石油套管用N80钢的研制

介绍了本溪钢铁公司和海特钢管厂联合研制石油套管用N80钢和ERW套管的情况。对研制的N80钢和ERW套管的化学成分、拉伸性能、冲击韧性、金相组织等进行了试验和分析。经中国石油天然气集团公司管材研究所评定,各项性能指标完全能够满足APISPEC5CT标准的要求。     

石油套管钢N80的显微组织分析

通过对N80套管钢微观组织进行光镜和透射电镜分析，发现试样中含高位错密度的板条束状铁素体是针状铁素体，在试样中还发现少量典型的贝氏体，因而确定N80套管钢的组织为针状铁素体和少量贝氏体。     

N80钢级直缝高频焊石油套管的研制

为了进一步提升高频电阻焊套管的韧性,实现母材与焊缝“等韧性”匹配,采用高频焊+全管体调质热处理工艺试制N80钢级Φ244.48 mm×11.05 mm套管,并对试制产品进行性能检测评价。结果表明,管体的几何尺寸、理化性能和全尺寸实物性能均满足相关标准要求,且经全管体调质处理后,HFW套管的焊缝、热影响区和母材组织性能差异较小,基本实现了焊缝与母材“等韧性”匹配,同时套管尺寸精度较高,性能均匀,具有良好的抗挤毁性能,为油田客户降本增效提供了产品保障。     

N80钢级HFW套管的研发

研究了N80-1和N80-Q两种交货状态下HFW套管的力学性能、微观组织、残余应力以及沟槽腐蚀性能。研究发现,N80-1组织为铁素体、珠光体及少量贝氏体,N80-Q组织主要是回火索氏体,且N80-1焊缝中心有一明显沿纵向的金属流线,而N80-Q金属流线宽度变窄,而且模糊不清。通过TEM观测,N80-1焊缝附近母材区珠光体的片层结构完整清晰,而焊缝区的珠光体片短小、且杂乱无章,这种微观组织必然对应较高的残余应力。N80-1 HFW焊管宏观残余应力达到235～258 MPa,而N80-Q残余应力很小,整管热处理可以有效地消除焊管残余应力,但增加了生产成本。随着加载应力的增大,沟槽腐蚀敏感性线性增大。     

N80钢的CO_2腐蚀行为试验研究

我国中西部的油田,大多面临严重的CO2腐蚀危害。为更清楚了解油管套管常用的N80钢在现场条件下腐蚀形貌、腐蚀速率等腐蚀行为,为油田选材提供依据,进行了模拟现场环境的腐蚀试验研究。研究结果表明,在温度为92℃、介质流速为12m/s、CO2分压为29648kPa、总矿化度为346g/L的水介质中,N80钢的平均腐蚀速率为08224mm/a,按NACE RP—0775—91标准属于极严重腐蚀;腐蚀试样表面除了存在大面积凹陷外,还有较深的腐蚀坑;金属表面腐蚀产物分为三层,各层形态和成分不同,但都不很致密;腐蚀产物主要是碳酸的复盐和Fe3C。     

中段改性石油套管抗弯扭能力有限元分析

套管中段减薄改填碳纤维是N80石油套管开发的一种新生产工艺。本文建立了改性套管的弯扭力学模型,利用ABAQUS有限元分析软件,基于Newton-Raphson接触算法分析了改性套管的抗弯扭能力。计算结果显示:改进后的N80石油套管可减轻套管重量、降低成本并能有效提高抗弯扭能力。     

N80 HFW套管试制工艺研究

介绍了采用高频直缝焊接工艺生产的高钢级油井专用管,重点研究了φ139.7mm（51/2in） N80套管原材料化学成分及试制过程中成型、焊接等工序的工艺参数和质量控制关键点。产品检测结果表明,产品的各项性能指标远高于API 5CT标准,同时也探讨了进一步改进的方向。     

N80油套管钢腐蚀规律的实验研究及分析

针对某油田比较严重的N80油套管腐蚀现象,采用动态腐蚀挂片法研究了不同腐蚀影响因素对腐蚀速率的影响,定性研究了各腐蚀影响因素的腐蚀影响规律。     

J55钢级SEW管坯调质生产N80Q套管工艺研究

为了拓展J55钢级（TG22）管坯的应用范围,降低N80Q套管的生产成本,对Φ139.7 mm×7.72 mm 规格的J55钢级SEW管坯进行了调质生产N80Q套管的工艺试验,并对热处理后的管坯进行了试验检测。试验结果显示,除了1#工艺生产的管坯性能超出标准范围外, 其他3种工艺调质生产的N80Q SEW套管均符合API SPEC 5CT标准要求。随后采用优化后的热处理工艺进行了小批量试制,并对试制套管进行了检测,结果表明,试制管坯均达到了API标准要求,性能稳定,采用的热处理工艺可行。     

ERW石油套管的应用及市场分析

ERW套管和无缝套管相比,具有尺寸精度高、焊缝韧性好、抗挤压性能好、质量易于控制以及成本低等优势.在发达国家,ERW套管已取代了相当一部分无缝套管,用量占套管总用量的50%以上.我国在这一领域起步较晚,但近几年ERW套管的使用比例已有所扩大.分析了国内外ERW套管的生产制造现状和油井管的实际使用情况,可以看出,随着钢材冶炼技术的发展,ERW套管将会进一步扩大其在油井管中的比例.     

