油管性能基本要求.ppt

油管性能基本要求 提纲 油管基础知识介绍管体性能与检验螺纹要求与检验适用性评价使用与维护失效案例分析 油管Tubing用途 连接下入井中 用作流体注采的管柱通道 油管管柱在油井管柱的最里面 油管与套管之间环空填充保护液 封隔器密封 油气流体从地下油层经油管柱通道到达地面 分类 API油管 非API油管 不加厚油管 NU 外加厚油管 EU 整体接头油管 IJ 指不按照或不完全按照API标准生产 检验的一类油井管 是生产厂根据用户需求 或为了满足某些特殊使用性能而开发的个性化产品 属于各生产厂家的专利产品 非API钢级系列 非API螺纹系列 非API规格系列 质量控制 以油管技术标准为基础油管主要技术标准包括 APISPEC5CT APISPEC5B APIRP5C1 APIBUL5C2 APITR5C3 APIRP5C5 APIRP5A3 APISPEC5CT规定了油 套管及附件的技术条件 为管体生产控制及交货检验标准 APISPEC5B规定了API螺纹参数及检验方法 保证油 套管的互换性 方便用户 APIRP5C1规定了油 套管的现场维护和使用操作程序及注意事项 APIRP5A3规定了螺纹脂的要求及检验方法 APITR5C3给出了油 套管的性能计算公式及API规格油套管性能计算结果 APIBUL5C2给出了由APITR5C3公式计算出的油 套管的最低使用性能 APIRP5C5规定了油 套管接头的设计试验评价方法 结合APIRP5A3要求 综合检验油 套管能否达到规定最低使用性能 提纲 油管基础知识介绍管体性能与检验螺纹要求与检验适用性评价使用与维护失效案例分析 钢级H40 J55 L80 R95 N80 C90 T95 P110 第1组 H J N R钢级油管 第2组 C L T钢级油管 第3组 P钢级油管 数字含义 该钢级规定的材料最低屈服强度 单位 kPsi 规格 外径 1 050 4 5英寸 26 67 114 30mm 壁厚 0 113 0 63英寸 2 87 16 00mm 针对规格 钢级和相应端部加工的规定 例如 尺寸公差要求 1 外径 D 0 79mm 对于外加厚油管 外径测量位置做了规定 2 壁厚 12 5 3 通径要求 每根管子应用规定尺寸的通径棒进行全长通径检验 缺陷 材料要求 化学成分 材料要求 拉伸性能 硬度 伸长率 材料要求 冲击功 材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力 其大小反映材料的韧性好坏 夏比V型缺口冲击试验 取样取向 尺寸 试验温度 除了第1组 J55和K55钢级应在21 试验外 其它所有组的试验温度应为0 各钢级管体和接箍的规定最小值 材料要求 晶粒度 仅对抗硫材料C90 T95 大于等于5级 材料要求 硫化物应力开裂试验 SSC 针对抗硫材料C90 T95 以ANSI NACE 美国腐蚀工程师协会 相关标准为指南 试验方法 取样方法及位置 溶液等 提纲 油管基础知识介绍管体性能要求螺纹要求与检验适用性评价使用与维护失效案例分析 依照APISpec5B 螺纹尺寸与公差螺纹检验螺纹综合检验螺纹应是右旋的 并应符合APISpec5B的尺寸和公差要求 油管圆螺纹手紧上扣基本尺寸 大端直径 管端至手紧面 有效螺纹长度 管端至消失点 中径 机紧后管端至接箍中心 接箍端面至手紧面 接箍镗孔直径 镗孔深度 手紧紧密距牙数 管端起全顶螺纹最小长度 不加厚和外加厚油管螺纹尺寸 螺纹牙型尺寸 螺纹尺寸公差 锥度 螺距 紧密距 牙型高度 牙型角 外螺纹全长 接箍镗孔直径 深度 倒角 螺纹外观检查管体的全顶螺纹最小长度 Lc 范围内及接箍的螺纹应无明显的撕裂 刀痕 磨痕 台阶 折叠 凹坑 压痕 明显锈蚀或腐蚀坑 搬运损伤或破坏螺纹连续性的任何其它缺欠 保证螺纹上不存在任何可能导致螺纹及表面处理层损伤的凸点 