关于提升抗挤毁套管采购质量的探析

左红兵

【摘要】套管是油田勘探开发的关键重要物资，油田地质结构的复杂性对套管采购质量和性能指标有很高的要求。套管采购质量的优劣以及套管性能与井况的匹配性直接关系到钻井作业的整体质量。针对钻井过程中会出现套管失效或损坏的现象，如何运用理论认识和试验方法，客观、理性的分析形成原因，对物资采购部门提升套管采购质量具有现实意义。

【关键词】套管  抗挤毁  变形  韧性

多采少注会造成油气井内纵向的压力不平衡，油层顶部向下沉陷，使套管产生缩径、弯曲错切变形。同时因油层孔隙压力下降，管内液面下降，区块两临端注采压力不一致等而造成横向压力不平衡，使套管承受的有效挤压载荷加大。在盐岩层埋藏达到一定深度时，在上覆地层压力作用下，就会产生“塑性流动”，使套管受到挤压。由于地层出砂造成套管径向非均匀外挤压力，在地层上覆压力的联合作用下，套管将发生挤毁和错断。

1、套管损坏的机理

从理论上讲，在盐岩层均匀载荷下，套管外压力可增至与覆盖层相等的压力。当这种压力大于盐岩层位套管的抗挤毁强度时，套管就会出现局部挤毁、弯曲变形、破裂，直至错断等损坏。套管损坏与盐岩、膏岩层的倾角、盐层厚度、盐层的溶解、盐层的蠕动及滑移有直接关系。盐岩随着温度、压力的增大，由刚性流动变为塑性流动，产生不均匀的外挤力，这种效应更易使套管挤坏。

2、实例研究

根据某油田62 口套损井的统计，在盐岩未封或封固不好时，井眼变化大于30 cm 的井有48口，占套管变形井的70.6%。下面以某油田2012年某区块某井为例，对套管毁损原因进行探析。

某井2012年3月7日开钻，4月9日完井，完钻井深3840米。该井设计井深3800米，井身结构示意图见下图。

4月12日试油作业，4月15日下φ112mm×2M通径规通井遇阻，遇阻深度：2948.61米，初步判断是盐岩层所引起的套管变形，4月16日40臂井径全井段检测，测量结果如下：

经对比钻井设计证实变形套管钢级为155抗挤毁套管，盐层井段2925-2952米，155抗挤毁套管下深2799.83 -2962.06米。通过现场检查及对套管扭矩等有关环节施工资料复查，排除现场操作的因素。

3、材质分析

为验证套管变形是否为盐岩层段套管抗外挤强度不够所致，委托国家石油管材质量监督检验中心及某钢厂对该套管的化学成分、拉伸性能、夏比冲击、洛氏硬度、金相分析、实物试验进行检验。

3.1化学成分

在管体和接箍上分别取样用ARL4460直读光谱仪、LECO CS-444红外碳硫分析仪进行化学成分检测，试验标准为ASTM A 751-2008，结果表明管体和接箍化学成分符合技术协议要求。

3.2拉伸性能试验

在管体和接箍上分别取样用UH-F500KNI＼CMT5150万能材料试验机进行拉伸性能试验，试验标准为ASTM A 370-2010，结果表明符合技术协议要求。

3.3夏比冲击试验

制备管体纵向拉伸、冲击试样以及横向冲击试样。实测屈服强度大于1068MPa（155Ksi）;纵向冲击功大于75J，横向冲击功大于48J，但横向冲击功/纵向冲击功小于0.72。结果表明横向、纵向冲击功符合技术要求;但技术协议对横向/纵向冲击功没有明确规定。

3.4洛氏硬度检验

在管体和接箍上分别取样用HR-150D硬度计试验，试验标准为ASTM E 18-2008，试验结果见下表，显示硬度比较均匀

3.5金相分析

在管体和接箍上分别取样用MeF3A金相显微镜，试验标准为GB/T 13298-1991、ASTM E 112-1996，试验结果显示非金属夹杂过大，会降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限;严重时，还会使钢在热加工与热处理时产生裂纹或使用时突然脆断。

3.6外压至失效试验：

取管体一段用压溃爆破试验机进行压溃试验，实测钢级155 套管压溃强度170MPa，但管体压溃试样纵向开裂严重。

3.7结果分析及建议

根据API Spec 5CT-2005《油管和套管规范》、API RP 5C5-2003《套管及油管螺纹连接试验程序推荐做法》及双方的技术协议，化学成分、拉伸性能、夏比冲击、洛氏硬度等试验结果符合要求。从材料属性来看，超过150钢级的材料，要同时获得高强度和高韧性是非常困难的;从生产实践来看，油田用户对油套管的韧性考虑不够充分，必须针对断块油气田地质构造复杂的特点，在钻井作業过程中应合理选择管材的韧性指标，保证套管不变形、不毁损;因此着眼于用户使用的安全性，建议油田选用高钢级高抗挤套管产品时，要针对性的制定管体韧性标准;如要求套管产品0℃ 全尺寸纵向Akv≥80J，或横向Akv≥60J。

4、结语

针对套管在油田勘探开发的重要性和关键性，油田用户在套管选型上不仅要考虑生产工艺、技术要求，还应该关注套管本身的质量性能和对地质结构的适应性。在工艺设计上，技术生产部门要根据地质结构“量身定做”，提出套管设计方案;在套管采购上，物资供应部门要加强与技术生产部门的沟通对接，开展技术评审，明确套管技术要求;要建立油田与套管生产企业合作研究机制，针对油田的不同地质结构，发挥双方的专业特长，研究开发适合油田地质特点的套管，进一步满足油田生产使用需求。