徐子彬

注汽熱采是我國乃至世界范圍內(nèi)稠油開采最廣泛適用的采油工藝方法。稠油注蒸汽開采時，普遍采用隔熱油管以減少井筒熱損失，提高注入到油層的蒸汽干度,保護(hù)套管及套管外的水泥環(huán)免受損壞。在我國由于大多數(shù)稠油井注汽壓力和溫度較高，必須采用隔熱油管,而且對隔熱油管的性能要求亦較高。隔熱油管作為具有隔熱性能的油管產(chǎn)品，主要適用于熱載體溫度不超過350℃的工況，用于油田“蒸汽驅(qū)”、蒸汽“吞吐”和“注采一體化”稠油熱采作業(yè)。它由內(nèi)管、外管、隔熱材料、接箍等組成。通過高溫測試，與普通油管同樣條件下，1000 m井深的井底干度達(dá)到40%～50%。因此應(yīng)用隔熱油管可大幅度提高井底干度，減少井筒熱損失，提高蒸汽的熱利用率。同時可滿足不同井深和水平井的稠油、深層稠油和特（超）稠油井熱采等作業(yè)的需要。此外，還可以防止油井套管和水泥環(huán)因高溫而變形損壞，提高套管使用壽命[1]。

一、真空隔熱油管規(guī)格及分類

隨著油田開采進(jìn)入后期，地質(zhì)開采條件的復(fù)雜化，對隔熱油管的隔熱性能和機(jī)械性能的要求越來越高。預(yù)應(yīng)力真空隔熱油管是一種新型隔熱油管，采用預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償技術(shù)，保證其在高溫下有可靠的機(jī)械性能，同時應(yīng)用抽真空、熱反射、熱對流阻斷三大隔熱技術(shù)，大大提高了隔熱油管的隔熱性能。真空預(yù)應(yīng)力隔熱油管按其內(nèi)管內(nèi)壁為350℃時的視導(dǎo)熱系數(shù)分為五個等級[2]（見表1）。

表1 隔熱性能等級分類表

預(yù)應(yīng)力隔熱油管的結(jié)構(gòu)見圖1，其主要尺寸見表2。

圖1 預(yù)應(yīng)力隔熱油管結(jié)構(gòu)示意圖

表2 隔熱油管規(guī)格

二、隔熱油管機(jī)械損壞形式

隔熱油管在下井作業(yè)過程中，主要有如下幾種機(jī)械損壞形式：

（一）焊縫開裂

焊縫開裂在隔熱油管機(jī)械損壞中占有較大比例，這是因為焊縫承受巨大應(yīng)力及應(yīng)力變化。只有正確選擇內(nèi)外管焊接方案、管材的焊接性能、焊接工藝參數(shù)和良好的焊工技術(shù)素質(zhì)等對保證焊接質(zhì)量影響很大，否則，極易產(chǎn)生焊接缺陷。

（二）管柱聯(lián)接螺紋粘扣和斷裂

隔熱油管兩端聯(lián)接螺紋位于焊縫熱影響區(qū)，材料抗拉強(qiáng)度降低，與接箍擰緊后，徑向接觸應(yīng)力增大。過扭矩和材料抗拉強(qiáng)度下降容易造成螺紋斷裂。螺紋表面接觸應(yīng)力過大容易引起粘扣。

（三）接箍破裂和變形

作業(yè)過程中，接箍表面易被大鉗咬傷而形成大量缺口，引起應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到3以上，隨著外力增加，缺口根部應(yīng)力可超過材料的斷裂強(qiáng)度，導(dǎo)致接箍的脆性斷裂。

（四）管體破裂或爆裂

管體破裂多是管材金屬存在組織缺陷（帶狀偏析、晶粒粗大）引起。管體爆裂多是氫所致，即環(huán)空含氫混合氣體爆炸引起。

三、試驗方案

根據(jù)預(yù)應(yīng)力隔熱油管的隔熱原理和S Y/T 5324-2013《預(yù)應(yīng)力隔熱油管》的相關(guān)要求[4]，結(jié)合河南油田采油二廠稠油開采的實際情況，試驗方案分為廠內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗兩個部分。

按S Y/T 5324-2013《預(yù)應(yīng)力隔熱油管》標(biāo)準(zhǔn)要求，隔熱油管在產(chǎn)品出廠前，要做相關(guān)內(nèi)容的試驗（見表3）。

表3 隔熱油管廠內(nèi)試驗內(nèi)容

根據(jù)表3中列舉的檢驗項目，制定了如下廠內(nèi)試驗方案：

（一）機(jī)械性能試驗

1.高溫機(jī)械性能試驗

國內(nèi)做管材高溫機(jī)械性能的廠家較少，對試件要求較高。隔熱油管管坯作為一種特殊的油管管坯，一般正規(guī)有資質(zhì)的大型鋼廠在出廠前都做過管材高溫機(jī)械性能試驗，河南南陽油田機(jī)械公司選用鞍鋼A G 80 H耐熱熱采油井管，可委托鞍鋼公司檢驗其高溫強(qiáng)度。

