含Cr钢油井套管CO2耐蚀性能研究

针对某油田油井套管破损严重的问题,对J55钢和3Cr、5Cr、9Cr和13Cr钢在含CO2油井模拟工况环境中的腐蚀速率进行了测试试验。结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,相对于J55钢,含Cr的合金钢腐蚀速率较低,且随着Cr含量的增大,腐蚀速率降低程度增大,Cr钢表面腐蚀产物膜表面Cr的富集程度增加,尤其13Cr最为明显,Cr的腐蚀产物主要为非晶态的Cr（OH）3。评价5种材质的耐蚀性能,为含CO2油井套管的选材提供理论依据。     

J55石油套管在地热水环境中腐蚀行为研究

土热水的矿化度非常高,单纯沿用油气装备是否能满足地热水开采要求尚不可知。鉴于此,选取不同腐蚀强度的地热井作为模拟工况,采用挂片方式进行试验模拟,研究J55石油套管在不同地热水中的腐蚀行为,并探讨其腐蚀规律及机理。研究结果表明:J55石油套管在地热水中的腐蚀速率较高,均匀腐蚀速率在0.5 mm/a以上,属于极严重腐蚀,如果在地热开采过程中长期使用极易出现套管穿孔或断裂事故;腐蚀产物以FeCO_3为主,在1号工况下材料表面形成了CaCO_3垢层,CaCO_3垢层对腐蚀起到了抑制作用,但是垢层存在明显的空隙,极易发生局部腐蚀现象。由此可见,J55石油套管不能满足地热水开发要求。     

某区块油井套管腐蚀破坏机理及防护措施研究

为了研究国内某区块油井套管破损的机理及防治措施,采用对比分析方法对油井采出水组分及油管内外壁腐蚀层、固井质量与套管破损失效模式进行了系统研究,并对J55钢在模拟工况环境中的腐蚀速率进行了测试试验。结果表明:该区块油井采出液CO2含量高,且存在硫酸盐还原菌（SRB）及少量O2,腐蚀产物含有FeCO3,腐蚀方式以CO2为主,伴随有细菌腐蚀和微量的氧腐蚀;油管的外壁和套管的内壁所处介质相同,由油管外壁腐蚀严重,得出套管内壁的腐蚀也应严重,则套破主要由套管内腐蚀发生。在套管破损机理分析之上,针对性的筛选出了一种桐油咪唑啉缓蚀剂,对CO2腐蚀控制提供理论依据。     

套管-水泥环-地层系统应力分布规律研究

在推导非均匀地应力下套管抗挤强度的解析解时,国内外许多学者采用将其分解为均匀地应力和偏差地应力两个子问题求解的方法,使问题复杂化;又因为在推导套管载荷的解析解过程中省略了小量值,还影响到求解的精度。为此,以弹性力学为基础,推导出了计算套管-水泥环-地层系统应力的线性方程组,并利用matlab7.0编制了相应的计算机程序求解。该方法推导过程简单、求解精度高,所得结果与有限元结果相比,相对误差小于0.3%。实例分析结果表明:在非均匀地应力下套管径向压力的最大值方向指向原地应力场中最小主应力,而水泥环径向压力的最大值方向指向原地应力场中最大主应力。     

蠕变地层水泥环特性对套管应力的影响

蠕变地层套管应力计算是采取套损预防措施的依据,目前采用非均匀地应力作为套管水泥环力学模型边界条件的套管应力计算方法与实际情况不符。提出了蠕变地层套管应力计算应将均匀地应力作为其边界条件的有限元力学模型,并分析了水泥环椭圆度和弹性模量对套管应力的影响:当水泥环弹性模量小于等于地层弹性模量时,套管最大应力出现在最小水平地应力方向,反之则出现在最大水平地应力方向;套管峰值应力随着水泥环椭圆度的增大而增加,套管由缩颈损坏转变为挤扁损坏;蠕变地层水泥环弹性模量与地层弹性模量和井眼椭圆度之间存在合理的匹配关系,改变水泥环弹性模量是降低蠕变地层套管应力的最有效方法。该规律的得出有助于加深套损机理的认识和套损预防措施的实施。（）     

模拟局部腐蚀条件下套管强度的研究

通过力学测试方法研究了J55套管在模拟局部腐蚀条件下的拉伸强度及抗外挤强度,分析了在局部腐蚀条件下两个不同生产厂家的套管拉伸强度及抗外挤强度变化规律以及局部腐蚀条件下缺陷类型对套管强度的影响规律。得出了局部腐蚀条件下套管屈服载荷和抗拉载荷的大小取决于试样最小截面面积,及其不同缺陷下强度的大小关系;得出了外挤载荷与变形量之间的关系。     