螺纹外观检查可手工精修 但不允许采用磨锉方法来消除上述缺欠 对不明显的上述缺欠 不能作为拒收理由 可通过实物上卸扣试验进行验证后判定 油管接头螺纹至少可进行4次上扣 卸扣不出现螺纹粘扣损伤 卸扣后的螺纹参数检测结果允许与规定公差范围存在微小差异 螺纹外观检查长度 Lc 与螺纹消失点之间允许存在缺欠 只要其深度不超过齿底 或者不大于规定壁厚的12 5 从缺欠底部到管子表面测量 允许深度取两者中较大的 在此区域内 允许进行磨削加工修整以消除缺陷 磨削深度的极限与该区域的允许缺欠深度相同 倒角管端外倒角60 必须保证在管端360 圆周上完整 倒角直径的选择应不超过下图所示虚线 并且不能出现刀口状的棱边 允许在管端对螺纹进行适当修磨 去掉尖锐的棱边 保证不损伤内螺纹 全顶螺纹 俗称完整螺纹 螺纹要求的全顶最小长度由Lc确定 非全顶螺纹是指由于原轧制表面未清除而形成的 也称 黑顶螺纹 黑顶螺纹 是一个有用的说明性术语 非全顶螺纹也可能不是黑顶的 Lc范围内非全顶螺纹及管子原始外径或加厚表面不得用机械或手工方式修整成看似全顶螺纹 螺纹处理 所有规格的油管接箍螺纹都应进行镀锌 镀锡 镀铜或磷化处理 以便减少磨损并提高接头的抗泄漏性能 当使用锡或其它塑性涂层 其厚度超过0 001in 0 03mm 时 螺纹的公差和紧密距要求仅适用于无涂层螺纹 镀锡涂层的最大厚度不得超过0 006in 0 15mm 机紧上扣可能会影响锥度 紧密距和外径尺寸 螺纹处理 由于涂镀层类型影响到螺纹参数检测控制 应在合同中注明 最终应保证不发生粘扣 内压下不发生泄漏 接头连接强度满足要求 常用螺纹单项参数测量仪使用方法介绍1 锥度量规2 螺距量规3 牙型高度量规 测量的第一牙 最好一牙完整螺纹位置 第一牙完整螺纹 最靠近倒角 外螺纹 端面 内螺纹 的螺纹 且其牙底两侧都是完整螺纹 最后一牙完整螺纹 在距外螺纹端面 Lc 处 对于内螺纹 最后一牙完整螺纹的位置距离接箍中心或整体连接油管内螺纹小端J lp 1 锥度量规锥度的定义圆螺纹锥度的定义是螺纹中径的增加量 单位为in in mm mm 所有螺纹的锥度公差以in in mm mm 表示 量规测头量规的测头应为球形 测头尺寸应保证测头与一侧螺纹侧面的切点在中径锥面上 即保证测量的锥度是螺纹中径的增加量 锥度 d2 d1 推荐的锥度量规测头尺寸选择 API油管螺纹锥度测头尺寸 外螺纹锥度应使用外螺纹锥度量规 外螺纹锥度量规的使用方法 a 将量规的调节臂调至被测外螺纹的规格 检查仪表的灵活性和测头的直径 b 量规测量爪上的固定球形测头置于首牙完整螺纹的牙槽内 另一测量爪上活动测杆上的球形测头置于直径相对侧同一螺纹的牙槽内 c 固定的测头保持不动 测杆上的触头做小圆弧摆动 调节指示表 使零位与最大读数重合 d 以同样的方法 沿同一条圆锥母线在规定的间距内进行连续测量 e 连续测量之差值即为该段螺纹的锥度 完整螺纹的最后间距内的锥度也应测量 规格不小于41 2的内螺纹锥度量规 规格不小于41 2的内螺纹锥度量规使用方法a 将量规的调节臂调至被测外螺纹的规格 检查仪表的灵活性和测头的直径 b 量规的固定球形测头置于最后一牙完整螺纹的牙槽内 另一活动测杆上的球形测头置于直径对侧的同一螺纹牙槽内 c 固定的测头保持不动 测杆上的测头做小圆弧摆动 调节指示表 使零位与最大读数重合 d 以同样的方法 沿同一条圆锥母线在完整螺纹全长范围内按规定的间距进行连续测量 完整螺纹的第一间距内的锥度也应测量 e 连续测量值之差值即为该段螺纹的锥度 规格小于41 2的内螺纹锥度量规 规格小于41 2的内螺纹锥度量规使用方法a 将量规的调节臂调至被测外螺纹的规格 检查仪表的灵活性和测头的直径 b 量规的固定球形测头置于最后一牙完整螺纹的牙槽内 另一活动测杆上的球形测头置于直径对侧的同一螺纹牙槽内 c 