李　超，陳長(zhǎng)青，劉文紅，李德偉

（1.渤海石油裝備第一機(jī)械廠，河北青縣062658；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710077；3.華油一機(jī)抽油機(jī)有限公司，河北青縣062658）①

套管失效案例及控制技術(shù)研究

李超1，陳長(zhǎng)青1，劉文紅2，李德偉3

（1.渤海石油裝備第一機(jī)械廠，河北青縣062658；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710077；3.華油一機(jī)抽油機(jī)有限公司，河北青縣062658）①

通過(guò)對(duì)近年來(lái)典型套管失效的統(tǒng)計(jì)分析，闡述了套管失效的現(xiàn)狀、模式、原因和失效機(jī)理，指出套管失效以斷裂和脫扣為主要模式，同時(shí)表明近年來(lái)由于套管的質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的失效事故顯著增加。據(jù)此提出了從具體失效分析、對(duì)存在疑似缺陷的套管進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)、開(kāi)展套管質(zhì)量控制及其應(yīng)用技術(shù)研究、套管及其管柱的完整性管理等幾個(gè)方面入手，開(kāi)展套管失效控制技術(shù)研究，不但可對(duì)套管的質(zhì)量是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行判斷，還可對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求套管的使用范圍進(jìn)行規(guī)范，從而保證油田選好用好套管，減少套管的失效。

套管；失效模式；失效分析；失效控制；適用性評(píng)價(jià)；完整性管理

套管是石油行業(yè)中重要的物資和器材，而且用量很大，在整個(gè)建井成本中平均占25%左右［1］。套管及其管柱失效將導(dǎo)致整個(gè)管柱不能正常生產(chǎn)，甚至整口井報(bào)廢。

近年來(lái)，隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的快速發(fā)展和鉆采新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)套管的質(zhì)量和性能提出了更高的要求，而套管的質(zhì)量和性能不能很好地滿足油氣田勘探開(kāi)發(fā)需求，與油氣勘探開(kāi)發(fā)需求之間產(chǎn)生了較大的矛盾；加之在套管質(zhì)量控制方面存在一些薄弱環(huán)節(jié)，一些質(zhì)量和性能不合格的套管產(chǎn)品流入油氣田，由此引發(fā)一些由于質(zhì)量引起的失效事故，對(duì)油氣田的正常生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響，也會(huì)產(chǎn)生一些安全隱患。例如，某油田2008年至今就發(fā)生長(zhǎng)圓螺紋套管接頭滑脫事故20余起以上，接頭上扣過(guò)程中發(fā)生粘扣40余起，給油田生產(chǎn)造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

通過(guò)對(duì)自2007年以來(lái)典型套管失效的統(tǒng)計(jì)分析，闡述了套管及其管柱失效的現(xiàn)狀、失效模式、失效原因和失效機(jī)理，指出斷裂、脫扣、粘扣、螺紋泄漏以及腐蝕是幾種經(jīng)常遇到的套管失效模式，且套管失效以斷裂和脫扣為主要模式。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析以及典型套管失效分析表明，近年來(lái)由套管的質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的失效事故顯著增加。據(jù)此提出了從具體失效分析、對(duì)存在疑似缺陷的套管進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)、開(kāi)展套管質(zhì)量控制及其應(yīng)用技術(shù)研究、套管及其管柱的完整性管理等幾個(gè)方面入手，開(kāi)展套管失效控制技術(shù)研究。不但可對(duì)套管的質(zhì)量是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行判斷，還可對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的套管的使用范圍進(jìn)行規(guī)范。從而明確套管失效機(jī)理，選好用好套管以及對(duì)套管失效進(jìn)行預(yù)防。

本文所討論的套管失效主要針對(duì)鉆井和完井過(guò)程中所發(fā)生的失效案例和分析，不包括油氣開(kāi)采以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中及任何增產(chǎn)和作業(yè)措施造成的套管損壞。

