)定作靜水壓試驗(yàn)、壓扁試驗(yàn)、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)(ASTME18或E10最新版本規(guī)定進(jìn)行)、拉伸試驗(yàn)、橫向沖擊試驗(yàn)(ASTMA370、ASTME23和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)最新版本規(guī)定進(jìn)行)、晶粒度測(cè)定(ASTME112最新版本或其他方法)。

27MnCrV是生產(chǎn)TP110T鋼級(jí)石油管套的新型鋼種，常規(guī)生產(chǎn)TP110T鋼級(jí)石油管套鋼種是29CrMo44和26CrMo4。相對(duì)于后兩者，27MnCrV含有較少的Mo元素，可以極大地降低生產(chǎn)成本。然而采用正常的奧氏體化淬火處理工藝生產(chǎn)27MnCrV后存在明顯的高溫回火脆性，造成沖擊韌性偏低且不穩(wěn)定。

解決此類問(wèn)題通常采用兩種方法處理：一是采用回火后快速冷卻的方法避免高溫脆性，獲取韌性。、二是亞溫淬火法通過(guò)鋼種的不完全奧氏體化以有效地改善有害元素及雜質(zhì)，提高韌性。第一種方法，對(duì)熱處理設(shè)備要求相對(duì)嚴(yán)格，需要添加額外成本。

27MnCrV鋼的AC1=736℃，AC3=810℃，亞溫淬火時(shí)加熱溫度在740-810℃之間選取。亞溫淬火選取加熱溫度780℃，淬火加熱的保溫時(shí)間15min；淬火后回火選取溫度630℃，回火加熱保溫時(shí)間50min。由于亞溫淬火在α γ兩相區(qū)加熱，在保留部分未溶解鐵素體狀態(tài)下進(jìn)行淬火，在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，韌性得到提高。

同時(shí)低溫淬火較常規(guī)溫度低，減小了淬火的應(yīng)力，從而減小了淬火的變形，這樣保證了熱處理的生產(chǎn)的順利操作，而且為后續(xù)的車絲加工等提供了很好的原料。

該工藝在加工廠已得以應(yīng)用，質(zhì)保數(shù)據(jù)表明，熱處理后的鋼管屈服強(qiáng)度Rt0.6在820-860MPa，抗拉強(qiáng)度Rm在910-940MPa，沖擊韌性Akv在65-85J間，抗毀性能100%合格。數(shù)據(jù)表明，27MnCrV鋼管已是相當(dāng)優(yōu)質(zhì)的高鋼級(jí)石油套管，另一方面也表明了亞溫淬火工藝是鋼制品生產(chǎn)中避免高溫脆性時(shí)的一種方法。

石油專用管主要用于油、氣井的鉆探及油、氣的輸送。它包括石油鉆管、石油套管、抽油管。石油鉆管主要用于連接鉆鋌和鉆頭并傳遞鉆井動(dòng)力。石油套管主要用于鉆井過(guò)程中和完井后對(duì)井壁的支撐，以保證鉆井過(guò)程的進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。抽油管主要將油井底部的油、氣輸送到地面。

石油套管是維持油井運(yùn)行的生命線。由于地質(zhì)條件不同，井下受力狀態(tài)復(fù)雜，拉、壓、彎、扭應(yīng)力綜合作用作用于管體，這對(duì)套管本身的質(zhì)量提出了較高的要求。一旦套管本身由于某種原因而損壞，可能導(dǎo)致整口井的減產(chǎn)，甚至報(bào)廢。

按鋼材本身的強(qiáng)度套管可分為不同鋼級(jí)，即J55、K55、N80、L80、C90、T95、P110、Q125、V150等。井況、井深不同，采用的鋼級(jí)也不同。在腐蝕環(huán)境下還要求套管本身具有抗腐蝕性能。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地方還要求套管具有抗擠毀性能。

石油套管的防腐對(duì)策

1、首先抓好水質(zhì)達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格水質(zhì)檢測(cè)和管理。實(shí)行清污分注，加強(qiáng)主水管道的清洗工作，做到站內(nèi)、井底水質(zhì)達(dá)標(biāo)，減少腐蝕源引入環(huán)形空間；

2、對(duì)已新投產(chǎn)的注水井，采取以投加殺菌為主的環(huán)空保護(hù)液，并且形成制度，定期投加；

3、鑒于機(jī)械擦傷對(duì)石油套管腐蝕產(chǎn)生加速作用，建議在油管接箍上加一橡膠圈或在井斜嚴(yán)重部位加一扶正器，避免在作業(yè)過(guò)程以及注水過(guò)程中油管刮傷套管以及一側(cè)接觸套管；

4、針對(duì)垢下細(xì)菌腐蝕嚴(yán)重及高溫時(shí)SRB生長(zhǎng)緩慢和殺死情況，可定期向環(huán)空注入100攝氏度的高溫水或水蒸氣以殺死垢下SRB；

5、在注水井套管內(nèi)腐蝕未得到有效控制前，不建議推廣采用陰極保護(hù)和涂層套管。

(1)國(guó)產(chǎn)套管按SY/T6194-96規(guī)定，套管長(zhǎng)度不定尺，其范圍8-13m。但不短于6m的套管可以提供，其數(shù)量不得超過(guò)20%。