2.常溫抗拉載荷試驗

委托有資質(zhì)的油建公司試驗檢驗中心對焊接試件進(jìn)行拉伸試驗，試驗結(jié)果以檢測報告為準(zhǔn)。

3.常溫抗內(nèi)壓、抗外擠試驗

機(jī)械公司現(xiàn)有一臺水壓機(jī)，可做油管的抗內(nèi)壓和抗外擠試驗。

（二）隔熱性能檢測

機(jī)械公司現(xiàn)有一臺GDC-15型隔熱油管視導(dǎo)熱系數(shù)測試儀。該測試儀采用了進(jìn)口日本導(dǎo)電表，具有操作簡便、調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良，實現(xiàn)溫度穩(wěn)定控制，徹底杜絕測試過程中加熱溫度過高和長時間不能穩(wěn)定的缺陷。該測試儀可一次測試15根隔熱油管，測試時間為85分鐘，測試效率高。衡量隔熱性能最重要的參數(shù)視導(dǎo)熱系數(shù)可通過該儀器進(jìn)行檢測。

（三）焊縫檢測

隨機(jī)抽取3根隔熱油管委托有檢測資質(zhì)的技術(shù)監(jiān)測中心壓力容器檢驗所進(jìn)行X射線探傷，焊縫檢測以檢測報告為準(zhǔn)。

（四）螺紋檢測

將加工的試件送至中石化油（套）管質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進(jìn)行檢測，測試結(jié)果以檢測報告為準(zhǔn)。

（五）通徑檢驗

四、機(jī)械性能試驗

（一）內(nèi)外管材高溫機(jī)械性能試驗

內(nèi)外管材高溫機(jī)械性能試驗委托鞍鋼進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果分別見圖2、表4、表5。

試驗結(jié)果顯示，試驗鋼具有一定的耐熱性能，400℃試驗溫度下的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到80 k s i鋼級水平。

圖2 真空隔熱油管原材料高溫檢驗數(shù)據(jù)圖

表4 真空隔熱油管原材料高溫檢驗數(shù)據(jù)表

表5 真空隔熱油管原材料高溫檢驗數(shù)據(jù)表

（二）常溫抗拉載荷試驗

將加工好的焊接試樣送至油建公司試驗檢驗中心做常溫拉伸載荷試驗，抗拉強(qiáng)度為725-730Mpa，滿足 N 80-1油管抗拉強(qiáng)度（≥689.5Mpa）的要求。（見附錄 1）

（三）常溫抗內(nèi)壓和抗外擠試驗

五、其他檢測與檢驗

（一）視導(dǎo)熱系數(shù)檢測

經(jīng)G D C-15型隔熱油管視導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測試，每一根隔熱油管的視導(dǎo)熱系數(shù)均在0.002-0.02之間，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的隔熱等級（D級或E級）。

（二）焊縫檢驗

隨機(jī)抽取的3根隔熱油管對管兩端及抽氣孔焊縫進(jìn)行X射線檢測，經(jīng)技術(shù)監(jiān)測中心壓力容器檢驗所檢驗合格（見附錄2）。

（三）螺紋檢測

將加工好的偏梯形螺紋短節(jié)和接箍送至中石化油（套）管質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，檢驗結(jié)論為合格（見附錄3）。

（四）通徑檢驗

對加工好的隔熱油管用通徑規(guī)進(jìn)行通徑檢驗，通徑規(guī)均可自由通過。

六、現(xiàn)場應(yīng)用試驗

為了檢測隔熱油管的實際使用效果，試驗井?dāng)?shù)2口井：

1.楊2305（新投）：下井時間2013年 11月19日預(yù)應(yīng)力隔熱油管85根，12月15日第一輪注汽，至目前共注汽3輪，注汽溫度342°C—359°C，注汽壓力19Mpa，累計注汽量1981噸，累計生產(chǎn)時間143天，產(chǎn)液1512.5噸，產(chǎn)油378.8噸，下井時間共190天。

對下井的預(yù)應(yīng)力隔熱油管進(jìn)行了返廠檢測，檢測項目見表6。

七、結(jié) 論

1.機(jī)械性能和隔熱性能是否適應(yīng)油田高溫的環(huán)境，以及是否滿足生產(chǎn)指標(biāo)，必須通過試驗進(jìn)行鑒定或驗證，有時還需通過試驗來暴露產(chǎn)品在設(shè)計和工藝中存在的問題，通過故障分析確定主要的故障模式和發(fā)生的原因從而便于采取改進(jìn)措施是一種有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量的方法。

表6 下井試驗隔熱油管取出后檢驗結(jié)果

2.應(yīng)用該檢測工藝對隔熱油管的機(jī)械性能和隔熱性能進(jìn)行檢驗，能有效保證真空隔熱油管的各項性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.通過現(xiàn)場應(yīng)用驗證，預(yù)應(yīng)力隔熱油管檢測方法可靠有效，能夠滿足生產(chǎn)需要，為減少井筒熱損失，提高注汽效果，提供了技術(shù)保障。

［1］張銳.稠油熱采技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1999.

［2］API SPEC 5CT-2011套管和油管規(guī)范［S］.2011.

［3］API SPEC 5B-2008套管油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗［S］.2008.

［4］SY/T 5324-2013預(yù)應(yīng)力隔熱油管［S］.2013.