石油套管

2024-08-29

石油套管（精选九篇）

石油套管篇1

关键词：石油钻井,套管磨损,防磨措施

深井、定向井和大斜度井的技术套管由于后期钻井时间过长, 套管受到钻杆施加的侧向力较大。在这种情况下钻杆接头紧贴套管壁的旋转摩擦是造成套管磨损的主要原因。因此针对该现状制定相应的套管防磨措施消除套管磨损带来的安全隐患具有非常重要的意义。

一、影响套管磨损的主要因素

1. 井深、井斜及全角变化率

套管内壁受到的侧向载荷越大, 套管磨损就越严重。而影响侧向应力大小的主要因素有井深、井斜, 以及全角变化率 (狗腿度) 的大小等[1]。井深越深, 井斜越大, 钻柱因自重较大会对套管产生更大的侧向力载荷, 这时就会对套管内壁下侧造成更多的磨损;在全角变化率 (狗腿度) 较大, 且钻柱受到上提拉力较大的情况下, 钻柱会被强烈地拉伸到狗腿曲线的内侧, 套管也会受到较大的侧向力载荷, 这时钻杆会对套管内壁上侧造成更多的磨损。

2. 钻井时间与起下钻次数

在深井、大位移井的施工过程中, 钻井时间长, 起下钻次数频繁不可避免地会造成套管更多的磨损。而且在接近地表的浅井段, 钻柱受到的上提拉力比下部的钻柱高很多, 极易对套管内壁产生较大的侧向应力。而在上部井段的套管内钻柱的施工时间更长, 经历的起下钻次数更多, 旋转摩擦也更为频繁, 因此上部套管的磨损有时会比下部套管更加严重。

3. 钻头的使用和钻具的组合

针对地质条件选择最合理的钻头和钻具组合不仅可以提高钻探的效率, 还对减少套管磨损有积极的作用。在钻探时应尽量减少更换钻头的次数, 而合理的钻具组合可以优化井眼轨迹, 还能使井斜的变化率达到最低, 从而有效减少套管的磨损[2]。

二、减少套管磨损的措施

1. 钻杆接头的表面处理

钻杆接头的旋转摩擦可以从改善钻杆接头表面摩擦因素入手, 减少钻杆接头对套管内壁的磨损。例如:对钻杆接头的耐磨带表面进行抛光处理, 降低摩擦系数, 可以降低套管的磨损速率;采用更加先进的钻杆接头耐磨带材料与更先进的耐磨带焊敷技术, 可以在保护钻杆接头的同时达到有效降低套管磨损的目的[3]。美国ARNCO TECHNOLOGY TRUST公司研制出的ARNCO系列耐磨带被证实可以有效减少钻杆对套管的磨损, 这种新型钻杆接头耐磨带在我国的塔里木油田、克拉玛依油田及中原油田已成功地得到了应用。

2. 优化钻井液与添加剂的性能

实验证明, 钻井液的类型、质量、性能、成分、添加剂等因素对钻杆接头和套管之间的摩擦系数有直接的影响。在钻井液中加入润滑剂, 可降低低密度钻井液体系下钻杆接头与套管内壁之间的摩擦, 能够有效地保护套管, 但是润滑剂在高密度钻井液中则没有明显的效果。某些润滑剂在高温状态下会失效, 并加速套管的磨损, 所以合理优化钻井液与添加剂的性能对套管的防磨保护有积极的作用。

3. 使用防磨旋转接头

该工具通过在钻杆之间加入可旋转的轴承装置, 降低了摩擦系数。类似的产品有“滚轮扶正器”、“胜利旋转钻柱接头”等。这种防磨工具能够有效地保护套管, 减小了钻杆阻力扭矩, 但也存在较为明显的弱点:国内市场上生产的此类工具由上、下两个接头通过螺纹联接于钻杆之间, 不仅增大了立根长度, 不便于现场操作, 而且较大的弯矩以及较强的振动载荷都可能对其上下接头的联结螺纹造成疲劳破坏, 引发井下事故。

4. 安装钻杆保护器

利用橡胶或其他硬度低于套管和钻杆的耐磨材料制成套筒, 将其固定在钻杆接头附近, 来避免钻杆接头与套管之间产生磨损。钻杆保护器可分为旋转式和非旋转式两类[4]。旋转式钻杆保护器整体被固定于钻杆上, 随钻杆一起旋转, 例如插销式钻杆橡胶护箍。非旋转式钻杆保护器也安装在钻杆接头附近, 但其防磨套筒不随钻杆一起转动, 例如非旋转式套管防磨套。

非旋转式套管防磨套的套筒由一种高分子耐磨材料制成, 通过一对定位卡箍将套筒固定在钻杆本体上, 保证其可以自由旋转。当钻杆在套管内完全居中时, 套管防磨套会随着钻杆旋转;当侧向载荷使钻杆压向套管内壁时, 套管防磨套外表面的棱会阻止防磨套旋转。钻杆与防磨套内壁则存在相对旋转, 由于钻井液的存在使得钻杆本体与防磨套内壁之间形成了一个“液力轴承”, 因此该工具能够在降低钻杆摩阻扭矩的同时很大程度地减小了套管的磨损。

