套管和油管失效分析及其适用性评价.pdfVIP

套管和油管失效分析及适用性评价 刘文红 申昭熙 宋生印 杨龙 （中国石油集团石油管工程技术研究院石油管工程重点实验室 中国西安 710065 ） 摘要：套管和油管的安全是油气资源高效开发的基本条件和重要保障。本文通过石油管 工程技术研究院自 2007 年以来承担的套管和油管失效分析项目的数据统计分析，阐述了套 管和油管及其管柱失效的现状、失效模式、失效原因及预防措施，指出断裂、粘扣、脱扣、 螺纹泄漏以及腐蚀是几种经常遇到的失效模式，且套管失效以断裂和脱扣居多，油管失效则 以断裂和粘扣为主要模式。通过统计分析以及典型套管和油管失效分析表明，油井管的质量 问题是导致其失效事故频发的主要原因之一。据此提出了对存在疑似缺陷的套管和油管进行 适用性评价，不但可对油井管的质量是否满足相关标准要求进行判断，还可对不符合标准要 求的油井管的使用范围进行规范，提高资源利用率，避免经济损失，同时带来较大的社会效 益和经济效益。 关键词：套管和油管 油井管 失效模式 失效分析 适用性评价 引 言 套管和油管是石油行业中重要的物资和器材，而且用量很大，在整个建井成本中平均占 25%左右[1] 。套管和油管及其管柱失效将导致整个管柱不能正常生产，甚至整口井报废，塔 里木油田 DN2 系列井由于油管泄漏导致直接经济损失高达亿元。 API 螺纹由于加工简单、价格便宜而被广泛使用。随着井深的增加以及井下工况复杂化， 套管和油管及其管柱失效事故出现增长趋势，一方面套管和油管及其管柱失效分析的难度在 增大，另一方面对于传统的 API 标准套管和油管及其标准本身也提出了挑战，特别是一些 质量符合标准要求的套管和油管也出现了失效事故，例如，中石化胜利油田和中石油长庆油 田2008 年至今就发生 API 套管接头滑脱事故 20 余起以上，接头上扣过程中发生粘扣 40 余 起，给油田造成了很大的经济损失。 油气田勘探开发中的超深井、水平井、高温/高压井、腐蚀性环境等苛刻工况日益增多， 采用了大量的耐腐蚀、高钢级、特殊接头等非 API 管材。由于管柱设计仍沿用传统方法进 行，对深井、超深井、高温/高压井等复杂井管柱主要是强度设计，未考虑高温、弯曲、高 压、腐蚀、现场操作等对管柱密封性能的影响，使用过程中多次出现管柱的挤毁、变形、泄 漏、粘扣、腐蚀等失效问题。失效分析及对问题井的调查分析表明，管材产品满足制造厂规 定指标要求，管柱强度设计符合相关标准，管柱失效原因主要是设计管柱与使用条件的不适 应导致，没有对复杂工况油气井设计管柱进行适应性评价。因此，大量非 API 标准套管和 油管在油田使用前必须进行适用性评价以确保使用安全。 近几年套管和油管及其管柱失效概况 一、套管和油管失效模式 对于套管和油管的失效模式，李鹤林[1]将油井管的失效模式用八个字概括：脱、漏、粘、 挤、破、裂、磨、蚀。也有学者[2]将套管和油管的失效模式划分为掉井失效、固井失效、接 箍开裂、粘扣失效、腐蚀磨损失效等。 结合近年来套管和油管失效的模式，为了更好的对套管和油管失效进行归类，总结其失 效的特点和规律，本文在总结和归纳的基础上，将套管和油管及其管柱的失效模式按照如下 模式进行分类：（1）断裂，如横向断裂、爆裂、螺纹疲劳断裂、应力腐蚀断裂、接箍纵裂； （2 ）变形，如挤毁、脱扣；（3 ）磨损：如粘扣、管体磨损；（4 ）螺纹泄露；（5 ）腐蚀。通 过这种划分，经常遇到的套管和油管及其管柱的失效模式就可归类为断裂、脱扣、粘扣、螺 纹泄漏和腐蚀等失效模式，具体见图 1 和图 2 所示。 螺纹根部断裂 螺纹根部断裂 管体纵向开裂 接箍纵向开裂 螺纹泄漏 接箍开裂 现场端脱扣 粘扣 工厂端脱扣 现场端脱扣 工厂端脱扣 管体夹持变形