钻井常见油管有哪些?
油井管,又称石油专用管,是石油工业的基础,套管、油管及钻柱构件(钻杆、钻铤、方钻杆等) 统称油井管(OCTG)。
石油工业发展迅猛, 对油井管的需求量与日俱增。2006 年, 全世界共消耗油井管约1150 万t。根据我国统计数据,实际钻井每钻进1 m,约需油井管62 kg,其中套管48kg、油管10 kg、钻杆3 kg、钻铤0.5 kg。
2006 年全国共消耗油井管218.9 万t。油田装备资产中,油井管约占60%。
油井管在石油工业中占有重要的位置, 是石油工业的基础。油井管在石油工业中的地位, 不仅表现为用量大、花钱多, 更主要的是其质量、性能与石油工业发展的关系重大。
油井管服役条件恶劣, 例如油管柱和套管柱通常要承受几百甚至上千个大气压的内压或外压, 几百吨的拉伸载荷, 还有高温及严酷的腐蚀介质的作用。
我国每年仅钻柱断裂掉井事故即达1 000 起左右,据钻井承包商协会( IADC) 统计,每起钻柱断裂事故平均直接损失10.6 万美元。钻柱或套管柱损坏有时会导致油井报废。
我国西部油田1 口油井的成本约几千万元甚至上亿元人民币。套管的寿命直接决定油井的寿命,油井的寿命又决定了油田寿命。油井管的安全可靠性、使用寿命和经济性与石油工业关系极其重大。
美国能源部对国际上的井深趋势统计表明,自1978 年以来,全球石油天然气平均井深增加了1倍,并且继续呈现快速增长趋势。井深的增加和温度、压力的提高, 对油井管提出了许多新的、更高的要求。
中国油井管国内市场占有率已经超过80%,并且已连续2年成为净出口产品。在品种开发方面,国内不少企业勇于创新,不仅生产出了按API标准要求的K、N、C、P钢级套管。
石油油井专用管 (OCTG:Oil Country Tubular Goods) 和油气输送管 (Line Pipe) 统称为石油专用管。石油专用管实际上是钢管的深加工产品,包括石油油井专用管和油气输送管。钻杆、套管、油管及钻铤、方钻杆等,统称石油油井专用管。
1.目前石油专用管国内外广泛采用的生产和检验标准都有哪些?
石油专用管服役条件相当恶劣,其质量要求比一般无缝管严格得多,必须按照专门的标准或技术条件进行生产和检验。目前石油专用管国内外广泛采用的生产和检验标准主要以美国石油学会即API标准为主。套管和油管采用API SPEC5 CT标准,钻杆采用API SPEC5标准,钻杆接头采用API SPEC7标准。
2.为满足油田特殊地质工况环境,目前国内外使用的非API油管、套管可分为哪些种类?
除了API标准的套管外,国内外还研究和发展了满足油田特殊地质工况环境使用的非API套管,包括:用于深井的超高强度油管、套管;高抗挤毁套管;含硫化氢油气井中使用的抗硫化氢应力腐蚀油管、套管;用于低温油气井的高强度油管、套管;用于只有二氧化碳和氯离子,几乎不含硫化氢腐蚀性环境下使用的油管、套管;用于硫化氢、二氧化碳和氯离子三者共存强烈腐蚀性环境下使用的油管、套管。
3.油管和套管在油井中的作用是什么?其中套管按照作用的不同又可分为哪几种?