目前非旋转式套管防磨保护套已成功应用与阿拉斯加、墨西哥湾、北海和世界其他许多地方的大位移延伸井中[5]。在我国四川油田的几口深井的钻探作业中, 该工具也取得了良好的防磨效果, 应用后原井套管的磨损量与钻杆的阻力扭矩都有了明显的降低。在使用该工具时应通过科学的设计, 对防磨套的安放位置与数量进行优化, 尽可能覆盖所有侧向力显著的井段, 从而更好地保护套管。

结束语

随着国内的深 (超深) 井及大位移延伸类油井的勘探开发技术逐渐成熟, 其套管在施工中的磨损问题也越来越突出。本文主要总结了石油钻井套管磨损与防护的相关问题, 针对影响套管磨损的几点重要因素进行分析, 结合笔者工作经验, 浅析了几种常见的套管防磨措施, 希望能够为从事套管防磨相关工作的同仁提供借鉴。

参考文献

[1]于会媛, 张来斌, 樊建春.深井超深井中套管磨损机理及试验研究发展综述[J].石油矿场机械, 2006, 04:4-7.

[2]张凤民.套管钻井关键技术研究[D].大庆石油学院, 2010.

[3]杜征鸿.深井套管非旋转防磨保护技术应用研究[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 07:75+78.

[4]林元华, 3.付建红, 施太和, 严仁俊, 贺志刚, 董伟, 李润方.套管磨损机理及其防磨措施研究[J].天然气工业, 2004, 07:58-61+137.

石油套管生产加工工序的要求篇2

电子商务的快速发展为石油套管企业创造了更多商机的同时也为生产加工等工作的进行提供了便利，但由于相关法律法规的欠缺，石油套管电子商务环境仍旧存在很多的问题，这也对石油套管产业新型营销模式的开展造成一定的影响。

电子商务的发展，石油套管产也要有全新的营销模式，充分运用石油套管电子商务实现便利的及时有效的信息交互，实现采购、生产与销售等各个环节的流畅化与一体化。石油套管生产过程中，对于材料的采购，可通过电子商务平台进行查找，我们石油套管行业需要根据可以对不同的信息进行价格、物流、质量等方面的比较权衡，并作出最佳的采购方案。目前，我国的塑料包装产量在世界上名列前茅，不锈钢管企业年产量达4000多万吨左右，因此带来了很多的白色垃圾，成为目前环境的最大杀手，难回收和难降解成为主要的制约因素。我国对环境保护的重视和技术的发展带来的新型绿色不锈钢管环保设备也为我国包装机的绿色革命起到了巨大的促进作用。将来哪个不锈钢管企业能够早日走上环保高效的绿色生产道路，必将在未来的不锈钢管行业中占据制高点

电子商务技术的不断完善，石油套管产业的发展已经进入电子商务时代，越来越多的产品需求者都会通过网络手段寻找产品，购买产品，因此电子商务时代的到来营造了一个全新的市场环境，带来了越来越多的商机，真正实现了灵活完善的供有所需，求有所应的买卖双方的交互。

该自动包装石油套管将整个生产过程削繁为简，将原始包装石油套管的多种功能整合到一个新型的包装生产线上来使用。因此，在当今石油套管市场竞争越来越激烈的形势下，包装机行业也要根据形势来对石油套管产品进行适当的“减肥”，这样对于行业的未来的发展来说，也是一件好事。

随着我国的不断强大，在其经济快速发展的今天，人们都是以牺牲大自然为代价的。如今，空气的污染、河道的污染等等，为了子孙后代的生存我们慢慢的重视了石油套管环境的保护，依靠环境发展的日子不能再持续。石油套管其污染源主要是商品的包装，包装机做为商品包装的必要手段，也聆听到了社会的心声，其生产的石油套管设备要以环保为宗旨，才能在制造业中的地位得到提升，而今我国的制造业是环境污染的大户，如何提高环境保护，同时保证包装石油套管的发展，成为了当下业内的一个主要问题。

石油套管篇3

【关键字】抗粘扣技术；石油套管；螺纹加工；影响因素

一、抗粘扣技术研究进展

抗粘贴性能很大程度上受制于螺纹参数，合理地控制螺纹参数能够提高油套管抗粘扣性能。研究显示，API的螺纹单参数不宜作为主控参数来研究。螺纹的抗粘扣性能与其表面的粗糙程度有关。若有毛刺在起始螺扣纹上，就会增加摩擦因数，进而加大摩擦力，便于粘扣发生。反之若螺纹表面越不粗糙，摩擦因数和摩擦力就越小，便越不利于粘扣发生。科学家A.Ertas利用模型实验证明了表面粗糙度与粘扣性能之间的关联性，该研究发现，粘扣性能与表面的粗糙度有着很强的关系，而且当模型的转速足够时，即使压力很小粘扣现象也能发生。总而言之，大多数研究结论都表明降低螺纹表面的粗糙程度能提高油管螺纹的抗粘扣性，反之则会降低。勘探油气的环境恶劣艰苦，当今世界的石油管生产厂家为了研究出满足勘探高压高温环境的要求，已逐步推出能够适应恶劣环境的特殊口型油套管。这些特殊的高性能扣型使得勘探时上扣很容易，且不易错扣；抗粘扣性能非常突出，能反复卸扣且不会对螺纹带来损坏【1】。