(2)套管的內(nèi)外表面不得有折疊、發(fā)紋、離層、裂紋、軋折和結(jié)疤。這些缺陷應(yīng)完全清除掉，清除深度不得超過(guò)公稱壁厚的12.5%。

(3)接箍外表面不得有折疊、發(fā)紋、離層、裂紋、軋折、結(jié)疤等缺陷。

(4)套管及接箍螺紋表面應(yīng)光滑，不允許有毛刺、撕破及足以使螺紋中斷影響強(qiáng)度和緊密連接的其他缺陷。

按美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)APISPEC5CT1988年第1版，套管鋼級(jí)分H-40、J-55、K-55、N-80、C-75、L-80、C-90、C-95、P-110、Q-125共10種。套管應(yīng)帶螺紋和接箍供貨，或按下述任一管端形式供貨：平端、圓螺紋不帶接箍或帶接箍，偏梯形螺紋帶接箍或不帶接箍，直連型螺紋、特殊端部加工、密封圈結(jié)構(gòu)。

石油套管產(chǎn)地

(1)石油套管主要進(jìn)口國(guó)家有：德國(guó)、日本、羅馬尼亞、捷克、意大利、英國(guó)、奧地利、瑞士、美國(guó)，阿根廷、新加坡也有進(jìn)口。進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)多參照美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API5A，5AX，5AC。鋼級(jí)是H-40，J-55，N-80，P-110，C-75，C-95等。規(guī)格主要為139.77.72R-2，177.89.19R-2，244.58.94R-2，244.510.03R-2，244.511.05R-2等。

(2)API規(guī)定長(zhǎng)度有三種：即R-1為4.88～7.62m，R-2為7.62～10.36m，R-3為10.36m至更長(zhǎng)。

(3)部分進(jìn)口貨物標(biāo)有LTC字樣，即長(zhǎng)絲扣套管。

(4)從日本進(jìn)口套管除采用API標(biāo)準(zhǔn)外，還有少部分執(zhí)行日本廠方標(biāo)準(zhǔn)(如新日鐵、住友、川崎等)，鋼號(hào)是NC-55E，NC-80E，NC-L80，NC-80HE等。

(5)在索賠案例中，出現(xiàn)過(guò)黑扣、絲扣損傷，管體折疊，斷扣和螺紋緊密距超差，接箍J值超差等外觀缺陷及套管脆裂、屈服強(qiáng)度低等內(nèi)在品質(zhì)問(wèn)題。

石油套管包裝

按SY/T6194-96規(guī)定，國(guó)產(chǎn)套管應(yīng)以鋼絲或鋼帶捆扎。每根套管及接箍螺紋的露出部分均應(yīng)擰上保護(hù)環(huán)以保護(hù)螺紋。

在石油開(kāi)采過(guò)程中使用的不同類型的套管：

表層石油套管：保護(hù)鉆井，使其避免受淺水層及淺氣層污染， 支撐井口設(shè)備并保持套管的其他層重量。

技術(shù)石油套管：分隔不同層面的壓力，以便鉆液額度正常流通并保護(hù)生產(chǎn)套管，在鉆井內(nèi)安裝反爆裂裝置、防漏裝置及尾管。

油層石油套管：將石油和天然氣從地表下的儲(chǔ)藏層里導(dǎo)出。 用于保護(hù)鉆井，將鉆探泥漿分層。石油套管生產(chǎn)時(shí)，外徑通常為114.3毫米到508毫米。

石油套管種類及包裝按SY/T6194-96“石油套管”分短螺紋套管及其接箍和長(zhǎng)螺紋套管及其接箍?jī)煞N。

經(jīng)過(guò)近20年的努力，我國(guó)油套管的生產(chǎn)從無(wú)到有，從低價(jià)位到高價(jià)位，從低鋼級(jí)到API系列產(chǎn)品再到特殊需求的非API產(chǎn)品，從數(shù)量到質(zhì)量都已接近國(guó)外油套管產(chǎn)品的水平。我國(guó)油井管的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率已經(jīng)超過(guò)80%，并且已連續(xù)多年成為凈出口產(chǎn)品。

2011年，我國(guó)原油產(chǎn)量達(dá)到2.04億噸，與2010年同期相比增長(zhǎng)0.32%；天然氣產(chǎn)量達(dá)到1025.31億立方米，同比增長(zhǎng)6.9%，創(chuàng)歷史新高。我國(guó)仍處于城鎮(zhèn)化、工業(yè)化快速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年石油需求年均增長(zhǎng)4%左右。石油需求量的不斷增長(zhǎng)促進(jìn)了我國(guó)石油鉆采設(shè)備需求量的不斷上升。

從我國(guó)國(guó)內(nèi)區(qū)域分布來(lái)看，油套管的需求已不再集中于東部地區(qū)。從國(guó)內(nèi)油氣田開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)看，從最初開(kāi)發(fā)大慶、遼河、勝利等東部油田后來(lái)轉(zhuǎn)向四川、新疆等西部油田發(fā)展，關(guān)注海上油田的趨勢(shì)，此外還將從陸地向?yàn)┩?、從淺海向深海發(fā)展，加之鉆井深度越來(lái)越深，鉆井工作狀況日趨復(fù)雜，對(duì)油套管的要求必然越來(lái)越高。