非API油井管制造质量的影响因素及质量管控方法研究

与传统美国石油学会标准(API)油井管相比,非API油井管使用性能高、应用范围广,但质量要求也更为严格。从质量管控角度出发,通过全面质量控制理念,探讨并列出了非API油井管质量控制所需的5个基本要素:质量检测、质量标准体系构建、质量监督、反馈机制与责任机制,简析了制造质量的影响因素,并提供了全面的质量管控方法。通过研究为提升非API油井管的质量提供方法,促进非API标准体系的完善,为保障我国石油工业的健康发展提供理论基础。

非API套管接头主密封结构气密性能试验分析

非API套管接头主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构，保证气井开采时的井筒内气密性。依据7 in．套管接头尺寸选用锥面对锥面径向主密封结构型式加工试件，通过密封面过盈配合尺寸控制密封预紧力，测试不同密封预紧力下的气体泄漏率；分别采用车削、磨削和研磨工艺加工接触面，对比分析不同表面粗糙度对气密性能影响程度；取径向密封接触宽度范围2．5～25 mm，测试相同密封预紧力和气体压力下，不同接触宽度对应的气体泄漏率。试验测试结果表明，较高的初始接触压力是形成金属对金属密封的必要条件，当接触压力接近2倍材料屈服强度后，随气体压力升高泄漏率曲线近似保持水平，径向金属密封产生稳定气密性能；密封面的表面粗糙度不同，其进入稳定密封状态的快慢程度不同，表面光洁度越高、进入速度越快气密性能越好；径向接触宽度在2．5～10 mm范围内，气体泄漏率随接触宽度增加而显著降低，10 mm以后接触宽度对气密性能影响不大。

非API标准Big Omega特殊螺纹接头连接性能数值分析

以德国非API标准的Big Omega特殊螺纹接头作为研究对象,应用有限元软件ANSYS建立计算力学模型,模拟套管柱接头行为,通过改变螺纹参数(高度、锥度等),计算得出各扣牙相应的最大法向接触应力与最大接头Mises应力。分析螺纹参数变化对扣牙所受应力的影响规律,从而得到Big Omega接头螺纹参数的改变对套管接头连接性能的影响规律,进而为套管柱接头特殊螺纹扣型的选择提供依据,为套管柱设计提供更为有效的参考。

非API油井管技术在中国石化四川天然气勘探区块的应用

介绍了中国石化四川天然气勘探区块在完井工程所遇到的油井管技术难题,主要体现在海相气井油层套管设计和高温高压含CO2气井油套管材质选择两个方面。针对高强度与抗硫能力要求之间的矛盾,采取了组合套管解决方案。针对存在CO2腐蚀的气井井筒安全经济设计的技术难题,对于腐蚀极严重的情况,采取了生产管柱和封隔器预座封段选用HP1-13Cr非API油井管柱的解决方案;而对于腐蚀较轻的情况,采取了普通材质油井管+特殊螺纹+封隔器完井的解决方案。上述技术方案已在井场得到成功应用。

非API 13Cr系马氏体不锈钢油套管的发展现状

API(美国石油协会)13Cr油套管具有良好的耐CO_2腐蚀性,但随新油田的开发,要求油套管具有优良的抗H_2S、CO_2高温耐蚀性。文中分析了国内外非API 13Cr马氏体不锈钢油套管(Cr13-Ni5-Mo,Cr13-Ni5-Mo2,Cr15-Ni6-Mo2-Cu等)的发展现状,叙述了相关生产厂家油套管的化学成分、力学性能和耐蚀性。

非API油井管的发展及质量控制方式

随着石油勘探开采条件的日益复杂和严酷,油井管服役环境也越来越苛刻,为了适应不同工况的需求,国内外油井管制造公司相继开发了不同使用用途的非API油井管。介绍了目前国内外主要的非API油井管种类、服役工况、使用特点及存在的问题,并结合我国油田实际工况条件,提出了新形势下非API油井管的质量控制方式:通过订货技术标准提出质量指标要求、通过驻厂监造落实质量指标、通过全尺寸评价试验验证油套管质量是否符合订货技术标准、通过下井应用跟踪验证订货技术标准是否合理等,以确保油井管的产品质量。