二、影响油管螺纹抗粘扣性能的因素

1、几何参数

在石油套管螺纹加工中，螺纹几何参数会对套管的锥度和螺距以及齿形角的抗粘扣性有着不同程度的影响，具体如下：一方面，由于存在内外螺纹锥度或者螺距存在最大和最小两个极限偏差的可能，在这种情况下，套管在上紧时，各个螺纹所受到的应力大小和方向将不尽相同，在一些应力较大的地方就会比一些应力较小的地方先发生粘扣（如图1）。然而由于当前的技术能力的缺陷，螺纹加工厂对于螺纹的精度的要求还不够高（公差的一半），这对石油套管的抗粘扣性的保障大打折扣。另一方面，内外螺纹齿形角存在差异时，就会在螺纹某些部位产生过大的应力，在这个部位发生粘扣的可能性最大。一旦发生粘扣，将会引起一连串的粘扣。若想使这种情况的发生率降低，需要将内外螺纹梳刀的各项几何参数进行严格的控制，进而使刀具互换性得到一定的加强。在正常情况下，石油管道表面的光滑度要求达到Ra0.8到1.6微米。

2、加工工艺

存在螺纹几何参数影响的同时，加工工艺技术对石油管道螺纹的抗粘扣性也存在着较大的影响。首先，在螺纹加工技术中，存在着两种外螺纹加工技术：旋转管体与不旋转管体。不旋转管体的方法与旋转管体相比来说，旋转管体会降低螺纹的质量，其精度也较低，同时还有噪声和震动的缺陷，旋转管体还会产生震颤刀痕，而不旋转管体会避免这些缺点，这使得螺纹的抗粘扣性大大提高。其次，使用螺纹表面处理技术能够有效減轻甚至防止发生轻粘着磨损，这主要通过将摩擦副分离的方法（加厚隔膜，使其润滑），还可以改变接触表面的物理化学性能，从而降低粘着的可能。即使存在粘着的可能，焊合点的剪切强度会非常低。当前工艺中主要存在着以下三种表面处理技术，具体如下：

（1）螺纹表面喷砂处理技术，该技术通过表面喷砂，能够将机械加工件表面的毛刺清除，这样一来表面粗糙度将会提高0.5到1级，而且被喷表面会存在微观均匀的凹坑，这对润滑油的长期贮存起到了关键的作用，大大提高了润滑的条件。

（2）采用硫氮碳三者的共渗处理，加大渗层表面的硬度，但由于现实加工工艺的不足，该方法不易实现。

3、实际操作规范

油管使用及生产过程之中，油管的抗粘扣性很大程度上取决于实际操作规范，从一定角度上讲产生的效果并不低于对油管的硬性要求。

（1）对螺纹口使用API螺纹脂。使用API后可以使螺纹口的摩擦阻力大大减少，一般降到0.021没有问题。API螺纹脂可以让螺纹润滑充分，摩擦力得到较大程度的减小，其抗粘扣性能一定程度上得到较大提高。

（2）上扣扭矩[2]。控制的上扣扭矩的产生通常有2种形式：扭矩和位置。在真实的操作环境中，因为存在一定的参数偏差，单一性地改变扭矩或值一般不可以得到较好的上扣要求。所以，增大螺纹连接的螺纹抗粘扣性能、密封性及可靠性的最佳方式是使用扭矩值联合控制的方式。

（3）上扣速度。通过粘着磨损的理论可知，当螺纹进行连接时，当其速度达不到临界速度时，产生的热量（通常由螺纹副的摩擦产生）通常能适时散发出去，这样就不会轻易发生粘扣现象。反之，当摩擦副的临界速度小于其相对速度时，其螺纹副的散热效率会明显小于发热效率，温度迅速增高，摩擦面的金属发生流动和软化现象，粘扣随之就会发生。

三、如何在有限条件下提高管件粘着性能

石油套管篇4

关键词：钻井,套管头,标准,井控

钻井井控工作钻井作业安全工作的重中之重, 钻井井控方面的标准对井控工作起着规范和指导的作用, 钻井井控方面的相关标准对井控装置的配套、安装、检查验收等作出了规定。井控装置是实现井控安全的关键设备, 它包括套管头、防喷器、控制系统、节流压井管汇、内防喷工具等等。

套管头是安装在套管上, 起到连接套管和井口装置的作用, 是井控装置的一部分。井控装置的试压是检验井控装置质量和安装质量最主要、最直接的手段, 是井控安全的重要保障。在基层钻井队现场井控工作中, 在执行井控相关标准中遇到套管头对试压要求的问题, 出现了相关方对服务或验收的依据存在争议的现象。

1 相关标准的要求

关于套管头试压要求, 在SY/T 5964-2006《钻井井控装置组合配套安装调试与维护》[1]附录A.2.6中的内容为套管头“试验压力为套管头的额定工作压力, 稳压30min, 压降不应超过0.5MPa”。在SY/T 6616-2005《含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范》[2]3.2.2.2中的内容为“防喷器控制装置的其他技术要求, 应符合SY/T 5964的规定”, 这一内容应理解为“套管头试验压力为套管头的额定工作压力, 稳压30min, 压降不应超过0.5MPa”。在Q/SH1020 0446-2008《钻井井控装置配套、安装及检查验收》[3]3.2.4中的内容为“套管头按钻井设计规定试压, 稳压30min, 压降不大于0.5MPa”。