固定的测头保持不动 测杆上的测头做小圆弧摆动 调节指示表 使零位与最大读数重合 d 以同样的方法 沿同一条圆锥母线在完整螺纹全长范围内按规定的间距进行连续测量 完整螺纹的第一间距内的锥度也应测量 e 连续测量值之差值即为该段螺纹的锥度 2 螺距量规螺距的定义是螺纹上某一点至相邻螺纹上对应点之间的距离 测量时须平行于螺纹轴线 螺距公差的表示方法有 每英寸 每毫米 和 累积 两种 螺距误差也必须按此确定 螺距量规的测头量规的测头应为球形 对于圆螺纹 测头的尺寸应保证测头接触螺纹牙侧面而不接触小径圆锥 API油管螺纹锥度测头尺寸 所有外螺纹螺距和规格不小于41 2的内螺纹螺距 应采用图示的螺距量规进行测量 规格小于41 2的内螺纹螺距应采用图示的螺距量规 螺距量规的使用方法a 使用前 安装和调整固定测头 使测头间距等于待测螺纹的间距 b 使用标准样板将量规指示表调整到零位 并检查仪表的灵活性和测头是否松动 c 量规的球形测头置于相应的螺纹槽内 d 以固定测头为轴心 可动测头在测量线的两侧旋转一小圆弧 e 最小的正读数 或最大的负读数 就是螺距误差 3 牙型高度量规牙型高度的定义是 螺纹牙顶与螺纹牙底之间垂直于螺纹轴线的距离 牙型高度量规的测头圆螺纹高度量规测头应呈锥形 最大锥角50 且不得与螺纹牙侧接触 量规适用于所有外螺纹和规格不小于3内螺纹高度量规 校对块用来校正高度量规 图9详图A 详图B 适用于小于3的典型内螺纹牙型高度量规 牙型高度量规使用方法 a 量规根据所测螺纹的型式采用相应U型槽校正 量规测头置入相应槽内时 调整表盘 使指针的最小值指向零处 拧紧螺丝 固定表盘位置 b 量规的测头应置于相应的螺纹槽内 同时 砧块应平行于螺纹轴线并置于相邻的螺纹牙顶上 c 将量规在垂直于圆锥母线的位置两侧作小圆弧左右摆动 d 对于标定为测量实际牙型高度的量规 其最小读数应为实际牙型高度 螺纹单项参数测量仪使用时注意事项1 石油用螺纹单项参数测量仪均为精密仪器 操作时应十分谨慎 以保持进行检验所要求的高准确度和精度 任何仪器若不慎被摔或受剧烈震动 应进行重新校准或与已知精度的计量基准对比 重新确定其精度 否则不能用于检验 2 检验时 慢慢放松测量杆 使测头与被测螺纹表面相接触 不允许提起测量杆然后突然松手 靠弹簧力把测头急骤弹回 使得产生瞬时冲击力 给检验带来误差 对螺纹单项参数测量仪也会造成损伤 3 检验前 所有螺纹都应彻底清洗 螺纹的综合检验1 校对量规 工作量规和产品螺纹三者之间的关系以合格的校对塞规为基准 以合格的校对环规为传递基准 校对量规的配对紧密距值S是校对塞规上消失点平面到校对环规端面的距离 校对量规的配对紧密距值P是尺寸L4与校对塞规消失点平面至校对环规小端的距离之差 校对环规用以确定工作塞规的 互换 紧密距值S1 校对塞规用以确定工作环规的 互换 紧密距值P1 注 当用短螺纹环规检查长螺纹套管时 管子端面将伸出环规小端 其值等于 L1长 L1短 P1 管线管螺纹和套管油管圆螺纹手紧装配测量方法 2 公差环规对管子端部的紧密距P和P1的公差 以及塞规对接箍端面或内螺纹端面的紧密距A和A S1 S 的公差 应如下表所示 提纲 油管基础知识介绍管体性能要求螺纹要求与检验适用性评价使用与维护失效案例分析 适用性评价背景 适用性评价背景 适用性评价背景 油管柱和套管柱通常要承受几十或上百兆帕的内压或外压不均匀外压拉伸 压缩载荷弯曲 扭矩高温 低温腐蚀介质腐蚀 应力腐蚀 疲劳腐蚀等疲劳载荷温度循环 载荷循环管柱的寿命直接决定油井的寿命 油井的寿命又决定油田寿命 油井管的安全可靠性 使用寿命和经济性对石油工业关系重大 适用性评价背景 油井管的失效模式可用八个字概括 脱 漏 粘 挤 破 裂 磨 蚀脱 管体螺纹从接箍内滑脱漏 螺纹连接处失去密封粘 螺纹粘结挤 管体挤毁破 管体受内压爆破裂 拉断 错断 纵裂 射孔开裂以及疲劳 