ISO10400油管套管抗内压爆裂设计

随着高温(150 ℃)、高压（100 MPa）、高含H2S（2%～70%）气井日益增多,该类气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将会导致油套管串通,甚至含硫气体溢出地面,危害巨大。在油套管的设计中,尽管API 5C3给出了油管、套管的最小抗内压强度,但没有给出最大的爆裂失效强度,而准确预测出油管、套管的抗内压极限强度即爆裂强度是非常重要的。分析了ISO10400:2007标准,介绍了油管、套管抗内压爆裂计算模型,并用套管实测爆裂强度与该模型计算爆裂强度进行了对比。结果表明,该模型计算出的油管套管爆裂强度精度较高,能够较好地反映油管套管真实的抗内压强度,对改善油管套管设计具有一定的参考价值。      

油、套管抗内压爆裂设计研究

三高(高压、高产及高含H2S)气井中的油、套管设计,按现行API 5C3标准,油、套管强度常常不能满足设计要求,许多套管的实际安全系数低于设计标准,给设计造成一定的困惑。ISO10400:2007给出了两端堵口的油、套管抗内压韧性爆裂模型,但计算精度不够理想,而且有些预测值要明显高于实物爆裂值。为此,根据材料屈强比对油、套管爆裂强度影响规律进行研究,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型。数据计算对比表明,油、套管抗内压爆裂计算新模型的计算值与实物爆裂值吻合。该研究方法对优化油、套管设计和改善油、套管制造质量提供了重要的参考依据。     

油管与套管抗内压强度研究

在深井、超深井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患.文中针对API 5C3模型已不能准确预测套管实际抗内压强度的问题,研究了材料的屈强比对油、套管爆裂强度的影响规律,给出了具有更高精度的油、套管抗内压爆裂计算新模型.结果表明,该模型计算出的油管套...     

双封隔器间环空压力计算模型研究

双封隔器分层密封结构的密闭环空较高的环空压力,可能造成油管抗外挤强度及生产套管抗内压强度不足,严重时可能造成油套管柱失效或封隔器的密封失效,影响气井的正常生产作业.为此,基于流体介质的热膨胀效应,并考虑油管的弹性变形和热膨胀对环空体积的影响,建立了双封隔器间环空压力计算模型.利用建立的计算模型进行了算例分析并研究了流体...     

含微裂纹油井套管的抗内压断裂强度预测

API 5C3抗内压屈服设计的基本原理是管内壁屈服即失效,实际上,管内壁开始屈服并不会丧失密封和结构的完整性,内壁屈服在实际试验和现场应用中都体现不出来,爆裂能真实体现套管丧失密封的完整性.当裂纹深度大于管壁厚的5%时,失效形式是一种裂纹扩展失稳,应采用基于断裂力学理论的裂纹失稳断裂公式来预测套管的断裂压力,并与ISO的韧性爆裂压力对比,以二者中小者为准.ISO10400:2007给出了油井套管的JIC值,由JIC和油井套管临界应力强度因子KIc的关系可求得油井套管的KIC值,根据KIC与预测断裂压力的失效评估图(failure assessment diagram,FAD)就可以预测出不同裂纹深度油井套管的抗内压断裂强度.FAD为油井套管的抗内压设计提供了一种重要的参考依据.     

对油气井油管、套管ISO新抗挤模型的研究

在石油和天然气行业中,油管、套管是油气井生产中重要的设施,准确地预测油管、套管抗挤强度能够防止或减少油管、套管失效事故的发生。针对API 5C3计算精度偏低、对抗挤强度影响因素考虑不全面等问题,API/ISO工作组修订了现行API 5C3标准,给出了含制造缺陷（椭圆度、壁厚不均度、残余应力、制造微裂纹等）的抗挤新模型,从而大大提高了套管强度计算的科学性。研究中发现,ISO抗挤新模型并不适合所有尺寸套管强度的计算,当前研究的成果与实际情况存在一定差异,这并非是ISO工作组要研究、修订API 5C3的初衷。因此,建议后续研究者对ISO新模型进行必要的修正或改进,给出更可靠合理的计算模型。这要比单一用API 5C3设计油管、套管强度更合理,既避免了材料的浪费又能保证材料的安全可靠性。     