而在SY/T 6426-2005《钻井井控技术规程》[4]4.2.2.2中的内容为井控装置的“试压稳压时间不少于10min, 允许压降不大于0.7MPa, 密封部位无渗漏为合格”。在SY/T6789-2010《套管头使用规范》[5]附录E.1.6和附录E.2.9中的内容为试压“稳压10min, 压降不应超过0.7MPa”、附录E.2.7中的内容为试压“稳压10min, 压降应不大于0.7MPa”。

2 存在的问题

SY/T 5964-2006《钻井井控装置组合配套安装调试与维护》、SY/T 6616-2005《含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范》、Q/SH1020 0446-2008《钻井井控装置配套、安装及检查验收》为现行有效标准, 对井口装置、套管头的试压要求都规定为稳压时间不少于30min、压降不超过0.5MPa。

而SY/T 6426-2005《钻井井控技术规程》、SY/T 6789-2010《套管头使用规范》也同样为现行有效标准, 对井口装置、套管头的试压要求都规定为稳压时间不少于10min、压降不超过0.7MPa。

显然, 文献[1]、[2]、[3]对井口装置、套管头的试压要求的规定是一致, 而与文献[4]、[5]对井口装置、套管头的试压要求的规定不一致。文献[4]、[5]的要求试压时间小于文献[1]、[2]、[3]的要求, 而文献[4]、[5]的允许最大压降又大于文献[1]、[2]、[3]的要求。

这样在钻井现场施工过程中、相关方的监督以及检查中存在所依据的要求不一致的问题, 在完井交付、工程结算验收工作中带来一系列的问题。

3 结论与认识

套管头试压标准要求比井控装置其它部分低, 井控装置的整体能力就不会高。套管头压力级别的选择要与井控装置的压力级别相匹配, 试压标准和要求要相匹配。

钻井井控和套管头相关标准的个别内容存在的这种情况, 在石油钻井生产现场的相关工作中, 遇到了相关方在检查、验收、监督等要求的依据存在不一致的情况, 需要进行许多的解释和协调工作。认为应该在适当时机能够协调好相关标准的内容, 使标准能够进一步地完善和科学, 更好地指导钻井现场施工。

参考文献

[1]SY/T 5964-2006.钻井井控装置组合配套安装调试与维护.[S]

[2]SY/T 6616-2005.含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范.[S]

[3]Q/SH1020 0446-2008.钻井井控装置配套、安装及检查验收.[S]

[4]SY/T 6426-2005.钻井井控技术规程.[S]

石油套管篇5

1 问题的提出

目前, 在国内外, 大量钻井施工经常穿过复杂的第四系地层, 也经常要对付稳定性差的风化破碎带、裂隙溶洞和松软地层。在这些条件下钻探不同用途的井孔, 都不可避免地面临保护孔壁与防止漏失问题[1]。针对此类问题, 跟套管钻进技术被提出。

跟套管钻进技术目前已发展成为对付复杂地层钻进的一种有效的方法, 其应用地层较多, 如在复杂的第四系地层、含砂卵砾石层、河滩和人工填土以及种种不稳定岩层钻探或施工时采用跟套管钻进。其应用的领域也日益宽广, 如地质矿产勘探, 工程地质勘察, 砂矿床钻探;基础桩、围护桩施工, 锚固孔、注浆孔和高压旋喷施工。跟套管钻进在若干条件下已成为不可取代的钻探与施工方法。综上述可知, 跟套管钻进技术的适用范围广, 技术雄厚, 同时在多个工程领域取得了十分成功的应用, 并起了关键的作用, 带来了可观的经济和社会效益。

然而, 该技术在石油钻井领域的使用几乎处于空白, 如果石油钻井行业将此项技术和普通的钻井工艺相结合, 将会在松软地层、易漏易垮地层等一系列的钻井问题上得到突破。

2 设备工具及钻井工艺

2.1 设备简介

针对普通钻井工艺中容易出现的井壁坍塌[2], 造成钻头被埋等一系列的生产事故, 笔者在跟套管钻进技术的指导之下, 分析出了和该技术相匹配的石油钻机和钻具。

(1) 转盘部分。

传统的转盘是由方补心将动力传递给方钻杆, 再由方钻杆将动力传递给钻杆、钻头等[3]。针对跟套管钻进是边下套管边钻进的特点, 笔者将方补心换成了液压夹紧装置, 这便于套管能够放下, 与此同时, 司钻房里相应的控制设备也要作一部分的调整, 便于控制液压夹紧装置。

(2) 钻铤。

为了在钻进过程中套管能够随之一起下降, 笔者把钻铤进行了改进。钻铤的下端安装一个连接键, 该连接键和钻铤用螺纹连接, 连接键上设计一锁紧装置, 目的是为了连接键可以在钻铤上任意位置固定, 连接键的下端面安装有滚珠, 避免在钻进过程中, 发生连接键和套管连接位置之间发生滑动摩擦, 造成设备磨损过大, 连接键上开有小孔。