应力腐蚀开裂等磨 如套管与钻柱相互磨损蚀 腐蚀及应力腐蚀 脱漏粘挤破断磨蚀 材料因素 钢级 结构因素 螺纹连接 从油井管自身分析 适用性评价背景 实际使用中出现各种失效事故 确定油井管服役工况 分析油井管可能的失效类型 即结构失效和密封失效 包括以下类型变形 弯曲 压扁 凹陷 失稳等破裂 管体爆裂 接箍纵裂 管体断裂 错断 应力腐蚀开裂 疲劳或腐蚀疲劳断裂表面损伤 腐蚀 磨损 磨损 螺纹粘结螺纹连接失效 泄漏 滑脱 粘扣 跳扣 断裂 适用性评价内容 适用性评价内容主要围绕相关工况和标准开展载荷 上卸扣 内压 外压 轴向载荷 弯曲 温度腐蚀 H2S Cl CO2等介质 缝隙 应力 疲劳等腐蚀标准 API5B API5C5 API5CT API5D API7 ISO13680产品规范 订货技术条件 适用性评价内容 适用性评价内容 API5C5质量评价API5C5 ISO13679 规定接头的设计和生产能力验证试验内容 为一般的质量检测工况模拟试验极限性能试验 加载直至失效试验工况模拟试验 根据实际工况制定相关试验方案尽可能接近实际工况 温度 内压 外压 弯曲 轴向载荷受设备 技术限制 多种工况不能模拟 超高压 高温 高速下的冲蚀 接头在腐蚀环境中工作性能等 5C5试验等级分类 试样准备 API5C5质量评价 上 卸扣试验 上 卸扣试验抗粘扣上 卸扣试验 抗粘扣循环上 卸扣试验 最终上扣试验 最大扭矩 不小于95 规定最大扭矩 最小扭矩 不超过105 规定最小扭矩 厂家推荐上扣速度和螺纹脂用量 种类 垂直上扣 气 液 密封性试验 A系试验 拉伸 压缩 内压 外压循环试验B系试验 拉伸 压缩 内压 弯曲循环试验C系试验 拉伸 内压 热循环试验以泄漏作为试验不通过的判定准则 A系密封性试验 1100 95 VME管体屈服强度包络线2推荐试验载荷路径按逆时针 顺时针 再逆时针方向进行3次循环加载 3载荷点10和11所受外压比载荷点12高 载荷点10到14是由管体挤毁强度 而不是由管体VME强度计算得到的 4本项目包括内压和外压的密封性试验 B系密封性试验 1100 VME管体屈服强度包络线295 VME管体屈服强度包络线3推荐试验载荷路径试验按逆时针 顺时针 再逆时针方向进行3次循环加载 载荷点10和11所受外压比载荷点12高 载荷点10到14是由管体挤毁强度 而不是由管体VME强度计算得到的 4本项目仅进行内压密封性试验 C系密封性试验 1常温25次常温内压 拉伸循环试验3高温下60分钟保载期4冷却5最短5分钟保载期6加热升温7对CALII和III油管及CALIV套管进行5次热循环 CALIV油管进行50次热循环 按附录J对CALIV带冗余密封油管进行5次热循环8一个热循环9CALII和III在135 275 条件下 CALIV在180 356 条件下进行5次内压 拉伸循环试验10初始加热升温11最终冷却 工况模拟试验 上 卸扣试验现场上卸扣条件苛刻井下可能的正反旋转对台肩扭矩及卸扣扭矩与最大上扣扭矩的比例关系进行分析过扭矩试验 极限性能试验 拉伸至失效试验拉伸条件下内压至失效试验低内压拉伸至失效试验高内压拉伸至失效试验外压挤毁试验压缩条件下外压挤毁失效试验外压条件下压缩至失效试验内压条件下压缩至失效试验 极限性能试验 适用性评价设备 提纲 油管基础知识介绍管体性能要求螺纹要求与检验适用性评价使用与维护失效案例分析 油管的维护与管理 为保证油管产品的质量满足标准和安全使用要求 可采取如下措施加强质量鉴定和供货商评审管理驻厂质量监督油管年度质量监督抽检到货验收检验和存放油管现场上卸扣操作 加强质量鉴定和供货商评审评审管理 API许可证要求低 认证容易质量鉴定和供货商评审时 加强制造厂制造设备 人力资源 质量管理体系的执行力度等的审查 应对制造厂进行试样抽检检测具体方法可参照压力管道元件制造许可方法 