石油套管是用于支撐油、氣井井壁的鋼管，以保證鉆井過程進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。每一口井根據(jù)不同的鉆井深度和地質(zhì)情況，要使用幾層套管。套管下井后要采用水泥固井，它與油管、鉆桿不同，不可以重復(fù)使用，屬于一次性消耗材料。所以，套管的消耗量占全部油井管的70%以上。套管按使用情況可分為:導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管和油層套管。
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程中和完井后對井壁的支撐，以保證鉆井過程的進(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，即J55、K55、N80、L80、C90、T95、P110、Q125、V150等。井況、井深不同，采用的鋼級也不同。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。
27MnCrV是生產(chǎn)TP110T鋼級石油管套的新型鋼種，常規(guī)生產(chǎn)TP110T鋼級石油管套鋼種是29CrMo44和26CrMo4。相對于后兩者，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，對熱處理設(shè)備要求相對嚴(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。
該工藝在天津鋼管集團(tuán)的管加工廠已得以應(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)的一種極好方法。
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，以防止井眼隔開巖層和井眼坍塌、并保證鉆探泥漿循環(huán)流動(dòng)，以便于鉆探開采。
石油套管的鋼級: H40， J55，K55， N80， L80， C90，T95， P110， Q125， V150等。套管端部加工形式: 短圓螺紋， 長圓螺紋， 偏梯形螺紋， 特殊扣等。用于石油井鉆探主要用于鉆井過程中和完井后對井壁的支撐，以保證鉆井過程的進(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，起安全可靠性和石油壽命對石油工業(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。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)美國石油學(xué)會(huì)API SPEC 5CT 1988第1版規(guī)定。化學(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)(GB228-87)及水壓試驗(yàn)。
(2)按美國石油學(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)、晶粒度測定(ASTME112最新版本或其他方法)。
在石油開采過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。 - 以便在鉆井內(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。
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。- 以便在鉆井內(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螺紋套管及其接箍兩種。
經(jīng)過近20年的努力，我國油套管的生產(chǎn)從無到有，從低價(jià)位到高價(jià)位，從低鋼級到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)量都已接近國外油套管產(chǎn)品的水平。我國油井管的國內(nèi)市場占有率已經(jīng)超過80%，并且已連續(xù)多年成為凈出口產(chǎn)品。
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國油套管行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2011年，我國原油產(chǎn)量達(dá)到2.04億噸，與2010年同期相比增長0.32%;天然氣產(chǎn)量達(dá)到1025.31億立方米，同比增長6.9%，創(chuàng)歷史新高。我國仍處于城鎮(zhèn)化、工業(yè)化快速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)未來幾年石油需求年均增長4%左右。石油需求量的不斷增長促進(jìn)了我國石油鉆采設(shè)備需求量的不斷上升。
從我國國內(nèi)區(qū)域分布來看，油套管的需求已不再集中于東部地區(qū)。從國內(nèi)油氣田開發(fā)的趨勢看，從最初開發(fā)大慶、遼河、勝利等東部油田后來轉(zhuǎn)向四川、新疆等西部油田發(fā)展，關(guān)注海上油田的趨勢，此外還將從陸地向?yàn)┩俊臏\海向深海發(fā)展。中航鋼管認(rèn)為加之鉆井深度越來越深，鉆井工作狀況日趨復(fù)雜，對油套管的要求必然越來越高。
石油套管的防腐對策
1. 首先抓好水質(zhì)達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格水質(zhì)檢測和管理。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)過程以及注水過程中油管刮傷套管以及一側(cè)接觸套管
4. 針對垢下細(xì)菌腐蝕嚴(yán)重及高溫時(shí)SRB生長緩慢和殺死情況，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
按美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)APISPEC5CT1988年第1版，套管鋼級分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)。
(1)石油套管主要進(jìn)口國家有:德國、日本、羅馬尼亞、捷克、意大利、英國、奧地利、瑞士、美國，阿根廷、新加坡也有進(jìn)口。進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)多參照美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API5A，5AX，5AC。鋼級是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。
(3)部分進(jìn)口貨物標(biāo)有LTC字樣，即長絲扣套管。
(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)，鋼號是NC-55E，NC-80E，NC-L80，NC-80HE等。
(5)在索賠案例中，出現(xiàn)過黑扣、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)問題。
按SY/T6194-96規(guī)定，國產(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。
(1)國產(chǎn)套管按SY/T6194-96規(guī)定，套管長度不定尺，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。
|
外徑 |
理論重量 |
壁厚 |
內(nèi)徑 |
通徑 |
接箍外徑 |
螺紋類型 |
鋼級 |
長度 |
|
139.7 (5-1/2) |
20.85(0.244) 23.09(15.50) 25.32(17.00) 29.79(20.00) 34.26(23.00) |
6.20(0.244) 6.98(0.275) 7.72(0.304) 9.17(0.361) 10.54(0.415) |
127.3(5.012) 125.7(4.950) 124.3(4.892) 121.4(4.778) 118.6(4.670) |
124.1(4.887) 122.6(4.825) 121.1(4.767) 118.2(4.653) 115.4(4.545) |
153.7 (6.050) |
圓螺紋 偏梯螺紋 |
j55 n80 p110 |
8m-12m (2602-39.4) |
|
177.8 (7) |
25.52917.00) 29.79(20.00) 34.26(23.00) 38.73(26.00) 43.20(29.00) 47.66(32.00) 52.13(35.00) 56.60(38.00) |
5.87(0.231) 6.91(0.272) 8.05(0.317) 9.19(0.362) 10.36(0.408) 11.51(0.453) 12.65(0.498) 13.72(0.540) |
166.1(6.538) 164.2(6.456) 161.7(6.366) 159.4(6.276) 157.1(6.180) 154.8(6.090) 152.5(6.004) 150.4(5.430) |
162.9(6.413) 160.8(6.331) 158.5(6.204) 156.2(6.151) 153.9(6.059) 151.6(5.969) 149.3(5.879) 147.2(5.795) |
194.5 (7.656) |
圓螺紋 偏梯螺紋 |
j55 n80 p110 |
8m-12m (2602-39.4) |