(3) 套管。

该设备的套管和普通的套管基本相同, 只是在套管的下端的内部设计一个平段, 便于钻铤的连接键和套管相连。

(4) 钻头。

为了在钻井完成时, 钻头能够从套管中取出, 笔者将普通钻井工艺中的钻头换成了收缩钻头, 其他基本不变。

2.2 设备的工作原理

跟套管钻井主要的工作原理和普通的钻井技术的原理基本上相同, 只是做了简要地调整。当动力带动钻柱钻进时, 底部的连接键一方面作旋转运动, 一方面垂直向下运动。滚珠的目的就是把连接键的运动转换成垂直运动, 同时不至于设备磨损过大, 这样就实现了同时钻进同时下套管的目的, 为了便于钻井液的循环, 在连接键上开了一些孔道。随着钻进的深入, 套管随之不断的下降, 当钻井完成时, 钻头收缩, 从套管内面提出来。

2.3 跟套管钻进流程设计

跟套管钻井技术在钻进过程中, 和普通钻井技术步骤基本相同, 笔者主要叙述其相异的步骤。

(1) 根据钻头的长度, 调整好连接键在钻铤上的位置, 调整后将连接键固定。

(2) 正常开钻接到要接第一根单根时起钻, 接单根, 然后下钻。

(3) 开钻到要接第二根单根时, 由司钻控制, 打开转盘的液压夹紧装置, 下第一根套管, 套套管, 再合上液压夹紧装置, 然后接单根, 依次类推。

(4) 当正常钻进完成时, 将钻头收缩, 当上提钻杆时, 钻头就随之从套管内壁取出, 整个钻井就初步完成了, 下步只要下水泥固井就实现完井了。

2.4 钻跟管钻具的特点

(1) 该钻具采用运动变换装置, 钻进时套管不作旋转运动, 只作垂直于地层的纵向运动, 减少了钻具在钻进过程中的阻力。

(2) 由于钻屑从内钻杆与外套管间隙中喷出, 减小了钻井液对井壁的直接冲刷, 增加了井的稳定性。

(3) 由于采用套管护壁, 对于易塌井的不稳定地层, 防止了井壁塌陷, 能够有效地保证在起钻过程中不至于发生井塌, 造成卡钻。

3 跟套管钻进技术与石油钻井相结合的优势

“跟管钻进”较好解决了常规钻孔方法容易造成的孔壁坍塌埋钻、掉块卡钻、堵孔或难以成孔等难题。采用套管逐层护壁的方法, 还可以有效防止常规工艺中由于地层因素而较一出现的井斜现象, 同时减小了孔壁与单极套管之间的摩擦阻力, 减少了套管事故。

由于跟管钻具外套管采用浮动结构, 不随内管旋转, 既起到保护井壁作用, 又不产生较大的旋转阻力距。经跟套管钻进技术在其他工程中应用的实验对比, 在复杂地质条件下, “跟管钻进”钻孔技术相对于常规钻孔技术, 钻孔速度提高1~1.5倍。由于套管同步跟进, 减小了钻井液直接对井壁的冲刷, 施工过程中不必进行固壁灌浆或添加其他护壁材料, 避免了灌浆或护壁材料影响施工环境, 使得成本降低约30%[4]。

4 结语

跟套管钻进技术是一项迅速发展并且应用十分广泛的技术, 如果该技术能够很好的和石油钻井行业相结合的话, 将具有很大的经济价值和很好的工程应用前景。国内外跟套管技术在其他工程上成功的应用表明, 应用跟套管钻进技术可以很好地解决井壁坍塌等造成的一系列问题, 特别适用于一些软地层, 同时有效的提高钻速, 节省了大量的成本, 对石油钻井行业有着十分重要的意义。

参考文献

[1]耿瑞伦.跟套管钻进技术及其应用[J].地质装备, 2000 (9) :11-15.

[2]李昌顺, 董焕玉, 姜积王, 等.乌南9区块井壁坍塌复杂成因和技术对策研讨[J].内蒙古石油化工, 2011 (5) :81-83.

[3]熊青山, 楼一珊, 夏宏南.石油工程专业实习指导书—钻井[M].北京:石油工业出版社, 2008.

石油套管篇6

套管是石油工业中的重要元件, 套管之间需要通过螺纹 (图1) 连接成长达数千米的管道, 因而套管螺纹的加工质量对其连接强度和密封效果有着重要影响。对套管外螺纹几何尺寸检测一般采用人工接触式测量法, 误差大、效率低、劳动强度大。为提高检测精度和效率。开发了基于光学系统的自动开发测量仪。

由于石油套管螺纹尺寸较大, 为了兼顾测量精度和测量范围的需求, 采用光学相机与数控系统相结合, 利用光学镜头获取螺纹局部牙形, 通过对沿螺纹母线上的多个测量点图像进行拼接, 形成螺纹整体图像, 并得出螺纹的各项参数。

1 套管外螺纹测量仪总体方案设计

1.1 测量仪主体结构

套管外螺纹测量仪的构成包括沿X、Y方向的双轴伺服运动控制系统和双镜头光学成像组件 (图2) 。运动控制系统用于实现光学镜头沿套管的轴向 (X轴/水平方向) 和套管的径向 (Y轴/竖直方向) 两个方向的运动及精确定位, 镜头用于采集螺纹牙型图像。

1.2 光学系统

套管外螺纹测量仪的光学系统用于螺纹牙形的成像, 图3为其组成结构, 整个系统由远心光源、倍率镜头、CCD相机和图像采集卡等几部分组成, 采用单色光背向透光成像方式, 使获取的轮廓边缘更为清晰。