1　套管失效模式及失效項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析

1.1 套管失效模式

有學(xué)者將油井管的失效模式用脫、漏、粘、擠、破、裂、磨、蝕8個(gè)字概括，也有學(xué)者將套管失效模式劃分為掉井失效、固井失效、接箍開(kāi)裂、粘扣失效、腐蝕磨損失效等［2］。

結(jié)合近年來(lái)套管失效的模式，為了更好地對(duì)套管失效進(jìn)行歸類，總結(jié)其失效的特點(diǎn)和規(guī)律，本文在總結(jié)和歸納的基礎(chǔ)上，將套管及其管柱的失效模式按照如下模式進(jìn)行分類：①斷裂，如橫向斷裂、爆裂、螺紋疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、接箍縱裂；②變形，如擠毀、脫扣；③磨損，如粘扣、管體磨損；④螺紋泄露；⑤腐蝕。通過(guò)這種劃分，經(jīng)常遇到的套管和油管及其管柱的失效模式就可歸類為斷裂、脫扣、粘扣、螺紋泄漏和腐蝕等失效模式。幾種典型失效模式［3］的宏觀形貌如圖1所示。

圖1　幾種典型的套管失效模式

1.2 套管失效項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析

2007—2011年，中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱中石油管研院，包括其前身中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所）完成34起套管和油管失效分析項(xiàng)目，這些失效數(shù)據(jù)僅是油田送中石油管研院進(jìn)行套管和油管失效分析的數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)。送檢的失效套管和油管也只是部分油田發(fā)生的套管和油管失效中典型的失效個(gè)例，實(shí)際失效的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此數(shù)據(jù)。雖然只是全國(guó)失效事故的少部分，但是由于這些事故對(duì)油田造成了較大影響，阻礙了油氣井勘探與生產(chǎn)的發(fā)展，所以一定程度反映了近年來(lái)我國(guó)套管和油管失效的現(xiàn)狀。此項(xiàng)工作的主要目的是期望找到套管和油管失效的規(guī)律，從而采取措施盡量減少套管和油管的非正常失效。

近幾年以來(lái)，套管和油管失效事故按照油井管鋼級(jí)的統(tǒng)計(jì)情況如圖2所示，可以看出：J55鋼級(jí)失效事故13起，N80鋼級(jí)失效事故9起；這2種鋼級(jí)套管和油管失效占所有統(tǒng)計(jì)失效的65%以上，更高鋼級(jí)的套管和油管的失效事故也為數(shù)不少。

圖2　套管和油管失效按照鋼級(jí)的統(tǒng)計(jì)

套管和油管失效部位的統(tǒng)計(jì)情況如圖3所示，可以看出：油管螺紋部分的失效占到60%以上，而套管的失效則80%以上與螺紋部位有關(guān)，這也說(shuō)明螺紋部位是套管和油管連接成管柱的薄弱部位，是經(jīng)常發(fā)生失效的地方。

圖3　套管和油管失效的部位

按照螺紋形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的套管和油管失效情況如圖4所示，可以看出：長(zhǎng)圓螺紋套管和油管的失效幾乎占到失效總數(shù)的80%；另外，特殊螺紋接頭形式套管和油管的失效也需要注意。

圖4　套管和油管失效按照螺紋形式的統(tǒng)計(jì)

套管和油管失效模式的統(tǒng)計(jì)情況如圖5所示，可以看出：油管的失效模式以斷裂和磨損（粘扣）為主，這2種失效模式占到油管失效的70%以上；套管的失效模式則以斷裂和形變（脫扣）居多，且這2種失效模式占到套管失效的90%以上。

圖5　套管和油管失效模式的統(tǒng)計(jì)