驻厂质量监督 对关键的油管 套管 应引入驻厂质量监督制度 2007 7 16中国石油天然气集团公司下发了 中国石油天然气集团公司产品驻厂监造管理规定 油套管 高压气井用 特殊用途的非API管材 列入驻厂监造目录 近几年油井管的生产厂家急剧扩张 已有的生产厂家极力扩展其产能 以前从事其它行业的企业也跨进油井管的生产 新建油井管生产厂大量涌现 目前我国石油管生产企业众多 质量参差不齐 驻厂质量监督 大多数企业通过了质量体系认证和API认证 但实际运行过程中 受人员技术和装备水平的限制 质量体系未得到有效贯彻运行 产品的质量波动性很大 原材料控制 水压试验 无损探伤 实行驻厂监造保证套管质量是国际通行做法 是用户检验的一种形式 把检验延伸到产品的生产过程中 通过用户或用户委托的第三方对生厂质量体系运行状况的过程监督 以及对最终生产产品质量的检验 在争取时间 节省花费的情况下可以有效保证最终交给用户的钢管产品质量 驻厂质量监督 主要工作内容 审查生产厂制造工艺规范 质量计划 检验和试验计划 审查原材料证书 验收报告 检查生产 检验试验设备 审查特殊工种人员资格 见证试验过程 试验记录 监督生产制造过程 各岗位制造工艺的执行 检查产品实物质量 出席停工待检点 见证点和验证点 向业主及时报告油井管的生产状况 监造工作完成后 向业主提供驻厂监造报告 年度质量监督抽检 对油管实施质量抽检是控制质量的一种必要手段 客户等级评价的内容之一对国内主要油井管生产企业进行年度质量抽检油田库房抽样进行年度质量抽检确保5年内所有供货制造厂抽检至少一次对订货量大的产品进行组批抽检对所用套管 油管质量水平做到心中有数督促企业不断提高产品质量 到货验收检验和存放 到货验收检验是一种传统通用的检验方式 产品到达用户库房后 对产品实物进行到货验收检验 合格者使用 不合格者退掉 这是一种初级的 比较简单的检验 各油田物资管理部门均采取到货验收检验的办法 抽检比例一般5 10 按APISPEC5CT进行无损探伤 螺纹参数 外径 壁厚 通径 外观质量等检查 100 检测能够保证质量 但投入的花费高 低比例检测投入的成本低 但质量风险大 到货验收检验和存放 存放对油管质量有影响装卸过程损伤环境要求 通风 远离腐蚀性介质堆放要求 管体 接头无变形合理调度物流 避免长时间存放标示清楚长时间后脱落满足特殊要求 13Cr不能直接与钢铁接触 油管入井现场操作 井下管柱是石油钻采作业中必不可少的部分 是开采油气资源唯一 永久性的通道 前面是保证单根管子的质量 而管柱是一个串联系统 对现场操作的质量可靠性要求也极高 下油管作业是试油完井作业过程中一个非常重要的环节 作业质量好坏直接影响完井质量 采油产量及油 气 井的寿命 油管入井现场操作 根据API调查 油管柱实效的大部分出现在螺纹连接处 上扣操作对接头性能影响极大管柱安装好后 压裂 生产工艺对管柱安全也有影响严格现场操作对确保井下管柱的质量 提高其使用寿命很重要 油管入井现场操作 上扣前接头应有保护器卸掉保护器后 彻底清洗螺纹检查螺纹 若有损坏应挑出上扣前检查接箍工厂端 如果外露螺纹异常 则检查接箍是否装紧 涂上新螺纹脂上紧松动的接箍 内 外螺纹整个表面涂上符合行业标准的螺纹脂 油管入井现场操作 上扣 缓慢对扣 控制扭矩 圈数 速度 螺纹脂质量及数量并涂抹均匀 加持方式 最好有曲线记录 上扣有问题时 应卸扣 清洗 擦干 风干 检查 涂抹螺纹脂后重新上扣上扣过程中应避免上部管子摆动风吹 不对中上提及下放 以安全要求为基础才能加快 缓慢加速及减速其他要求操作规程 工艺要求 油管失效主要因素有 1施工中过载操作2工厂和现场检验不足3运输及井场装卸不当而导致的潜在损坏因素 4螺纹保护器松动或脱落损坏螺纹5储存管理维护不当锈蚀 变形6大力锤击接箍7使用已磨损或型号不配套的作业设备 卡盘 大钳等8油管起下操作不当9接箍磨损10