在油田钻井和生产操作中,“套管”是指用作钻孔衬里的管子,它的作用是防止井壁流动或塌陷。它是井下的永久件,套管底部用水泥固定。水泥有时会返到地表面上。大部分套管外径为114.3mm或更大规格。井内最里面的管子称为油管。井下流体通过油管送到表面,油管可通过一个生产分隔器与套管隔开,油管经常被从井中抽出,有时还需要更换。大多数油管外径为114.3mm或更小规格。
钻井环境常要求下几层套管才能达到预期的总井深。每层套管按照作用的不同又可分为:
(1)导管。在井的最外层,主要作用是把井壁加固,避免地表砾石层和未黏结的岩石掉 落井内。
(2)结构管。处于导管和表层管之间,这层套管的目的包括解决再次发生的漏失或井塌问题和尽量避免浅层气的井涌问题。
(3)表层套管。下表层套管的目的是多重的,包括隔离淡水层,防止坍塌和漏失,隔离不能承受因控制井涌而施加回压的薄弱层段,提供安装防喷器的条件,支撑所有比表层套管小的各层套管的重量。
(4)中间套管。主要用途是因为钻进中会遇到高压层,需要用高密度的钻井液来控制异常高压,对较浅的薄弱地层必须加以保护,以防漏失或卡钻。在一些特殊情况下,中间套管也用于隔离盐层或膨胀性和易塌页岩层。
(5)衬管。衬管与中间套管具有相同的作用。衬管从井底向上延伸进入中间套管,但不延伸到地面。衬管常为了省钱而无须把管柱延伸到地面但仍能达到控制压力和破裂梯度的目的。
(6)生产套管。也称为油层套管。这一管柱的作用为:把生产层与其他地层隔开,形成一个已给定直径又能下到生产层的工作井筒,保护生产油管和设备。
(7)回接管柱。衬管也常用作生产套管的一部分,而不是另外再从地面下一个管柱直到生产层。该衬管可以用适量的管子从衬管顶部回到地面。
4.什么是油管和套管的钢级,表达的具体含义是什么?
在API SPEC5CT标准中,套管和油管的钢级表明其屈服强度和一些特殊的特征。钢级标注通常用1个字母和2或3个数字表示,如N80。在大多数情况下,按照字母在字母表中的顺序,越往后的字母,代表管子的屈服强度越大。例如,N80一级钢材的屈服强度要比J55的大。
数字符号是以千磅每平方英寸表示的管材最小屈服强度来确定的。例如:N80钢级的最低屈服强度为550Mpa。
API SPEC5 CT标准列出的套管钢级有:H40、J55、K55、N80、M65、L80、C90、C95、T59、P110、Q125;套管钢级有:H40、J55、N80、L80、C90、T59、P110。
5.各种油井管的分类、功用、规格及要求是什么?
各种油井管的分类、功用、规格及要求见下表。
名称 | 分类 | 功用 | 规格/mm | 要求 |
方钻杆 | 四方型 六方形 | 靠地面上的动力通过转盘带动钻柱 | 63.5,88.90,107.95,133.35,152.40,一般长度12000～16000,常用12000～14500 | 材质强度高、韧性、刚性均要好,平直度高,壁厚均匀,材质为4145H |
钻杆 | 传递动力、输送泥浆 | 60.30,73.03,88.90,114.30,127.00长度为8230～9140,壁厚为7.11,9.19,9.35,10.92,11.40 | 要求钻杆能防硫化氢腐蚀、国际上使用材质由E75、X95、G105、S135等级钢。 | |
钻铤 | 钻铤接在柱下部,给钻头破碎岩石时,施加压力,其导向作用 | 158.75,177.85, 203.20,228.60 | 管壁厚、刚性大、具有防磁功能、材质为4145H | |
加重钻杆 | 主要改善钻杆与钻挺相连接的受力环境,在钻杆与钻铤间起过渡作用,使钻杆受力改善,也起着为钻头加压的作用 | 88.9,127.0 | ||
导管 | 主要用于海洋、沙漠中钻井,用以隔开海水河沙子 | ∮762×25.4, ∮762×19.06 | ||
表层套管 | 主要用于第一次开钻,钻开地表松软地层到基岩,为了封隔这部分地层,不至坍塌 | 508.00,339.73,273.05, 244.48下管深度一般为80000～1500000 | 采用J55或更低的钢级 | |
技术套管 | 当遇到坍塌层、油、气、水层漏失层、盐膏层等复杂部位时,都需要下套管封固 | 339.73,273.05,244.48,219.08,193.68,177.80 | 其力学性能和密闭性能要求很高,除采用J55外,还有N80、P110、Q125 | |