失效原因按照現(xiàn)場(chǎng)操作、產(chǎn)品質(zhì)量、腐蝕等統(tǒng)計(jì)的情況如圖6所示，可以看出：純粹由于產(chǎn)品質(zhì)量原因引起的失效占到將近50%；另外，與產(chǎn)品質(zhì)量因素有關(guān)的失效原因結(jié)合起來(lái)，由于產(chǎn)品質(zhì)量造成的失效原因占到所有失效的60%，必須引起各方面的重視。

圖6　失效原因和失效頻次的相關(guān)統(tǒng)計(jì)

2　套管失效案例分析

2.1 工廠端脫扣

2010-06，某鉆探工程公司施工的水平井發(fā)生177.8mm×10.36mmN80 Q LC套管脫扣失效事故，脫扣套管未能從井下取出。該井實(shí)際套管串為177.8mm浮鞋＋177.8mmP110套管×1根＋177.8mm浮箍＋177.8mmP110套管（3019.34～3517.68m）＋177.8 mm N80Q套管（0～3019.34 m）。

進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)時(shí)，一次卸扣后外螺紋粘扣形貌如圖7所示，分析結(jié)果表明：套管接箍緊密距參數(shù)不合格，螺紋脂選用不當(dāng)，致使套管螺紋抗粘扣性能較差，連接強(qiáng)度顯著降低。

圖7　進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)時(shí)一次卸扣后外螺紋粘扣形貌

2010-06-27，東北地區(qū)某開(kāi)發(fā)直井，在鉆至井深2650m時(shí)，下完232根-139.7 mm×7.72 mm J55 LC套管，下深2646.12 m。灌滿泥漿后，開(kāi)泵環(huán)空不返泥漿，經(jīng)3次上下活動(dòng)套管后，泥漿返出，泵壓0～4 MPa，泥漿進(jìn)多出少，停泵觀察環(huán)空有外溢。起出套管甩掉注托器時(shí)，發(fā)生第10根套管起出轉(zhuǎn)盤面5 m接箍與本體突然脫開(kāi)，下部套管落井。落井套管223根，長(zhǎng)度2544.03 m，魚(yú)頂105.97 m。接箍斷面變形形貌以及管體局部大片P組織如圖8所示。

圖8　接箍斷面變形形貌以及管體局部大片P組織

分析結(jié)果表明：套管選用不當(dāng)，套管接箍鏜孔直徑不符合標(biāo)準(zhǔn)要求；接箍承載面寬度過(guò)小，導(dǎo)致承載面過(guò)早屈服；接箍承載面寬度過(guò)小、瞬時(shí)提拉載荷過(guò)大是導(dǎo)致套管脫扣失效的重要原因。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)端脫扣

2010-07，國(guó)內(nèi)某著名套管制造廠生產(chǎn)的139.7mm×7.72mmJ55 LC套管用于某定向井的二開(kāi)套管，下二開(kāi)套管作業(yè)時(shí)套管脫落，此時(shí)下井套管170根，套管串長(zhǎng)度1 852 m。隨后，上提剩余套管有2根。該套管外螺紋接頭第1～17扣導(dǎo)向面形貌和管體組織如圖9所示。

圖9　外螺紋接頭第1～17扣導(dǎo)向面形貌和管體組織

分析結(jié)果表明：套管材料屈服強(qiáng)度偏低，材料組織中有混晶現(xiàn)象，含有少量的WF（魏氏鐵素體）有害組織，晶粒度低（40%3.0級(jí)，60%5.0級(jí)），試樣現(xiàn)場(chǎng)端外螺紋接頭上扣擰接圈數(shù)不足是造成滑脫失效的原因。

套管滑脫事故主要集中于API長(zhǎng)圓螺紋接頭，失效的原因有螺紋參數(shù)不合格、下放套管速度過(guò)快而撞擊井口、螺紋脂選用不當(dāng)以及螺紋發(fā)生粘扣等，這些因素顯著降低了接頭的連接強(qiáng)度［4］。關(guān)于API長(zhǎng)圓螺紋接頭套管的滑脫問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年研究證實(shí)，螺紋參數(shù)及其公差是很重要的影響因素，建議在套管柱拉伸載荷較高時(shí)選用API偏梯形螺紋接頭或特殊螺紋接頭。