考虑到套管与镜头距离变化会使成像尺寸发生变化, 系统中采用了如图4所示的2套反向布置的光路进行测量, 当套管位置向某一侧偏移时, 螺纹在其中一套光路中的投影尺寸将变大, 而在另一套光路中的投影尺寸将变小。分析时取二者的平均值进行处理, 可以得到抵消套管位置偏差的影响。

2 图像处理过程及测量结果分析

2.1 螺纹图像处理

图5为螺纹测量过程中所获取的原始图片。其各像素点的灰度值分布情况如图6所示。灰度值的范围为0~255, 其中255代表纯白色为背景, 0代表纯黑色为套管实体, 中间数值为轮廓边界部分。对灰度值设置一个[50, 200]的阈值区间, 即可过滤掉背景和实体部分, 从而得到轮廓边界 (图7) 。

为了计算和存储的需要, 需将其用图7所示的离散数据形式螺纹轮廓数值进行进一步拟合。依据API标准, 测量仪系统中对螺纹的齿侧母线以直线拟合, 而对牙顶和牙根则以圆弧拟合。拟合后得到的螺纹轮廓曲线见图8, 图中A1, A2, …为在牙顶侧相邻直线的交点;B1, B2, …为在牙根侧相邻直线的交点;CA1, CA2, …为牙顶圆弧圆心;CB1, CB2, …为牙根圆弧圆心。系统将以上各直线交点、各圆弧的圆心及半径数据存于数据库中, 以供参数计算需要。由于参数计算时需要将多幅轮廓图片拼合计算, 因而系统在进行数据存储时, 按式 (1) 将相机的像素数据自动转换成测量仪坐标系下的数据。

式中:X0、Y0为相机在相机在测量仪中的安装位置;k为相机的放大倍率;θ为相机的安装倾角;NP、MP为数据点P在相机中的像素坐标;XP、YP为数据点P在测量仪中的坐标。

2.2 螺纹参数计算

1) 牙型高度的计算。API标准中对牙型高度的定义是螺纹牙顶与螺纹牙底之间垂直于螺纹轴线的距离 (图9) 。在测量仪调整过程中已经将测量仪的X轴调整成与套管轴线平行, 故将X轴近似作为螺纹的轴线, 计算方法如下:

如图10所示, 在所获取的螺纹轮廓中取一完整的牙型, C2[Xc2, Yc2]为其牙顶圆弧的圆心, C1[Xc1, Yc1]和C3[Xc3, Yc3]为其两侧牙根圆弧的圆心, r1、r2和r3为各圆半径, 则牙顶D2和牙根D1和D3的坐标分别为:[Xc2, Yc2+r2]、[Xc1, Yc1-r1]和[Xc3, Yc3-r3], 由此可得牙型高度H计算公式:

2) 螺距的计算。API标准中对螺距的定义是螺纹上某一点至相邻螺纹上对应点之间的距离, 测量时须平行于螺纹轴线。螺距偏差的表示方法有“每25.4 mm”和“累积”两种, 螺距误差也必须按照此确定。

测量仪系统中, 采用对沿套管轴向相距25.4 mm的两幅螺纹轮廓进行拼接计算的方法计算螺纹的螺距。如图 (1) 所示, 图1 (a) 和图1 (b) 为沿螺纹轴线方向 (X方向) 相距25.4 mm所取的两幅螺纹轮廓, 取对应位置的一对完整牙型D1aD2aD3a和D1bD2bD3b, 在正常情况下, 这对齿间应正好间隔8个螺纹牙。计算螺距时可以取这对牙型的相对应点, 如牙顶D2a对D2b (或牙根D1a对D1b) 进行计算:

3) 锥度的计算。API标准中对锥度的定义是螺纹中径的增加量, 单位为mm/m。所有螺纹的锥度偏差均用“mm/m”表示。测量仪系统中采用测量沿螺纹轴向25.4 mm处直径的变化量的方法计算锥度, 再将结果转成每米的直径变化量。如图12所示, 测量仪系统在套管轴线方向相距25.4mm的两个截面处, 分别对上端螺纹和下端螺纹进行取相, 其中图12 (a) 和图12 (b) 为相距25.4 mm的上端螺纹图片, 图12 (c) 和图12 (d) 为相距25.4 mm的下端螺纹图片。然后分别计算上端螺纹和下端螺纹在直径方向上的变化量δ1和δ2, 将其相加得到总的锥度:

3 结语

所开发的螺纹测量仪径向测量范围为250 mm, 轴向测量范围为350 mm。根据测试, 其测量精度为0.005 mm, 每根管测量速度为15 s, 达到了与石油套管外螺纹加工生产线对测量速度和精度的要求, 并已经用于生产线上 (图13) 。

本文的工作表明, 采用数控伺服系统与光学系统相结合的方式, 对于大尺寸螺纹的高精度自动测量是一种有效的方法。

摘要：针对所开发的石油套管外螺纹数控光学测量仪, 介绍其光学系统构成及测量原理。首先利用双CCD相机提取套管螺纹的数字图像, 进行距离补偿。应用数字图像处理技术的相关原理与方法, 提取出螺纹边缘轮廓图像。最后利用Sobel算子进行滤波, 根据所得轮廓测出螺纹的牙型高度、螺距和锥度等基本参数。