油层套管 | 用套管将油气层及上部裸露层全部封住 | 177.80,168.28, 139.70,127.00,114.30 | 力学性能和密封性能最高钢级同套管 | |
油管 | 平式和 加厚式 | 油气从油管涌至地面,注水、输入蒸汽、输送酸化和压裂的介质或固化物 | 48.3,60.30,73.03,88.90,101,60,114,30 | 力学性能和密封性能同油层套管相应,常用钢级为J55、N80、C90和P110 |
石油常用管器材介绍,套管、油管、抽油杆、钻杆
1、套管
注:ф101.6mm套管为4"无接箍套管
2、油管
油管是油井专用管材。油管按加厚情况,分为两端加厚油管和平式油管。两端加厚油管用于深井完井工作,油管长度一般6～10米,其规范见表2-3。
补充 | 知识
3、抽油杆
1)抽油杆的技术规范
抽油杆主体是圆形断面的实心杆体,两端均有加粗的锻头,锻头上有连接螺纹和搭扳手用的方形断面。抽油杆公称直径有16毫米(5/8英寸)、19毫米(3/4英寸)、22毫米(7/8英寸)和25毫米(1英寸)四种。抽油杆的长度,除最常见的8米长的抽油杆外,还有为组合而特别加工的1.0米、1.5米、2.5米、3.0米、4.0米五种长度。
2)抽油杆的材料
国产抽油杆有两种,一种是碳钢抽油杆,另一种是合金钢抽油杆,碳钢抽油杆一般是用40号优质碳素钢制成,合金钢抽油杆一般用20号铬钼钢或15号镍钼钢制成。
3)抽油杆的等级
分C、D、K三级
(1)C级抗拉强度低(620-794MPa),适合于轻中载荷的,有轻微盐水腐蚀的浅井和中深井中;
(2)D级抗拉强度高(794-965MPa),适合于中、重载荷的有轻微盐水腐蚀中深井和深井中;
(3)K级抗拉强度最低(588-794MPa),适合于轻中载荷的并有硫化氢和二氧化碳腐蚀性介质的井中。
4、钻杆
钻杆是钻柱组成的基本单元,主要传递转盘扭矩和承载及建立工作液循环通道,是完成修井工艺过程的基本配套专用管材。钻杆本身配带的接头统称为钻杆接头,它是成对使用的,即一根钻杆两端分别配上公母接头,其功用是连接保护钻杆便于上扣。特征参数如图2-2所示。
石油钻杆接头由吊钳扣合部位、焊接部位和接头螺纹及密封台肩等组成,分内螺纹接头和外螺纹接头,二者配对使用。
钻杆是钻柱的基本组成部分 , 它是用无缝钢管制成(壁厚一般为9~11mm), 其主要作用是传递扭矩和输送钻井液,并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因此,钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。
钻杆结构与规范
钻杆由无缝钢管组成,壁厚一般为9~11mm, 由钻杆管体和钻杆接头两部分组成。 钻杆管体接头的连接有两种方式: 一种是用细丝扣连接 , 即管体两端都有细公扣,与接头一端的母细扣相连接,称这种钻杆为有细扣钻杆; 另一种是管体与接头用摩擦焊对焊在一起 , 称这种钻杆为对焊钻杆。有细扣钻杆目前已基本淘汰,我国现在生产或进口的钻杆全部为对焊钻杆(无细扣钻杆)。
△钻杆结构示意图
△钻杆接头与管体的对焊
补充 | 知识
为了增强管体与接头的连接强度,管体两端加厚。常用的加厚形式有内加厚、外加厚、内外加厚三种。 根据美国石油学会 (API—American Petroleum Institute) 的规定,钻杆按长度分为三类:
第一类,5.486~6.706m(18~22ft);
第二类,8.230~9.144m(27~30ft);
第三类,11.582~13.716m(38~45ft);
其中最常用的钻杆尺寸有88.9(3.5in),114.3(4.5in),127.0mm(5in)三种。
△钻杆加厚形式
钻杆接头外径大于管体外径,在钻井过程中与井壁或套管不断地接触摩擦,产生磨损,为避免接头磨损造成断钻杆、脱扣等钻井事故,必须在钻杆母接头上设有钻杆接头防磨带。
△接头防磨带
钻杆的钢级与强度
钻杆的钢级是指钻杆钢材的等级,它由钻杆钢材的最小屈服强度决定。API规定钻杆的钢级有D、E、95(X)、105(G)、135(S)级共五种,其中X、G、S级为高强度钻杆。 钻杆的钢级越高,管材的屈服强度越大, 钻杆的各种强度(抗拉、抗扭、抗外挤等)也就越大。在钻柱的强度设计中,推荐 采用提高钢级的方法来提高钻柱的强度 , 而不采用增加壁厚的方法。
△钻杆刚级