2.3 套管接箍縱向開(kāi)裂失效

2009-04，某鋼管公司生產(chǎn)的177.8mm×10.36mmP110 BC套管在某井發(fā)生7根套管接箍破裂和脫扣事故。該井在關(guān)井期間進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，油套環(huán)空帶壓，泥漿中有天然氣存在，泥漿漏入244.5mm（9英寸）與177.8mm（7英寸）套管環(huán)空，后來(lái)起出177.8mm（7英寸）尾管。該套管裂紋源區(qū)起裂源位置斷口宏觀形貌和倒角截面凹坑及凹坑內(nèi)裂紋形貌如圖10所示。

圖10　裂紋源區(qū)起裂源位置斷口宏觀形貌和倒角截面凹坑及凹坑內(nèi)裂紋

分析結(jié)果表明：套管接箍材料沖擊韌性不符合API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)要求，接箍端部倒角機(jī)械加工形成凹槽并在底部有裂紋存在，由于應(yīng)力集中造成從接箍端部倒角處起裂，接箍沖擊韌性低是造成接箍脆性開(kāi)裂的主要原因。

2.4 套管外螺紋根部斷裂

2007-10，某油田在進(jìn)行起下鉆桿的防噴演習(xí)中，半封閘板防噴器開(kāi)關(guān)正常，在隨后進(jìn)行鉆進(jìn)工況的防噴演習(xí)時(shí)，半封閘板防噴器無(wú)法關(guān)閉。打開(kāi)半封閘板側(cè)門檢查防噴器時(shí)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)套管懸掛器上移1.6 m，阻擋了半封閘板的有效關(guān)井。起鉆完，接套管對(duì)扣，2次都沒(méi)有成功，懸掛器連接螺紋磨平。隨后拆轉(zhuǎn)盤，甩掉萬(wàn)能防噴器、閘板防噴器和四通，提出上升的技術(shù)套管懸掛器，懸掛器下帶出1根技術(shù)套管，技術(shù)套管從外螺紋根部斷裂。經(jīng)過(guò)多次打撈，一共撈出斷裂的套管9根和3個(gè)接箍。其中，有6根套管從現(xiàn)場(chǎng)端管體外螺紋根部斷開(kāi)，3根套管從工廠端的管體外螺紋根部斷開(kāi)，3個(gè)接箍?jī)?nèi)的兩端均有斷裂的管體螺紋。該批套管為某油井管制造公司生產(chǎn)的244.5mm×8.94 mmJ55 LC套管。圖11為失效套管與未使用套管的端面形貌對(duì)比及失效套管螺紋根部裂紋特征。

圖11　失效套管與未使用套管的端面形貌對(duì)比及失效套管螺紋根部裂紋特征

分析結(jié)果表明：失效套管材料組織粗大，屈服強(qiáng)度低于API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)，在參考API RP 5C5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)過(guò)1次上卸扣后都發(fā)生了不同程度的粘扣，螺紋連接強(qiáng)度低于API Bull 5C2中給出的最低連接強(qiáng)度。