冲击载荷作用下套管螺纹连接的有限元分析

套管振荡器在振动固井过程中,会对套管产生周期性冲击,可能会引起套管损坏,而螺纹连接是套管柱中最薄弱的环节,有必要进一步对冲击载荷作用下的套管螺纹连接应力场进行研究。以API?139.7 mm×7.72 mm N80钢级的圆螺纹套管的螺纹连接部分为研究对象,分析了套管螺纹连接部分的应力强度和在冲击载荷作用下螺纹连接部分的应力分布规律。研究结果表明:在上扣扭矩、轴向拉伸和内压等复合载荷作用下套管内、外螺纹接触应力均出现两头高中间低的分布状态;随着上扣扭矩的增加、轴向拉应力的加大和内压的增高,套管螺纹连接部分整体Von Mises应力均呈现升高的趋势;螺纹牙承载侧的接触压应力要普遍高于导向侧;套管振荡器对套管的周期性冲击不会造成破坏。所得结论可为有冲击载荷作用的振动固井技术提供理论支持。     

对石油套管螺纹毛刺的分析

在石油套管螺纹的一般加工过程中,螺纹头部经常形成飞起的毛刺．螺纹的上卸和试验和拉伸破坏试验表明：毛刺的存在会导致螺纹连接上扣扭矩过大,外露扣多及粘扣的发生,同时降低螺纹的连接强度。文中最后提出了套管螺纹在数控加工程序中,增加一道横加工工序,将毛利刮掉的有效办法．     

套管膨胀过程数值模拟与试验研究

采用弹塑性有限元接触方法建立了J55钢级φ114.3 mm套管膨胀过程的力学模型,模拟分析膨胀过程,得出了套管膨胀后的应力云图、长度缩小率及壁厚收缩率.数值模拟与试验结果相符,证明有限元模拟结果可以为套管膨胀技术应用提供理论依据.     

套管挤毁试验研究与有限元分析

预测套管的挤毁失效压力一直是管柱力学研究的热点,针对这一问题,利用在套管外壁粘贴应变片的方法,研究了套管挤毁失效过程中的应变情况.同时,在考虑套管残余应力、几何缺陷等因素的条件下,建立了预测套管挤毁失效压力的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了修正.利用该修正的有限元模型,计算了套管的挤毁压力.试验结果和有限元分析结果表明,该模型具有较高的计算精度,可以用来计算套管的挤毁失效压力.     

江苏油田钻完井液对N80套管腐蚀研究

为查找中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司油水井自由段套管腐蚀原因,开展了钻完井液对NS0套管腐蚀行为的实验研究。在分析江苏油田自由段所用套管的钢级、壁厚以及所处温度环境的基础上,实验评价了江苏油田常用钻完井液分别在40,50,60和70℃下,经过0．5,1,2,4和6个月对N80套管的腐蚀行为。研究结果表明：江苏油田常用钻完井液对N80套管的腐蚀行为以局部腐蚀为主,大多发生在饱和盐水钻完井液中;饱和盐水钻完井液的平均腐蚀速率大于淡水钻完井液中的腐蚀速率;目前常用淡水钻完井液中挂片平均腐蚀速率和最大腐蚀速率均在0．0502mm／a以下,表明淡水钻完井液对套管腐蚀的影响小。     

套管钻井用套管与地层岩石磨损的试验研究

在研究套管钻井套管柱与井壁接触压力的基础上,根据中国套管钻井先导性试验工艺参数确定了接触压力范围,用MM型材料磨损试验机对J55钢级套管与典型岩石(砂岩、花岗岩)的滑动磨损情况进行试验研究,所用介质分别是自来水、自来水加润滑剂、钻井液和钻井液加润滑剂.得到了一系列磨损规律和试验回归方程,为预测套管钻井完钻后套管柱的抗挤、抗拉、抗内压强度特性和剩余寿命等奠定了数据基础.     

石油钢管N80退火热处理对耐腐蚀性能的影响

对采用不同退火热处理加工过的N80钢进行了电化学测试,并结合金相测试,分析了退火工艺对N80钢耐腐蚀性能的影响,发现退火后,其耐腐蚀性能呈稍增长的趋势;经过不同退火热处理后的N80钢在不同的腐蚀溶液下,其耐腐蚀性能随Cl-离子浓度的增加而逐渐减弱。     

石油套管的可靠性分析

石油套管的损坏是多种随机因素综合作用的结果。依据江汉油田1966～1983年各井套管损坏的实际资料和数据,进行了可靠性统计分析,指出J55和N80两种规格套管的失效寿命分布规律均服从二参数威布尔分布,并对套管的使用寿命进行了可靠性预测。     

磨损套管抗内压强度试验与有限元分析

当套管受到严重偏磨时,套管抗内压和抗外压能力显著下降。鉴于此,从理论和试验2个方面分别研究了磨损套管的抗内压强度,研究结果表明:(1)在内压作用下,磨损套管的周向应变发生局部变化,最大值主要发生在磨损与未磨损的过渡区,最小值集中在磨损最严重的区域,因此套管截面在磨损区域"内凹";(2)在相同内压力作用下,随着磨损量的增大,磨损最严重处先周向变形减小且内收缩,继而周向变形增大,与磨损区相对的另一侧,从向外鼓胀变形转而向内收缩,套管截面出现椭圆变形;(3)在套管内壁的磨损初期相对磨损量对套管的初始抗内压性能影响相对较大。