普光高含硫气井环空带压风险诊断与治理

含硫气井的环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,舍H2S的气体还会造成井口套管及套管头腐蚀,降低气井生产安全系数,增大事故隐患。文中针对油管、套管、封隔器的承压强度,借鉴APIRP90（（海上油气井环空套压管理》,对环空气压来源进行了分析,探索了气井的环空压力许可值理论计算方法,指出套管高压异常井应采取环空卸压和环空保护液灌注等措施,使环空压力和环空保护液的pH值均在受控范围之内,以此指导高含硫气井服役期间的安全管理。该方法已经在普光气田进行了推广应用,对于环空压力异常井的安全管理具有重要意义。     

大庆油田采油四厂三元复合驱结垢类型研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的气井油套环空工况环境,研究了抗硫套管钢P110SS在环空保护液中的腐蚀规律和与镍基合金电偶腐蚀规律,并对P110SS抗硫套管的整体性能(抗挤强度、管体屈服强度和抗内压强度)进行了计算分析研究。结果表明,在无H2S/CO2条件下,环空保护液对P110SS保护效果非常好,电偶加速P110SS腐蚀的效果不显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降很小。在p(H2S)为5.0 MPa、p(CO2)为3.0MPa的条件下,环空保护液保护效果不好,P110SS腐蚀严重,腐蚀速率呈百倍增长,电偶加速P110SS腐蚀的效果显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降严重。     

VAM丝扣油管防硫采气试验

本文在生产试验的基础上,对VAM丝扣油管的结构特点、强度、抗硫和密封性能,进行了分析对比,认为该型油管基本满足含硫气井的需要,是目前较理想的抗硫油管。     

高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压机理

在高温高压含硫气井中,环空带压值过大将会影响正常生产,一旦超过允许值将诱发潜在的安全事故。针对开采过程中井筒温度升高使密闭环空流体受热膨胀而导致的环空带压问题,建立了高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压值的计算模型,并进行了实例计算。结果表明,高温高压含硫气井环空流体热膨胀引起的带压值很有可能会引起生产管柱的失效,给油气井安全生产带来威胁。因此,有必要在井身结构设计、套管强度设计与环空保护液优选时,根据油气井正常开采的工作制度,降低开采过程中环空带压值并开展有效的环空带压管理,确保高温高压含硫气井的长期安全生产。     

高含硫探井转开发井的腐蚀评价

对于含硫油气区域的探井、探井兼开发井,如果油气产能、H2S含量及分布带有不确定性而选用镍基合金油套管,则可能会造成投资过大的风险。选用H2S酸性环境抗开裂的碳钢和低合金钢后,H2S、CO2、元素硫及地层水对油套管的电化学腐蚀变成了主要问题。这时可以通过优化完井技术,增加油套管壁厚来降低应力水平,以防止氢应力开裂;同时,增加壁厚又可以增加腐蚀余量,延长服役寿命。在概述目前国内含硫油气区域油套管腐蚀评价、防腐蚀措施和存在的问题的基础上,详细分析了基于电化学腐蚀的适用性评价、模拟元素硫的腐蚀环境设计、地层水的腐蚀与模拟试验,及自行研制的高温高压循环流动腐蚀试验仪的工作原理与流程,介绍了探井转开发井腐蚀评价实例,列举了探井转开发井投产的风险和目前已具备的条件,给出了科学的现场风险管理措施。      

有机酸盐环空保护液在元坝海相气藏的应用

元坝海相气藏具有埋藏深、高温、高压、高含硫化氢、中含二氧化碳等特性,气井生产中硫化氢、二氧化碳的存在使环空腐蚀环境极为恶劣。针对高含硫气井环空特殊的腐蚀环境,以有机酸盐为基液,添加高效咪唑啉类抗H2S和CO2缓蚀剂、铁离子稳定剂、除氧杀菌剂、助排剂、pH值调节剂,形成一套可控密度为1.59 g/cm3、抗温160℃有机酸盐环空保护液。室内评价实验表明:有机酸盐环空保护液抗高温稳定性强、腐蚀速率远低于设计要求0.076 mm/a,杀菌能力达99%以上。应用于元坝海相气藏3口超深井,取得较好效果,其中,元坝204-1H井酸压测试累计产气量133.92×104 m3/d,试气测试过程中,环空油、套管柱均无渗漏,环空保护液对油管外壁和套管内壁起到防腐作用,确保了油套管长期安全使用。     