2.5 套管管體刺漏失效

某油田在對(duì)2011-01交井的某油井進(jìn)行聲幅檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)-139.7 mm×9.17 mm P110 LC套管試壓不正?！，F(xiàn)場(chǎng)固井施工正常，碰壓15 MPa，經(jīng)聲幅檢測(cè)，人工井底3 323.5m，水泥返深1 610m。對(duì)套管柱在20MPa下試壓，穩(wěn)壓30min后壓降為0?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)套管柱有漏失后使用清水對(duì)油管試壓，在20MPa壓力下試壓30 min壓力未降低，說(shuō)明油管未發(fā)生漏失。下73mm油管帶PT封隔器于1 663.65m在15MPa壓力下加壓30min，壓力不降，證明水泥返高以下套管無(wú)問(wèn)題，在300.64m以上在5 MPa壓力下反加壓結(jié)果壓力不上升，表套出液體，說(shuō)明油層套管有漏失問(wèn)題。下73mm油管＋PT封隔器再次找漏，經(jīng)8次找漏證實(shí)漏失發(fā)生在149.4m上部套管。圖12為套管刺漏處附近折疊缺陷外表面局部組織及外表面裂紋周圍組織形貌。分析結(jié)果表明：套管在下井使用前刺漏部位管體折疊處就已經(jīng)存在裂紋，剩余壁厚在低的液壓作用下擴(kuò)展穿透并導(dǎo)致最終的刺漏失效。管體表面折疊缺陷是套管管體發(fā)生刺漏失效的主要原因。

圖12　刺漏處附近折疊缺陷外表面局部組織及外表面裂紋周圍組織

3　套管失效控制技術(shù)

套管及其管柱失效事故均與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，應(yīng)該引起各方面的注意。所以有必要采取一系列有效措施（譬如制訂套管訂貨技術(shù)條件、對(duì)套管進(jìn)行駐廠監(jiān)造、選擇性能優(yōu)良的螺紋脂），從套管的質(zhì)量控制入手，進(jìn)行套管失效控制技術(shù)研究。進(jìn)行套管及其管柱失效控制技術(shù)，主要包括以下內(nèi)容。

3.1 加強(qiáng)失效分析工作，掌握失效原因與機(jī)理

符合API標(biāo)準(zhǔn)訂貨的油井管，生產(chǎn)廠家同樣也按照API標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，但是到貨后用戶在驗(yàn)收或者使用中仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，這些和失效分析密切相關(guān)。

符合API標(biāo)準(zhǔn)訂貨的油井管產(chǎn)品，不等于完全符合使用；同樣，不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也不等于不符合使用［5］。

注重失效分析，根據(jù)失效特點(diǎn)以及油井管產(chǎn)品的力學(xué)性能、工藝性能和使用性能，確定產(chǎn)品訂貨技術(shù)條件。

失效分析是保障套管及其管柱安全可靠性的重要技術(shù)措施；失效分析工作為查明失效原因、預(yù)防事故再次發(fā)生提供技術(shù)支持；通過(guò)大量失效分析，積累大量數(shù)據(jù)，為套管評(píng)價(jià)與選用技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

3.2 全面開(kāi)展適用性評(píng)價(jià)，幫助油田選好用好套管

失效分析及對(duì)問(wèn)題井的調(diào)查分析表明：管材產(chǎn)品滿足制造廠規(guī)定指標(biāo)要求，管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，管柱失效原因主要是設(shè)計(jì)管柱與使用條件的不適應(yīng)導(dǎo)致，沒(méi)有對(duì)復(fù)雜工況油氣井設(shè)計(jì)管柱進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)，大量非API套管產(chǎn)品在油田使用前必須進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)以確保使用安全。對(duì)復(fù)雜工況油氣井設(shè)計(jì)管柱進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)就是預(yù)防失效的有效措施之一。進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)研究，建立套管失效分析和工況的適用性評(píng)價(jià)方法與技術(shù)，為套管的安全使用和服役可靠性提供技術(shù)保證［6］。

開(kāi)展套管柱的適應(yīng)性評(píng)價(jià)是對(duì)管柱設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善，有些影響因素在管柱設(shè)計(jì)中未考慮，例如接頭在各種機(jī)械載荷作用下的內(nèi)部應(yīng)力分布、高壓高產(chǎn)氣井管柱橫向振動(dòng)、各種腐蝕介質(zhì)等對(duì)管材及接頭性能的影響等［7］。適應(yīng)性評(píng)價(jià)主要針對(duì)目前管柱設(shè)計(jì)方法中無(wú)法量化的因素對(duì)油井管管柱進(jìn)行驗(yàn)證性評(píng)價(jià)，適應(yīng)性評(píng)價(jià)可檢驗(yàn)選用的管柱在使用環(huán)境及工況條件下的性能表現(xiàn)，是否出現(xiàn)異常，對(duì)操作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)演及預(yù)防，增加使用安全可靠性，避免或降低事故損失和處理時(shí)間，提高管柱的使用安全可靠性。