非API规格套管在弯曲井段可下入性的计算

套管在弯曲井眼里的可下入计算,是在下套管作业前判断在弯曲井眼能否顺利下入套管的重要计算依据。采用解析法和有限元法对非API规格套管在弯曲井眼里的可下入性进行分析计算。结果表明:解析法和有限元法计算的结果基本一致;解析计算公式能够满足现场运用,为非API规格套管下入提供理论支持。

非API规格偏梯形套管螺纹的开发

为了满足特殊井况结构螺纹接头的需要,提出了非API规格套管设计方法,在原有API偏梯形螺纹齿形和参数的基础上,重新设计计算了中径、完整螺纹长度、管端至消失点总长度、接箍镗孔直径、管端至三角形标志长度和全顶螺纹长度等6项参数,对设计的非API规格偏梯形螺纹套管进行了有限元分析,并进行了拉伸试验和静水压试验。结果表明,设计的非API规格偏梯形螺纹套管性能满足相关标准要求,其抗拉伸及抗内压性能达到管体100%,抗压缩性能达到管体40%。

非API标准工况下套管接头的强度分析

将５″１７ｌｂ／ｆｔＪ５５ＡＰＩ８ＲＬＴＣ长圆螺纹套管接头作为研究对象，考察其在非ＡＰＩ标准工况下的强度。建立了力学模型和有限元计算模型，并对计算结果进行了分析。分析结果表明，应用轴对称体接触问题的半解析有限元法，可以有效地解决非ＡＰＩ标准工况下套管接头力学特性这类复杂的接触问题，与纯三维问题相比，这种方法大大缩减了自由度；在弯曲作用下，接头螺纹啮合段环向０°位置处的等效应力增大，环向１８０°位置处的等效应力减小，并且这种变化随弯矩载荷的增大而增大，而环向９０°和２７０°位置处的等效应力变化很小；在非均匀挤压下。

非API钻具在小井眼水平井中的应用

苏里格小井眼水平井钻井中使用ф88.9 mm钻具出现"两小一高"(排量小、扭矩小、压耗高)的问题,使得螺杆在水平段钻进中动力不足,影响了提速提效。通过API REG 7G计算了钻杆管体的抗扭强度,通过有限元软件分析了接头尺寸与抗扭性能的关系,并根据特殊钻井工艺参数对API钻具接头扣型的要求,提出使用双台肩接头,解决了苏里格水平井钻井中无法在ф177.8 mm技术套管内使用ф101.6 mm钻具的技术难题,实现了钻井过程中的大排量、高螺杆输出扭矩、低循环压耗,满足了苏里格小井眼水平井钻井的需要。

微观泄漏机理在非API套管接头密封性能评估中的应用

将微观泄漏机理引入非API套管接头密封性能研究,旨在建立表面粗糙度和密封结构加工参数与微观气体泄漏率之间的函数映射关系。通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征。结合弹塑性力学接触理论和计算得到的粗糙表面几何形貌参数,建立具有几何共性特征的高硬度管体层锥体压入低硬度软金属镀层平面简化泄漏模型,将气体泄漏看作不可压缩稳定层流,推导出含有密封面微观几何形貌特征(平均峰角和平均峰高)的气泄漏率计算公式。将与套管接头主密封结构重要加工参数相关的总密封预紧压力代入微观气体泄漏率计算公式,得到适用于非API套管接头密封性能定量评估计算方法。泄漏率实例计算结果表明,不同表面粗糙度对应气体泄漏率相差一个数量级,且加工精度等级越高相差越明显。非API套管接头密封设计和性能评估必须考虑金属机加工表面粗糙度。

非API石油专用管标准体系构建及展望

简述了非API石油专用管产品现状,分析比对了常规API石油专用管标准体系,通过采用需求导向构建方法、PDCA循环方法,对非API石油专用管产品发展现状、关键技术及标准化需求进行了分析,建立了涵盖设计与选材、产品制造、检测与检验、使用维护、失效与完整性管理的非API石油专用管全寿命周期标准体系,针对行业热点,对非API石油专用管标准化发展方向提出了建议。