复杂工况油套管柱失效控制与完整性技术研究进展及展望

随着对深层碳酸盐岩、新区、页岩等油气勘探开发力度的加大,油气田的地层条件和介质环境变得更为苛刻复杂,油套管柱变形、泄漏、腐蚀、挤毁、破裂等失效事故时有发生;加上特殊结构井和特殊工艺井、特殊增产改造措施等对油套管柱提出的新要求,油套管柱面临着一系列新的挑战和难题需要破解。为此,围绕我国石油天然气工业增储上产的迫切需求和深井超深井、特殊结构和特殊工艺井、强酸/大排量高压力反复酸化压裂增产改造等复杂工况油套管柱失效频发的技术难题,历经十余年攻关,取得了一系列试验研究进展与重要技术成果,主要包括:①形成了基于气井全生命周期的油套管腐蚀选材评价、腐蚀控制和油套管柱完整性技术;②形成了油套管柱螺纹连接结构和密封可靠性设计评价及配套技术;③研发并形成了低渗透致密气井经济高效开发"API长圆螺纹套管+CATTS101高级螺纹密封脂"套管柱技术;④建立了高温高压等复杂工况油套管柱结构和密封完整性试验平台和评价技术。进而根据当前国家大力提升油气勘探开发力度的新要求和面临的新问题,提出了继续深入开展深层、酸性环境、页岩气等复杂工况油套管柱失效控制与完整性研究攻关的若干建议。结论认为,上述技术成果有力地支撑了...     

非均匀套管磨损对套管强度的影响

在深井、大位移井钻井过程中,由于钻杆与套管长时间的接触会造成上层套管受到不均匀磨损,导致套管抗挤强度和抗内压强度降低,给安全钻井带来隐患。根据ISO 10400推荐的套管抗挤强度和抗内压强度计算模型,考虑磨损后套管壁厚不均度、内壁不圆度的影响,推导出了非均匀磨损套管抗挤强度和抗内压强度的计算模型,分析了套管磨损厚度对套管抗挤强度和抗内压强度的影响。计算结果表明,非均匀磨损套管的抗挤强度和抗内压强度降低百分比随套管磨损厚度的增加而增加;在相同的磨损厚度情况下,磨损后套管的抗挤强度比抗内压强度降低得更快;与磨损后CS 110T套管抗挤强度试验数据相比较,由理论计算出的非均匀套管磨损抗挤强度与实测值的相对误差在5%以内。该计算模型为深井、大位移井钻井过程中非均匀套管磨损提供了新的评价方法。     

超深井用偏梯形螺纹套管适用性研究

针对我国西部超深井固并使用的偏梯形螺纹套管发生螺纹连接处泄漏、接箍及管体破裂与变形等事故，对西部两口超深井在用和拟用的φ177．8mmx13．72mmV-150和φ177．8mmx12．65mmNK-T140两种规格BTC螺纹套管进行了管柱设计验证试验研究。试验条件模拟井下预期的载荷和压力，试验项目包括上卸扣试验、密封试验（介质为水和气两种）、强度极限试验（拉伸、水压爆破、压缩和挤毁）等。结果发现，这两种套管在密封性和强度等方面均与使用条件存在一定差异，特别是难以满足一些异常复杂超深井的要求。建议在高压超深井中用气密封性较好的特殊螺纹接头套管。对于异常高压超深井，在设计时应进行密封设计，对套管进行必要的密封和强度评价试验。     

高压气井环空压力许可值确定方法及其应用

对于高压气井,在采气过程中环空带压现象非常普遍。环空压力过高可能导致潜在的安全生产事故;若环空压力过小,则井口处油套压差过大,安全系数过低,油管长期疲劳生产,也易发生事故。因此,针对高压气井,有必要给出环空压力安全范围,以指导安全生产。为此,借助ARP RP90海上油气井环空套压管理和NORSOK D-010 油气井钻井与作业时的完整性等2个公认的国际技术标准,将带压环空进行了分类：油管-生产套管环间、生产套管-技术套管环间、两层套管环间,然后用承压构件的强度、水泥环及保护液注柱压力对气井环空的安全性能进行综合评价,给出了适合塔里木油田的高压气井环空最大、最小压力许可值的确定方法,用以指导高压气井的方案设计和安全生产。该方法已经在该油田展开现场应用,对于高压气井的环空压力安全管理具有重要意义。