對(duì)存在疑似缺陷的套管進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)，不但可對(duì)套管的質(zhì)量是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行判斷，還可對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的套管的使用范圍進(jìn)行規(guī)范，提高資源利用率，避免經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)帶來(lái)較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 加強(qiáng)套管的質(zhì)量控制技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)研究

經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)生的套管及其管柱失效事故的分析，可以明確套管失效發(fā)生的原因基本有：

1） 產(chǎn)品質(zhì)量原因。主要是生產(chǎn)過(guò)程中參數(shù)波動(dòng)及過(guò)程控制不力導(dǎo)致的。

2） 生產(chǎn)工藝不完善。一些新產(chǎn)品由于生產(chǎn)工藝還需進(jìn)一步完善，未最終定型，影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

3） 使用過(guò)程不當(dāng)。例如載荷超過(guò)設(shè)計(jì)值、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械損傷、未涉及到的腐蝕介質(zhì)等，導(dǎo)致套管發(fā)生失效事故，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用造成安全隱患。

很多套管的失效事故是母材存在缺陷造成的，套管的生產(chǎn)質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，應(yīng)加強(qiáng)套管的在線無(wú)損探傷，油田對(duì)重點(diǎn)井也應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。同時(shí)，螺紋加工水平也應(yīng)不斷提高，以減少油田的套管失效。

油田在選擇和設(shè)計(jì)套管時(shí)，要充分了解套管特別是螺紋接頭的操作性能，對(duì)于酸性介質(zhì)、高溫環(huán)境下，要慎重選擇套管材料和鋼級(jí)。另外，油田應(yīng)嚴(yán)格遵守套管上扣和下放等作業(yè)，以防發(fā)生套管粘扣、滑脫失效事故。

應(yīng)根據(jù)油田的具體使用條件，加大力度開(kāi)發(fā)和應(yīng)用特殊鋼級(jí)及特殊螺紋接頭的套管品種，保證套管柱的安全可靠性，延長(zhǎng)套管的使用壽命，減少套管在使用中的早期破壞，以滿足我國(guó)油氣田長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)的要求，實(shí)現(xiàn)總體上的低成本目標(biāo)。開(kāi)展非API標(biāo)準(zhǔn)特殊規(guī)格、特殊螺紋接頭套管應(yīng)用技術(shù)研究，預(yù)防套管及其管柱失效。

3.4 開(kāi)展油井管完整性管理，預(yù)防套管及其管柱失效

套管及其管柱的失效仍很嚴(yán)重，對(duì)油氣田安全生產(chǎn)和效益造成重要影響。失效分析結(jié)果表明：某些環(huán)節(jié)的管理仍比較薄弱，油氣田工況條件日益苛刻，生產(chǎn)和安全要求越來(lái)越高，全面開(kāi)展油井管柱完整性管理十分必要和迫切。

油井管完整性管理的關(guān)鍵技術(shù)包括失效分析及失效案例庫(kù)的建立、危險(xiǎn)因素與危險(xiǎn)源的識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)（核心內(nèi)容是適用性評(píng)價(jià)）、安全可靠性評(píng)估、故障診斷等技術(shù)。

油井管柱的完整性管理是指對(duì)所有影響油井管柱完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理。完整性管理是保障油井管柱安全和油氣田效益的有效方法和重要管理措施。

