油井管2-“三超”油气井油套管材料性能指标体系

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1、2013第五届宝钢学术年会““““三超三超””””油气井油套管材料性能指标体系（油管、套管及附件（油管、套管及附件环境敏感断裂）西南石油大学施太和施太和M.P.13981907668E-mailtaiheshi@126.com1“三超三超”油油气井气井定义定义��目前国内专家将超深、超高温、超高腐蚀的油气井定义为目前国内专家将超深、超高温、超高腐蚀的油气井定义为““三超三超””。。�我国塔里木油田拥有全世界最严酷的“三超”气井，超深＞4500∼∼6000m（最深井可能达到（最深井可能达到7800m7800m），），地层压力＞

2、地层压力＞75MPa75MPa（最高可能达到（最高可能达到150MPa），地层温度＞100℃（最高可达200℃℃）。而且深层致密气藏含二氧化碳，需经酸化或高压压裂才能投产，二氧化碳和酸化构成了严酷的腐蚀环境。�类似“三超”情况在我国南海和四川也存在。我国四川盆地因油气储存层深、地层复杂、井身结构复杂、气层中含有二氧化碳、硫化氢、氯离子等酸性腐蚀气体等因素，对油井管提出了更高的要求。对抗腐蚀性特殊材料、特殊管端螺纹的油套管需求急剧增加。性特殊材料、特殊管端螺纹的油套管需求急剧增加。�“三超”井不得不使用高强度钢：屈服强复140

3、—155ksiC110或C125准抗硫钢2国际公认的高温高压井分级国际公认的高温高压井分级�高温高压井分级分级：按井底地层温度和压力划分。高温高压，HPHT：压力70MPa温度150℃超高温高压，UltraHPHT：压力100MPa温度175℃极高温高压：xHPHT：压力140MPa温度200℃�挑战：当前的技术基本可对付高温高压级;;超高温高压级井下装备可靠性尚在研究和前进中，带有不确定性，包括：油管螺纹密封持久性高温下钢材料性能退化/应变老化高强度钢环境敏感开裂/延迟断裂高温高压高压氧化碳//二硫化氢环境硫化氢环境橡胶橡

4、胶密封可靠性、环空水泥温差应力，微环隙/环流施工人员经验及偶然失误油管、套管及附件环境断裂范畴大都大都大都大都大都大都分开裂或断裂在学术上归结为环分开裂或断裂在学术上归结为环分开裂或断裂在学术上归结为环分开裂或断裂在学术上归结为环分开裂或断裂在学术上归结为环分开裂或断裂在学术上归结为环境断裂，其本质是结构的应力、材料的境断裂，其本质是结构的应力、材料的境断裂，其本质是结构的应力、材料的境断裂，其本质是结构的应力、材料的境断裂，其本质是结构的应力、材料的境断裂，其本质是结构的应力、材料的选择性、腐蚀介质和环境参数（温度、选择性

5、、腐蚀介质和环境参数（温度、选择性、腐蚀介质和环境参数（温度、选择性、腐蚀介质和环境参数（温度、选择性、腐蚀介质和环境参数（温度、选择性、腐蚀介质和环境参数（温度、压力和微区电位）激励，导致材料丧失压力和微区电位）激励，导致材料丧失压力和微区电位）激励，导致材料丧失压力和微区电位）激励，导致材料丧失压力和微区电位）激励，导致材料丧失压力和微区电位）激励，导致材料丧失其原有物理和力学性质，特别是使材料其原有物理和力学性质，特别是使材料其原有物理和力学性质，特别是使材料其原有物理和力学性质，特别是使材料其原有物理和力学性质，特别

6、是使材料其原有物理和力学性质，特别是使材料韧性降低，最终发生断裂韧性降低，最终发生断裂韧性降低，最终发生断裂韧性降低，最终发生断裂韧性降低，最终发生断裂韧性降低，最终发生断裂。。。。。。4高强度钢环境敏感断裂/延迟断裂类型第一类，高强度钢延迟断裂延迟断裂延迟断裂又称滞后断裂，是在静止应力作用下的材料，经过一定时间后突然脆性破坏的一种现象。延迟断裂现象是材料间后突然脆性破坏的一种现象。延迟断裂现象是材料-环境环境-应力相互作应力相互作用而发生的一种环境脆化，是氢致材质恶化（氢损伤或氢脆）的一种形态。形态。本质：原子氢通过应力诱

7、导扩散富集到临界值需要经过一段时间，故要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展故要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展。。在抗拉强度大于1100MPa、硬度≥38的强度水平时，延迟断裂的敏感性显著增大；在四川、塔里木大量使用在四川、塔里木大量使用V140V150V155V140V150V155套管，实际套管，实际抗拉强度大抗拉强度大于1100--1300MPa。制造（含接箍磷化）和井下环境析氢/渗氢普遍存在。国内外均有断裂案例。5高强度钢高强度钢延迟断裂延迟断裂案例案例�柯深1井，7”+5½”下到6428.22m，2003.1

8、0m回接7”。上部454-456m，653.8-663.8m处螺旋状开裂。客观原因：V150高強度套管性能控制，主观原因：聚磺泥浆滞留油套环空，热分解又冷却，生成的氢离子进入钢材三磺（丹宁、褐煤、环氧树脂）150℃磺化褐煤130℃分解成H2S、H本质素硫酸铁铬盐150℃分解成H2S、H高强