石油套管篇7

天然气以及石油的钻井所使用的套管都是通过螺纹进行连接的, 其中最常用的是采用美国石油协会的偏梯形螺纹以及圆螺纹。

1 关于石油开采螺纹套管

螺纹套管是采集石油所用到频率最高的管材, 它的工作原理是通过一根根钢管串接并通过内外的螺纹进行旋合然后至井下进行作业。井下套管柱是进行石油开采的无法取代的铜带, 不但能够对井壁有一个很好的保护作用, 而且能够气、流水层通过不用压力体系进行很好的封隔, 其对石油的合理开发有着不可估量的作用。

1.1 石油套管螺纹接头

API标准是如今绝大多数国家通过的油管标准:当前, 油田开发的趋势多偏向条件比较恶劣的区域加上油井的深度的增加使得腐蚀介质也相应加大。普通的套管接头一般连接性能不是特别好且受力不是很均匀, 多数螺纹的强度是低于管道的强度的, 我国最常用的两种螺纹连接主要是:偏梯形的连接以及三角圆螺纹的, 其各方面指标都已经标准化了。

通过对这些年来的套管发展的研究、比较。我们可以看出其主要的研究方向是在于提高螺纹的密封性、连接承载以及防腐性能这几点。于是也就有了如今的特殊螺纹套管, 其目的是为了改善套管螺纹的连接性能。下面进行特点的简单总结:

(1) 密封性强; (2) 抗拉性能高; (3) 有涂料内敷; (4) 分部合理的应力;

(5) 具有外间隙; (6) 奇缘内壁。具有这样特点的特殊套头能够更好地适应各种井下的作业。下面介绍的是一般螺纹套管管材技术参数:

(1) 套管材料:APIX52;

(2) 屈服强度:σs=359N/mm2;套管外径:D=508mm;

(3) 套管内径:d=482.6mm;

(4) 套管厚度:δ=12.7mm;

(5) 抗拉强度:Py=7091KN;

(6) 抗外挤强度:pc=7.5MPa;

(7) 抗弯屈服能力:M=855KN.m;

(8) 内屈服压力:pi=15.7MPa。

2 套管目前出现的主要问题与改进方法

针对目前所出现的一些关于套管的问题下文从扣形以及接头两个方面进行简要分析:

2.1 扣形

(1) 梯形扣改进:可以将加工的精度进行有效提升如:将受力面的倾斜角变为零度, 从而来将密封性能以及滑脱方面的问题进行有效改进。

(2) 变锥度扣, 有效改善分布, 将强度有效提高。

(3) 两级无锥度扣, 加大强度, 使得入扣更容易。

2.2 接头

套管的接头种类比较多, 然而最为常用的还是整体以及外接箍的样式。

2.2.1 套管螺纹接头所存在的问题

目前我们研究的问题最多的还是关于抗拉强度以及密封性能方面。当前, 套管的承受能够低于套管的强度, 所以套管的损坏的原因具有很多方面, 关于套管螺纹的受力分析通常是从各个扣牙的分布情况而定的, 其对套管螺纹连接的承载力以及其它各方面的如:损坏激励研究以及评价分析研究有着至关重要的意义。

(1) 螺纹接头强度

可以说在我国绝大多数的油井套管都是采用符合美国API标准的套管, 尤其是在进行现场的使用过程中, 其中接头的承载能力只有管体最低屈服极限的百分之七十左右, 其远低于管体本身所能承载的能力。

(2) 关于丝扣的密封性能

关于API标准接头, 接头密封是靠丝扣油以及丝扣承载面的接触所形成开来的, 其密封性能可以说还是比较差的。

(3) 相关研究方法

结果的可信度是和研究方法密切相关的, 以往的研究方法涉及:有限元法、解析法以及实验法。不同的方法有着不同的准确程度, 所以必须要综合各方面因素选取一套最为有效、经济、使用的方法去研究。

2.2.2 套管接头的发展

为了满足油田勘探开发中对高温、高压及超深井的要求, 世界上各大石油管生产商和研究机构, 陆续推出供油田使用的特殊螺纹接头管道。各大生产企业又将其称为直连式和内接箍式 (套管管体上存在内螺纹和外螺纹) , 有管体顶端敦粗的及非敦粗的, 还有焊到两端的单独加工螺纹, 为了增强接头的承载能力及密封性能, 接头有了诸如此类的样式发展。超过管体本身承载能力的有整体和顶部敦粗接头两种, 例如日本生产的NK-EL, 在管体规定的受拉强度范围内整体式顶部敦粗接头最低损坏值高在百分之二十左右。实际操作中外接箍式非敦粗管接头运用广泛, 原因是整体顶部敦粗式接头生产工艺、难度及费用都较高。

