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特殊油井管的种类和应用

我国内陆原油产量仅占世界总产量的5%左右,而且单口井产量低,井数多,耗管量高。随着我国石油钻采由东部向西部及沿海大陆架的战略转移,油层的深度也由浅入深,井内油气压力和温度亦不
断提高。有些油井压力达到或超过100MPa,井底温度超过200℃;有些油田是硫化氢、二氧化碳、负离子等共存的重腐蚀油气。这样的钻采条件对油井管的要求很苛刻,一旦油井管选择不当,造成脱扣、
压溃和漏气,将会使油井报废(南疆、川西等地区的油气井,一口井投资约3000万-4000万元,个别的高达1亿元)。因此,对油井管质量要求越来越高,特殊油井管的用量也越来越大。目前国内特殊油井
管生产基本上是空白。因此,在我国大力开发高钢级、特殊油井管势在必行。
以下介绍几种特殊油井管的特点。
1.超高强度油井管

为满足深井和超深井的钻采需要,API标准的钢级通常为P110。国外已开发出比API5CT标准更严格、强度级别更高的油井管。超高强度套管都是特殊螺纹管。日本住友金属工业公司的SM系列及G组、日本钢管(NKK)公司的NK系列等均为超高强特殊螺纹套管。5000m以上的超深井,已使用NK-V150钢级。这是由于我国有些油田的工况条件相当恶劣,使用P110钢级时可能会出现失效事故。
2.高压溃套管

这种套管的下井深度超过同钢级、同壁厚的普通套管,且管柱重量相对减轻、套管内径较大。用在3000m以上的油气井、海洋油气井中,其经济效果尤为显著。目前,在我国的四川、新疆、长庆、胜利以及东海、渤海等油田,已使用日本住友金属工业公司的Sm-95T,Sm-110T等高压溃套管以及日本钢管(NKK)公司的NK-T95,NK-T110等高压溃套管。
3.防腐蚀套管

我国一些含硫油气田,过去在使用API标准中的L80,C90钢级的套管时,易发生问题。近年已普遍使用日本住友金属工业公司及日本钢管(NKK)公司的系列防腐蚀套管,效果很好。防腐蚀套管也是特殊螺纹套管。
4.特殊螺纹油井管

国内油套管螺纹普遍为V型、圆顶锥螺纹。这种螺纹对精度要求不高,易于加工,但连接强度低,密封性差。如国内N80,P110套管,即使采用长螺纹连接,其连接率(即螺纹连接强度与套管管体强度之比)仅为65%-85%,并随着套管钢级的提高而降低,同时,其连接的密封性能亦差。这种螺纹主要借助于API螺纹脂来实现密封。它仅使用在100℃以下的油井中,不能满足深井的要求。

近年来,从国外进口的特殊螺纹油套管在深井、超深井、高压气井以及稠油热采井、定向井、重腐蚀井中广泛使用。有人估计全球生产的特殊螺纹接头油管和套管已占全部油、套管产量的21%。共同特点是接头连接强度高,可以与管体等强度匹配,甚至有的高于管体,适用于深井、超深井。密封性能好,适用于高压气井、油井和热采井。抗弯能力强,适用于斜井、大位移井、水平井。上扣容易,可快速上扣且不易错扣,适用于沙漠、海洋等恶劣环境下的钻井作业。
5.连续管

连续管过去主要用于修井和完井作业。连续管钻井技术是近年来的一个研究热点。连续管是一种强度和韧性良好的钢管,卷在滚筒上。主要采用ERW焊管,已成功试制无缝钢管连续管。其材料也由碳钢发展到低合金钢(包括淬火回火钢)及钛合金。目前正在研制复合材料连续管。连续管的屈服强度一般为492MPa或562MPa,现已发展到703MPa。连续管用钢必须有良好的强韧性匹配,以保证较高的低周疲劳寿命。安东石油公司与BJ公司合作,正在开展连续油管修井作业,连续油管打捞,连续油管拖动酸化压裂,连续油管钻井、侧钻井等业务。
6.膨胀管

人们越来越体会到膨胀管带来的好处。无论是钻井还是采油,膨胀管都有广阔的应用。通过一种机械膨胀装置,靠液体压力推进,推进过程中使井下管件经过塑性变形达到扩大管径的目的。膨胀管分实体膨胀管和割缝膨胀管两类。实体膨胀管主要用于老井的套管修补、侧钻以及多种类型的油井建井,实现单一井径油井的建井。割缝膨胀管主要用于封隔复杂层段,代替常规割缝衬管和防砂。实体可膨胀套管的原理是利用坐放装置将膨胀套管下入井内后,根据金属的弹塑性变形原理,在扩管锥的作用下,于井下通过冷加工将石油管材扩到所需要的尺寸。由于直径膨胀,膨胀管的壁厚要减小2%-5%。其直径可以膨胀约20%,其长度缩短约8%,塑性变形极限不超过30%。实体膨胀管膨胀后,其力学性能、尺寸精度等应符合API有关标准的规定。
7.抗CO2腐蚀油井管

主要用于CO2腐蚀严重井,有时还用于CO2、H2S、Cl-共存包括H2O的腐蚀介质中。国外有比较成熟的产品。除APISpec5CT列有1个13Cr钢级(L80-13Cr),各生产厂均建立了自己的非API钢级。以川崎制铁为例,其非API的13Cr有8个级,其中,后4个钢级称为超级13Cr。在CO2和H2S共存或H2S分压未达临界值但Cl-很高的使用环境中,13Cr钢(包括超级13Cr)是不能满足要求的,需要采用22Cr双相不锈钢(ASF2205)或超级双相不锈钢25Cr,甚至要采含Cr20%以上、含Ni30%以上的高Ni、Cr不锈钢和Ni基合金。上述钢级的管材价格昂贵,低产气田一般无力承受。因此,近年来国内外都在研究开发含Cr2-5%的经济型抗CO2腐蚀油井管。

 
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