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套管接箍问题连连 新材料能否打破瓶颈?

套管接箍问题连连 新材料能否打破瓶颈?

石油工业不断设计制造更好的套管接箍,以适应长井段压力日益增长的需求。

来自 | DC
编译 | 郭靖 影子

水平井和压裂设计的不断发展推动了套管接箍设计的前进。今天使用的套管接箍必须在高压情况下,下入到三、四英里的井段内。这就要求不断努力改善套管接箍的可靠性。

“多年来,套管接箍设计一直在稳步发展,紧跟行业日益增长的需求,”应力工程服务负责人Michael Burns在3月21日休斯顿的IADC Q1 2018钻井工程师委员会技术论坛上发表的演讲中说到。在演讲期间,Burns描述了压裂作业中套管接箍的发展历程,以及套管接箍制造商仍在努力解决的挑战。

Burns先生指出,在水平钻井早期,拥有10~15级压裂段的井被认为是复杂井。作业人员钻井时,通常用API 8-Round套管螺纹。为提高性能,套管和接箍通常使用高抗挤毁P110级。“作业方想要更好的钢铁材料,”Burns先生说,“他们想要更可靠的设备,所以他们选择高抗挤毁性P110级材料来进行严苛的压裂作业。”套管制造商通过在制造过程中从冷矫直移动到热矫直,或者通过增强套管接箍的屈服强度,以此开发高抗挤毁套管。

为了配合高抗挤毁套管,接箍制造商也开始转为使用高抗挤毁接箍毛坯。Burns说,因氢脆断裂导致的接箍断开变得越来越多。他解释说,氢脆断裂的元凶是:易感物质、氢源和高应力。即使在低硫井内,酸处理也可以引入氢元素。他指出,API 8-Round套管螺纹具有很高的环向应力。“高环向应力与氢元素的结合使材料总是处于应力断裂的危险之中,”他说。“当着手制造高抗挤毁接箍时,就已经使接箍处于更容易断裂状态,因此导致了大量的接箍断裂。”

虽然高抗挤毁接箍毛坯是为了提高套管柱的抗挤毁能力,但它最终使氢脆断裂的可能性增加。对于P110级材料,允许的屈服强度范围在110~140 ksi之间。然而,Burns先生说,许多接箍断裂是在130~135 ksi的范围内发生的。

这促使接箍制造商采用屈服强度规格限制的毛坯,对P110级材料,限制范围为110~125 ksi。此外由于日益增长的需求,作业方取消了使用API 8-Round螺纹。“这两个因素使氢脆断裂的事件急剧下降,”他说。“每年从50~100起的事件,下降到每两年3~4起。”

井压增加、井段加长是影响作业方选择新接箍形式的主要因素。Barnett压力在6000~8000ksi(psi)之间,Haynesville压力超过了10000ksi(psi)。同时井段的加长,使套管在更长的井眼内旋转,套管更容易产生疲劳。Burns说:“在更长井段和更小井眼中,越来越更多地要求改善接箍的性能。接箍的发展也在不断进行之中。”

开始时,作业方选用API加强接箍,后来使用带有扭矩环的加强接箍,接着是伴有台阶的加强接箍。制造商发现,这种带有台阶的加强接箍在外径上面稍微有所增加,Burns说,“这个额外增加的壁厚,对减小接箍中的应力起到了很大的作用,从而提高了可靠性。”

他指出,过去几年,作业方越来越多地选择了优质和半优质接箍。半优质接箍使用高级的螺纹形式,但是并非金属密封。相反,设计螺纹形式就是为了承载更多的螺纹上紧力。对于优质接箍(往往更昂贵),由于使用金属密封形式,已用于条件最苛刻的实际应用之中。

在压裂过程中,高压和严重的弯曲载荷往往会导致在螺纹处发生泄漏。Burns指出,尽管工程师们正在努力理解和解决这些问题,但是这些事故在本质上比冶金过程更为机械化,“工程师们仍在继续设计和测试半优质接箍在最苛刻的环境下的应用。”

然而,他补充说,不管接箍设计得多么好,如果没有正确使用,事故也还是会发生。“遵循API规定和按照制造商推荐的做法之间存在巨大的差异。”

他强调,在下套管和接箍时,速度和严谨性都是非常重要的,不能为了节省成本,而加快速度。“如果下入过猛,或者接箍上扣偏扣,或者管柱落井,所有这些通过提高施工速度而节省的成本,都会像管柱落井一样损失掉。”

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评论 1

  1. #1

    不错学习了!

    匿名4年前 (2018-08-07)回复