(1) 对连接强度的要求, 为了使接箍式套管接头的连接强度超过管体强度, 通过减少接头径向分力, 更换材料及提高表面工艺精度, 基本实现了螺纹不粘扣。

(2) 对密封性能的要求, 改进了API接头的结构设计后, 接头的密封性有了很大程度的提升。

(3) 经过对高温、高压以及超深井等特殊油气井套管的研究, 达到了此类套管的连接要求。

下面我们就将上海宝钢进行举例, 其生产的通过柱面及球面两种方式实现金属间密封的BGT特殊螺纹。台肩有止扣以及辅助密封的作用, 如图1所示。

2.3 关于套头的抗腐蚀性能

因为受到接头处的尺寸变化大的缘故, 因而接头性能中防腐性能这一块显得尤其重要, 在油田中最为常见的两种腐蚀介质2CO以及HS2因而, 我们选取了以下的方法:用一些比较耐腐蚀的钢材, 海上石油勘探使用量最大的就是螺纹套管主要是用在海上的表层套管的作业使用过程中, 在进行海上的相关使用工作期间, 应当将多个螺纹套管, 通过套管连接箍套将一根根螺纹套管连接成一条能承受高压 (11.3Mpa) 的密封隔水套管组, 以此来更好地将地保护钻机的钻杆在其内部正常完成海上石油的相关钻采作业工作。

所以说, 对每根螺纹套管的要求是:

(1) 具有绝对的耐压以及密封性能。

(2) 具有良好的快速拆装工艺性, 拆装时的操作非常简单、套管旋转的圈数也比较少, 从而来提高工作效率。

(3) 螺纹连接处的强度比较高, 螺纹抗拉、抗弯、抗挤压的综合机械性都非常良好。

3 结语

本文仅仅是笔者的浅谈, 各种技术手段一定会在今后的改进研究过程中越来越得到精良的提升, 螺纹套管一定能够完成今后的设计预想实现高强度、高密封、稳定性能高、高配置, 从而来实现高工作效率的最终要求。

摘要：随着石油开采的越来越发展, 使得其开采条件越发恶劣, 很显然那些普通的符合API标准的螺纹套管已然无法去满足当下的石油生产的需要, 各个研究机构以及厂家已经纷纷出招想要去解决这个问题, 本文主要从套头的密封性能以及强度问题进行研究, 希望能够为广大同仁进行参考、指导。

关键词：石油开发,螺纹套管,密封性,强度

参考文献

[1]高连新.石油套管特殊螺纹接头的结构和性能研究[D].上海:上海交通大学, 2005

[2]高连新, 史交齐.油套管特殊螺纹接头连接技术的研究现状及展望[J].石油矿场机械, 2008, 37 (2) :15-19

[3]陈江荣.热采井套管螺纹性能分析[D].山东:中国石油大学, 2001

石油套管篇8

来自中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油天然气股份有限公司等相关单位、油田用户、石油工业设备检测机构、科研院所等单位的40名专家参加了标准审查。

按照标准审查程序, 会议采取分组审查的方式, 对8项标准逐一进行审查, 并分别提出修改意见。会议认为此次审查会上审查的各项标准均精心进行了准备工作, 标准化工作部积极协调, 起草单位认真工作, 《套管外封隔器》等7项标准通过审查。

通过审查的7项标准分别是:《石油天然气工业井下工具井下安全阀》、《石油天然气工业井下工具井下套管阀》、《套管外封隔器》、《偏心辊子整形器》、《钻井用打捞工具分类与通用技术条件》、《钻修井用割刀》、《反循环打捞篮技术条件》。

会议要求各标准起草单位按照专家审查意见对标准文本进行修改完善, 尽快形成标准表决稿, 各项标准应于2010年10月20日报秘书处。

石油套管篇9

非调质钢通过简单的在线常化处理, 其力学性能就可以达到合金结构钢调质处理后获得的强韧性要求, 选用非调质钢自然成为油田和轧管厂的共识。而采用在线常化工艺可以提高生产效率, 缩短生产周期, 进而降低生产成本, 所以通过在线常化生产高水平、高质量N80-1级套管在中国市场仍是十分广阔的前景。本文主要介绍将36Mn2V通过在线常化调质到N80-1的试制过程。

1 非调质钢

1.1 非调质钢定义

非调质钢是“非调质中 (低) 碳微合金结构钢”的简称, 是在中、低碳钢或中、低碳锰钢中添加微合金元素 (V、Ti、Nb、Al、B或N) 。通过控轧—控冷工艺, 充分发挥沉淀强化、细晶强化等作用, 使钢材在热轧后无需调质处理, 其强度和硬度可达到调质钢水平, 同时具有一定塑、韧性。非调质钢是同时满足高性能和低成本要求的环境友好型钢材[2]。

2 N80-1技术要求

2.1 N80-1的化学成分 (见表1)

2.2 N80-1的力学性能要求 (见表2)

从力学性能要求看, 屈强比、冲击韧性都有比较严格的要求, 而屈服强度也是较难保证的性能指标。

3 试制情况

3.1 试制生产工艺

管坯加热→穿孔→轧管→在线常化→再加热→高压水除磷→定径→冷却→矫直→切头尾→探伤→人工检查→检尺、通径→包装入库。

3.2 试制过程

先在实验炉进行小实验研究, 得出可行的热处理制度以后, 运用到生产线进行大生产验证, 以确定最终的将36Mn2V调质到N80-1的加热制度。

3.3 环形炉温度的控制

管坯的加热制度的确定, 对N80-1的性能起着关键的作用。预热段温度800～1100℃, 加热段温度1250～1290℃, 均热段温度控制1250～1280℃。

3.4 轧制工艺