[发明专利]一种石油套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气井石油套管，特别是涉及一种使用温度在400℃以内的抗挤毁耐高温石油套管及其制造方法。

背景技术

稠油在世界油气资源中占有较大的比例。我国稠油资源丰富，辽河油田、克拉玛依油田、胜利油田及大港油田等油区是我国主要的稠油开发区，稠油开采的潜力很大。在稠油的开采过程中，为了使油层温度升高，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出，存在蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、热水驱等热力采油的方法。普遍采用的是蒸汽吞吐方法，其中，注蒸汽的温度可高达380℃。注汽过程中的加热与停注以及采油过程中的冷却会使套管受到非常大的拉-压应力，因此，开发抗脱扣优良性能的耐高温油套管逐渐纳入人们的研发进程。

现有的耐高温油套管产品主要以普碳钢、CrMo钢或含W的CrMo钢为主，见表1。中国专利CN1873041A公开了一种耐高温隔热油管用钢及其制造方法，这种油管用钢的化学成分较为简单，可含的V含量较低，这种钢适用于在高温下例如在350℃以下使用的较低钢级的耐高温油套管产品，如实施例中所指出的API标准的N80钢级的套管产品。一般而言，这些产品的耐高温性能可以满足用户的使用要求。

然而，稠油油藏地质条件复杂，且多数为深油层，并因蒸汽吞吐出砂会造成井筒周围砂岩骨架塌陷，导致套管的抗挤毁能力严重下降，因此对耐高温油井管的抗挤性能提出了新的需求。一般认为，把临界挤毁应力超过API Bul 5C2规定值而达到某一最小值以上的套管称为高抗挤套管。这种套管在下井及固井过程中，起到保护井眼、加固井璧、隔绝井下油、气、水层及封固各种复杂地层，以及保证钻进的作用。套管产品的抗挤压性能通常是由压溃试验机测定的，具体是在室温下对套管施以外压(一般是水压)直至钢管压溃失稳。由于目前国内外的压溃试验机都无法在高温下对钢管的压溃性能进行测定，如何评价抗挤毁耐高温套管在高温使用条件下的抗挤性能尚无明确的方法。

发明内容

鉴于稠油油田对耐高温石油套管的高抗挤性能的要求，本发明的目的在于提供一种使用温度范围为室温至400℃的抗挤毁耐高温石油套管及其生产方法，以满足稠油热采井对油井管提出的抗挤毁耐高温的性能需求。

热采井套管较普通油井承受更为复杂的应力，对热采井套管损坏机理的研究表明，井筒附近存在的温度场和应力场是导致套管损坏的主要因素。从套管设计的管柱力学角度考虑，需要提高套管抵抗轴向失稳的能力。根据材料力学弹性平衡的稳定性理论，压杆临界压力的欧拉公式为：

Fcr=π2EI(μl)2]]>

其中，E为材料的弹性模量，I为横截面的最小惯性矩，μ为长度系数，l为压杆长度。除去长度因素，影响临界应力的关键因素一是弹性模量，这与材料的本质有关；另一因素是惯性矩，这与套管的尺寸有关。提高材料的弹性模量不仅可以提高临界失稳应力，还对套管的压溃强度有好处；同样，增加套管的壁厚直接提高惯性矩，进而有利于提高抗挤强度和临界失稳应力。

前人根据大量不同规格的抗挤毁套管的挤毁数据进行统计分析得出了预测抗挤强度的Tamano公式，见公式(1)。