總之，失效分析是油井管完整性管理的基礎(chǔ)，完整性管理是油井管失效分析的延伸，是全面、科學(xué)有效地預(yù)測(cè)、預(yù)防油井管失效的措施。

4　結(jié)論

1） 經(jīng)常遇到的套管和油管及其管柱的失效模式可歸類為斷裂、脫扣、粘扣、螺紋泄漏和腐蝕等。

2） 很多套管的失效事故是母材存在缺陷造成的，套管的生產(chǎn)質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，應(yīng)加強(qiáng)套管的在線無(wú)損探傷，油田對(duì)重點(diǎn)井也應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。同時(shí)，螺紋加工水平也應(yīng)不斷提高，減少油田的套管失效。

3） 套管滑脫事故主要集中于API長(zhǎng)圓螺紋接頭，失效的原因有螺紋參數(shù)不合格、下放套管速度過(guò)快而撞擊井口、螺紋脂選用不當(dāng)以及螺紋發(fā)生粘扣等，這些因素顯著降低了接頭的連接強(qiáng)度。建議在套管柱拉伸載荷較高時(shí)選用特殊螺紋接頭套管。

4） 失效分析和適用性評(píng)價(jià)是保障套管及其管柱安全可靠性的重要技術(shù)措施。適用性評(píng)價(jià)是完整性評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容，完整性管理是在失效分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是失效分析的繼續(xù)和發(fā)展，是套管及其管柱失效控制技術(shù)的重要組成部分。

［1］ 馮耀榮，楊龍，樊治海，等.從油井管的失效分析及質(zhì)量狀況談加強(qiáng)油井管質(zhì)量控制的建議［J］.石油管工程，2009（5）：1-5.

［2］ 李鶴林.石油管工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［3］ 李鶴林，馮耀榮.石油管材與裝備失效分析案例集（一）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［4］ American Petroleum Institute.API STD 5B specifica-tion for threading，casing，and thread inspection of cas-ing，tubing，and line pipe threads［G］.14nded.USA：USA.API.1996.

［5］ American Petroleum Institute.API SPEC 5CT specifi-cation for casing and tubing［G］.16nded.USA：Sixth Edition.USA.API.1998.

［6］ ISO/TR 10400，6th edition—2007.Bulletin on Formu-las and Calculations for Casing，Tubing，Drill Pipe and Line Pipe Properties［S］.ISO，2007.

［7］ ISO 13679：2002 Petroleum and natural gas industries-Procedures for testing casing and tubing connections ［S］.

Cases of Casing Failure and Casing Failure Control Technology

LI Chao1，CHEN Changqing1，LIUWenhong2，LI Dewei3
（1.Bohai Petroleum Equipment 1st Machinery，Qingxian 062658，China；2.Key Laboratory of Oil Tubular Goods Engineering，Tubular Goods Research Institute of CNPC，Xi’an 710077，China；3.HG Pumping Unit Co.，Ltd.，Qingxian 062658，China）

By statistical analysis，the main data from the typical casing failure analysis in recent years，it described that the status of failure，patterns，causes and failure mechanism of casing.It is pointed out that failure to fracture and pull out of the casing as the main mode，but that in recent years the quality of the casing failure caused a significant increase in accidents.Accordingly，fail-ure analysis，the existence of suspected defect evaluation of the fitness of the casing string，quality control and its application technology research，the integrity of the casing string and its manage-ment aspects are carried out to carry out casing failure control technology.Not only the quality ofthe casing meets the requirements of relevant standards to judge，but also do not meet the require-ments of the standard to regulate the use of casing，in order to ensure good use of selected casing and reducing casing failure in oil field.

casing；failure mode；failure analysis；evaluation of the fitness；integrity management

TE931.2

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.004

1001-3482（2015）07-0014-07

①2015-01-09

李 超（1972-），男，河北涿州人，工程師，主要從事油井管產(chǎn)品的研發(fā)和制造工作，E-mail：lichao＠cnpc-hg.com。