NQI框架下的非API石油专用管质量管控技术

介绍了国家质量基础(NQI)技术体系概念;论述了NQI技术体系是油气工业非API石油专用管质量管控的技术基础,NQI框架下非API石油专用管产品的计量、标准、检验检测和认证认可技术共同组成了其质量管控技术体系;阐述了非API石油专用管质量管控技术面临的选材评价技术不完善、质量管控认证体系缺失和现场检测与服役监控手段单一的技术现状;同时提出了在NQI框架下建立跨阶段集成产品质量管控技术体系、建立健全认证认可机制和工业物联网数据共享系统,促进我国形成先进适用的非API石油专用管质量管控技术体系。

跨阶段集成的非API石油专用管认证体系构建研究

针对非API石油专用管产品配套的相关检测监理机构、质量抽检机构、现场施工方等能力认证体系缺失,造成非API石油专用管的跨阶段质量管控困难、效能低等问题,利用德尔菲法,经过两轮咨询,构建了包含入井前质量分级认证、驻厂监造机构认证、质量抽检机构认证、管柱监测监控能力认证、现场施工机构认证和服役风险管控认证的跨阶段集成产品质量管控认证体系,为面向全过程的非API石油专用管质量管控提供了依据。

我国非API油套管现状分析及驻厂监造难点与对策

介绍了非API油套管种类及特点,通过对我国非API油套管的现状和发展趋势的分析,阐述了驻厂监造的难点,并提出了建议。指出,驻厂监造是保证油套管质量的一种有效方式,应尽快建立系统的产品、应用以及评价标准的非API油套管标准体系。

国内非API油套管质量现状浅谈

对目前国内非API油套管生产质量进行了介绍,重点就采购、生产、质量监督中发现的问题进行了说明。非API油套问题涉及产品的质量稳定性、产品外协、无损检测、交货周期等。并结合存在的问题,就客户如何在采购非API油套管中降低质量风险提出了一些建议。

一种非API规格套管高性能特殊螺纹接头的设计开发

针对高温高压超深井的复杂井况需求,研制开发了一种非API规格套管高性能特殊螺纹接头,规格为Φ200.03 mm×10.92 mm,钢级为110ksi。介绍了特殊螺纹接头的结构特点,采用有限元方法计算分析了接头的应力分布、密封强度和密封接触压力,并依据API RP 5C5:2017 CAL IV对接头进行了全尺寸实物评价试验验证和复合力气密封试验。理论分析和试验结果表明,该接头的抗粘扣性能、密封完整性、接头结构合理性均达到了产品设计要求,能够满足高温高压深井对螺纹接头结构和密封性能的要求。

基于风险矩阵法的非API石油专用管工况分级研究

随着油气田深度开发利用,定义相对完备的工况指标参数并合理划分工况等级,对于服役于苛刻工况的非API石油专用管设计、制造、选用及后期服役管理极其关键。针对非API石油专用管服役工况分级问题,研究确定合理的工况参数,建立定量表征工况等级的风险矩阵模型,利用工况参数对工况的重要度进行量化赋值。结合风险矩阵对工况风险的定量分析,提出工况风险度的计算模型。在量化分析不同工况指标自身风险和指标参数间耦合风险的基础上,完成对工况风险的综合评价,评价结果可用于识别关键指标,用于提高管柱服役的安全可靠性。实例分析结果表明了本文所提出的工况分级方法的有效性。

非API石油套管制造工艺及监造技术研究

通过对非API石油套管工艺技术分析,总结出影响非API石油套管使用性能的关键节点,同时结合在非API石油套管产品全程监造中发现的具体问题,研究非API石油套管监造技术,提出非API石油套管产品监造控制重点。

非API石油专用管质量基础设施体系优化框架研究

为解决因非API石油专用管质量基础设施(Quality Infrastructure,QI)体系优化方法缺失造成的石油管企业难以针对性地改进自身QI体系的问题,提出了一个非API石油专用管QI体系优化框架,该框架包括3部分:1)标准QI体系和待优化QI体系的构建;2)基于QI体系的异构信息网络模型构建;3)在构建好的模型基础上的指标优化敏感度求解。QI指标的优化敏感度大小反映了指标需要进行优化的迫切程度。通过对4家石油专用管企业QI体系指标优化敏感度求解,验证了本方法的合理性。本研究为非API石油专用管企业如何以合理方式优化自身QI体系水平,促使石油专用管产品达到高的质量水平指明了方向,具有很强的实际运用意义。