水泥环对套管应力影响的模拟与分析

固井施工以下套管和注水泥来建立油气安全生产通道,该安全通道由套管、水泥环和地层构成,而不同地层和水泥环环境会改变套管应力分布,影响油气安全生产。本文基于直井的地层-水泥环-套管耦合平面弹性应变模型,并借助ABAQUS有限元软件,分析了水泥环弹性模量以及水泥环缺失(包括周向缺失与径向缺失)对套管应力分布的影响,以期得到水泥环弹性模量及水泥环缺失对套管应力分布的影响规律。由于井下实际情况复杂,全实物模拟套管在井眼中所处的状况实属不易,本文借助有限元软件ABAQUS对井下套管应力分布进行了较为全面的模拟和分析。分析结果对固井后套管应力分布优化具有一定的参考价值。     

C型环试验的加载应力计算

推导了C型环的挠度——应力关系式，对NACE TM0177和GB／T15970．5中的加载应力计算公式进行了比较和讨论；进行了C型环应力与加载挠度的测试，通过公式计算应力值与实际应力值的比较，对加载应力误差进行了分析和讨论，进一步确定了这两个标准各自的适用范围，推荐了对试件进行合理加载的方式。     

HFW套管焊缝不同缺口位置的韧性研究

通过对不同厂家J55钢HFW套管焊缝进行系列夏比冲击试验,分别使用维氏硬度、金相观察和扫描电镜方法对焊缝处韧性、硬度、微观组织和断口特征进行了研究。结果表明,随着V形缺口底部圆弧中点与焊缝熔合线间距的增加,珠光体数量增多,硬度增大,冲击韧性逐步增高且离散度增大,断口形貌由脆性解理断口转变为韧窝型断口。提出了在HFW套管焊缝冲击韧性检测时应增加试样数量并控制V形缺口底部圆弧中点与焊缝熔合线间距的建议。     

套管加厚对套损的影响分析

随着江苏油田生产时间的不断延长,开发方案的不断调整,钻井施工、强化采油措施和修井作业的实施,导致了油水井套管状况逐渐变差、损坏。通过对A、B、C三个重点套损区块相应年份所有投产井的统计分计,发现截止到2016年12月份,B、C区块取得很好的效果。自2014年以来,全面采用加厚套管,套损率大幅降低,B区块节约修井投资600万,C区块节约修井投资960万。     

ERW套管与无缝套管残余应力及外压挤毁试验研究

为了促进国产直缝电阻焊(ERW)套管在油田的广泛应用,对ERW套管与无缝套管的尺寸精度、残余应力和管体挤毁压力进行了试验研究.结果表明,国产ERW套管在几何尺寸、残余应力及抗挤强度等方面和无缝套管相比有较大的优势.当其他条件相同时,采用ERW套管可解决选用套管的抗挤强度不足问题,满足石油行业对套管柱环空、抗挤的高要求.     

油井套管应力检测仪器研制与应用

利用逆磁致伸缩效应的铁磁材料应力无损检测技术在无损检测领域中已经发展成熟.在此基础上,开发了一种可以在套管发生塑性形变之初就可能给出套管损坏预报的油井套管应力检测仪.它在大庆油田5口套损井的检测试验表明:该仪器对套管微变形反映明显,此方法在套管检测方面具有其优势.     

中碳J55钢HFW焊接油井管钩状裂纹缺陷分析

钩状裂纹缺陷是导致中碳J55钢超声波探伤不合格的主要原因。针对中碳J55钢HFW焊接过程中出现的不同钩状裂纹缺陷进行了分析,并提出了改进措施。研究结果表明,造成中碳J55钢HFW焊接钩状裂纹的主要原因为钢中的大颗粒夹杂物以及板厚1/4位置严重偏析,且现有的夹杂物及带状组织检验标准难以对J55钢的质量进行有效管控。通过减少单中包连浇炉次、增加铸坯头尾切废量以及改用直弧形连铸机等措施,钩状裂纹缺陷率可大幅降低。     

套管钻井扭转残余应力对套管抗挤强度的影响

套管钻井中套管管柱的旋转动力来自井口所施加的扭矩。讨论了在套管钻井中不同扭矩下扭转状态的确定方法，对应不同的扭矩，套管具有弹性、弹塑性和塑性三种不同的扭转状态；讨论了不同扭转状态下残余应力的分布情况，计算了在弹塑性扭转和塑性扭转情况下的平均残余应力，推导了考虑残余应力影响下的套管抗挤强度修正公式。算例分析结果显示，在发生弹塑性扭转的情况下残余应力使套管抗挤强度下降了0．033％，在保证管体不发生几何形状改变的条件下，可忽略残余应力对套管抗挤强度的影响。