油气井管柱完整性技术研究进展与展望

在回顾油气井管柱完整性概念的提出与发展历程的基础上,介绍了我国在钻柱构件适用性评价、"三超"(超深、超高温、超高压)气井油套管柱可靠性设计与完整性评价、"三超"气井油管腐蚀行为与评价、热采井基于应变设计与选材评价技术等方面的最新研究进展及其应用情况。指出现有油气井管材与管柱技术仍不能满足"三超"、严重腐蚀、非常规、特殊工艺和特殊结构井等服役环境,进而提出了进一步加强油气井管柱完整性技术研究与科技攻关的建议:1持续完善和发展中国西部深层油气勘探开发套管柱优化设计与管材选用及完整性评价技术;2急需建立有针对性的非常规页岩气开发套管柱优化设计、选材及完整性评价技术;3建立"三超"高含CO2气井环境及压裂酸化工况复杂油管优化设计、选材选型、完整性评价技术;4深入研究含缺陷油气井管柱缺陷检测、安全评价、风险评估、寿命预测、维修补强等关键技术;5建立油气井管柱完整性管理体系和配套的支撑技术体系。     

新疆油田玛湖地区套管损坏机理及主控因素研究

玛湖地区是新疆油田新发现的10亿吨级储量油田,也是增储上产的主力区块。自开发以来套管损坏时有发生,严重影响了玛湖油田的正常开发。现场调研表明：套管损坏的主要模式包括钻井下套管过程接头螺纹断裂、连续管酸化压裂过程接箍纵向开裂及分段体积压裂过程套管变形。接头螺纹断口和现场下井记录表明：玛湖地区大三维、小间隙井身结构引起下井套管遇阻,反复多次上提-下放造成接头螺纹疲劳断裂。接箍开裂特征及能谱分析表明：连续油管压裂和环空腐蚀介质共同作用引起接箍应力腐蚀开裂。水敏性和三轴加载试验证实：吸水膨胀的岩石蠕变诱发地层滑移,剪切及非均匀外挤载荷导致套管变形。从套管损坏的主控因素角度,提出了套管安全服役技术条件。建议从接头扣型优选、接箍材料适用性评价及井筒一体化协调变形方面,解决玛湖地区复杂多样的套管损坏问题。     

水平井下套管过程中套管与井壁接触状态有限元分析

针对水平井套管下入过程中的摩阻问题,使用有限元数值模拟计算方法,分析了二维平面状态下套管下入过程中与井壁的接触情况。结果表明,套管下入过程中与井筒内表面并非均匀接触,接触压力(摩擦力)较大区域主要是在造斜段,包括造斜段起始、中间及结束点附近,直水平段与井壁接触压力分布较均匀,管端部位的接触压力大于其他部位的接触压力。     

考虑载荷模拟作用的高压弯头冲蚀数值仿真

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料冲蚀磨损试验,根据试验结果,基于E/CRC冲蚀模型构建一种考虑应力状态影响的新型冲蚀数学模型,所构建的新模型与冲蚀试验数据之间的准确度可达95%以上。采用计算流体力学离散相模型（CFD-DPM）,开展高压管汇件冲蚀性能的三维数值模拟,考察高压弯头在不同压裂工况下的冲蚀磨损程度及空间分布情况。结果表明：在固液两相流冲击下,主要冲蚀区位于靠近弯头出口处的弯头外侧,且管件的最大冲蚀率也位于该处;在弯头内侧二次流涡流的影响下,部分颗粒在流经弯头后会在下游直管内侧积聚,从而在这个区域造成次要冲蚀区;随着流动颗粒斯托克斯系数增加,主要冲蚀区面积增大,次要冲蚀区面积减小;此外,在嵌入新型冲蚀数学模型后,可观察到随着操作压力增大,高压管汇弯头部位的冲蚀磨损率明显增加。     

油井管发展动向及高性能油井管国产化(下)

从油井管在石油工业中的地位、作用出发,对国内外油井管技术现状及发展趋势进行了系统分析和阐述,认为在高端产品技术领域,我国和发达国家之间仍然存在一定的差距,呼吁业界应加快高性能油井管国产化进程,尽快变油井管生产大国为生产强国。     

连续油管弯折和断裂原因分析及预防措施

对失效连续油管进行了宏观分析、尺寸测量、无损检测、材质理化性能检验。结合连续油管的使用条件和受载特点,分析了连续油管受到的瞬时高轴向压缩载荷,并对井口处连续油管的抗弯能力作了详细分析。综合分析认为,连续油管的屈曲导致了连续油管的弯折和最终的断裂,并提出了预防措施。     

提高S135钻杆强韧性的热处理工艺研究

采用等温淬火工艺和回火工艺对S135钻杆管体进行热处理,研究了等温淬火时间和回火温度对其强韧性的影响.试验结果表明:随着等温淬火时间的延长和回火温度的提高,钻杆管体材料的屈服强度和拉伸强度下降,而塑性和韧性指标上升；等温淬火时间和中低温回火对其韧性影响较小.介绍了显著提高钻杆管体材料韧性的热处理工艺制度.经该工艺处理后...     

某输气管线安全阀连接螺栓全部断裂的案例分析

天然气管线安全阀是重要的泄压保护装置,而连接阀盖与阀体的螺栓则是安全阀最关键的零部件。虽然连接螺栓设定的安全系数较高,但螺栓由于材料、环境、过载等原因容易发生断裂或其他失效形式,失效螺栓一般为1根或小部分,螺栓发生全部失效的情况比较少见。针对某油田输气管线上一弹簧式安全阀8根双头螺栓全部断裂事故,采用理论与试验相结合的方法,对螺栓进行了光学显微分析、扫描电子显微镜微观分析、尺寸变化分析以及材质理化性能分析,并对螺栓的受力作了详细计算和分析。结果表明：预紧力矩过大和氧腐蚀导致4根螺栓产生了疲劳断裂,另4根螺栓的断裂则属于过载断裂。最后提出了有针对性地解决措施并取得了良好效果。     

回火温度对抗硫钻杆钢析出相形貌及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)观察及硬度、拉伸性能测试,研究了抗硫钻杆钢中析出相的析出行为。结果表明:抗硫钻杆钢中析出相的形貌及结构尺寸具有多重特征,表现出对回火温度的依赖性。580℃回火温度下,铁素体基体上析出微米量级的棒状及纳米量级的球形析出相,抗硫钻杆钢强度因而较高。回火温度升高到625℃,析出相形貌逐渐向球形演变,并且其体积分数增加,抗硫钻杆钢强度、塑性同时提高,强度达到150 ksi钢级,表现出良好的强度/韧性匹配。回火温度680℃下,析出相沿晶界析出并逐渐聚集,导致抗硫钻杆钢强度急剧降低。抗硫钻杆钢的强/韧性匹配依赖于析出相—位错交互作用和析出相—基体变形协调两种机制的相互竞争。     

强度错配双界面约束条件下纯铝层TEM原位拉伸观察

利用透射电镜（TEM）中的原位拉伸台对纯金属铝及受强度错配双界面约束的纯铝层拉伸过程进行观察。结果表明：纯金属铝拉伸过程中裂端形成微孔洞后即与主裂纹连接，在界面约束条件下，裂端形成微孔后并非立即与主裂纹连通，而是在更前沿位置产生更多的微孔洞，即发生连续孔洞化。拉伸过程中，裂尖钝化与锐化的现象共存，随着中间纯铝层厚度的降低，裂端发射的位错在其周围晶界形成越来越严重的塞积，大大提高了晶界及裂端前沿应力场强度，引起中间纯铝层的脆化。