油气管杆材料课件

1.套管的种类及其作用2.套管型号的公（英）制表示方法3.常见特殊套管的种类4.满足抗S要求，碳钢和低合金钢在成分选择及加工控轧中的要求

NKAC加工特点5.油井管的失效模式及再出来设计中的注意事项课上讨论1.套管的种类及其作用课上讨论第四节套管一、套管的分类按钢级：4组、17个钢级（依据API5CT和ISO11960）

第一组4个钢级：H、J、K、N;第二组8个钢级：C、L、M、T；第三组1个钢级：P；第四组4个钢级：Q。第四节套管一、套管的分类按钢级：第四节套管一、套管的分类按螺纹形式：园螺纹套管偏梯形螺纹套管特殊螺纹套管第四节套管一、套管的分类按螺纹形式：园螺纹套管第四节套管一、套管的分类按功能：表套技套油套（生产套管）正常压力井套管类型异常压力井套管类型第四节套管一、套管的分类按功能：表套正常压力井套管类型异第四节套管二、套管的作用1.导管主要作用：（1）抑制松散的表层，防止末固结的土石落入井内；（2）提供使泥浆返回泥浆槽的流道；（3）主要或部分支撑其它套管柱悬空的重量。异常压力井套管类型特点：直径较大，长度变化较大，坚硬岩层中仅用10～20m，沼泽地区则可能上百米。导管直径一般为95／8～30in，通常下到20～1000ft深。第四节套管二、套管的作用1.导管主要作用：异常压力井套管第四节套管二、套管的作用2.表层套管主要作用：（1）防护浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气；（2）泥浆返回地表的流道；（3）安装井口防喷器以便继续钻进，是井口设备(套管头及釆油树)的唯一支撑件；（4）承担悬挂依次下入的各层套管(包括采油管柱)载荷。异常压力井套管类型特点：通常下入深度一般在30～1500m。第四节套管二、套管的作用2.表层套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用3.技术套管主要作用：（1）隔离坍塌地层、复杂的页岩层、浅层气及高压水层，防止井径扩大，减少阻卡及键槽的发生，保证能安全地钻达设计井深；（2）分隔不同压力层系，建立正常钻井液循环；（3）减少裸眼长度；（4）对生产套管有支持作用，它也为井控设备的安装、防喷、防漏及悬挂尾管提供了条件；（5）对油层套管具有保护作用；异常压力井套管类型特点：主要作用是封隔漏层，特别是预计深部井段有高压地层时；通用尺寸为95/8in（235.8mm）。

第四节套管二、套管的作用3.技术套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用4.生产套管主要作用：（1）将储集层中的油气从套管中采出来；（2）保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试，分层采油，分层改造之目的。异常压力井套管类型特点：为完井套管，通用尺寸为7in（177.8mm）。第四节套管二、套管的作用4.生产套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用5.尾管异常压力井套管类型特点：

优点是下入长度短、费用低；深井钻井中另一突出优点是在继续钻进时可以使用异径钻具；在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压能力。尾管的缺点是固井施工固难。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。是—种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管和采油尾管，通常用尾管挂悬挂于技术套管上。第四节套管二、套管的作用5.尾管异常压力井套管类型特点第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管H、J、K、N、C、L、M、T、P、Q十种钢级。字母任意选择，无特殊含义；数码则代表套管的强度特性；钢级代号后面的数值乘以1000psi（6894.757kPa）即为套管以psi为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非API标准的套管。

API套管钢级的物理性能见表1-15；套管各种钢级的最小屈服强度与抗拉强度（包括非API套管标准）见表1-16。第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管表1-15API套管钢级的强度指标钢级颜色标志最小屈服强度最高屈服强度Mpa最低抗拉强度MpaRCMax延伸率％APE标准（适用范围）ksiMpaH-40无色或黑色402765524145AJ-55浅绿5537955251722.55AK-55绿色55379552665185AN-80红色80552758689175AC-75蓝色75517620665185ACL-80红夹棕8055266566523185ACC-90紫色9062072569025.4(5AC)C-95棕色9566576072025.416.5(5AC)P-110白色110758965865A5XQ-125白色125861104093018(5AQ)V-150白色15010351240114011.5(5AX)表1-15API套管钢级的强度指标钢级颜色标志最小屈服表1-16套管钢级的强度指标API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度Mpa(ksi)非API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度Mpa(ksi)H-40275.79(40)413.69(60)S-80379.21(55)655.00(95)J-55379.21(55)517.11(75)SOO95655.00(95)758.42(110)K-55379.21(55)655.00(95)S-95655.00(95)758.42(110)C-75517.11(75)655.00(95)SS-95551.58(80)689.48(100)L-80551.58(80)655.00(95)S-105655.00(95)758.42(110)N-80551.58(80)689.48(100)S-140965.27(140)1034.21(150)C-90620.53(90)689.48(100)V-1501034.21(150)1103.16(160)C-95655.00(95)723.95(105)S-1551068.69(155)1137.63(165)P-110758.42(110)861.84(125)Q-125861.84(125)930.79(135)X-52358.53(52)455.05~496.42(66~72)表1-16套管钢级的强度指标API标准最小屈服强度Mp第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管H、J、K、N、C、L、M、T、P、Q十种钢级。J55；数值乘以1000psi（6894.757kPa）即为套管以psi为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非API标准的套管。

套管型号的英制表示方法规格代号（外径，英寸）+重量代号（英镑/英尺）+钢级代号+螺纹形式723.00JSTC外径7英寸，23英镑/英尺，钢级为J55的短园螺纹套管。套管型号的公制表示方法规格代号（外径，mm）+壁厚代号（mm）+钢级代号+螺纹形式177.8×8.05JSTC表示外径177mm，壁厚8.05mm钢级为J55的短园螺纹套管。第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管第四节套管三、套管的钢级1.抗挤毁套管套管在井下受重力和地层压力等复合力作用下，发生的外形失稳，以致断裂现象称之为挤毁(或称压溃)。油井管的抗外压挤毁性能以抗挤毁强度来表示，其单位为psi或MPa。相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-18。第四节套管三、套管的钢级1.抗挤毁套管套管在第四节套管三、套管的钢级1.套管的挤毁拉伸+挤毁压缩+挤毁轴向拉伸、压缩载荷下的套管挤毁形貌第四节套管三、套管的钢级1.套管的挤毁拉伸+挤毁压缩+挤第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-18。16Mn试片表面氢鼓泡第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管相应厂家生产的套管

氢致开裂（HIC）：平行于表面的裂纹，在应力作用下促使裂纹扩散连成阶梯状。常见低碳钢压力容器及内部集输管道焊缝处阶梯性裂纹第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管氢致开裂（HIC）：焊缝处阶梯性裂纹第四节套脆性断口人字形花纹第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管脆性断口人字形花纹第四节套管三、套管的钢美国腐蚀工程师协会（NACE）认为，如果使用的气体压力是65psia(448.16kPa绝对压力)或高于此值，而该气体中的H2S分压大于0.05psia(0.34474kPa绝对压力)，则必须选择抗硫材料套管，以阻止硫化氢腐蚀脆性断裂（SSCC）的发生。H2S达到氢脆的浓度和气体的压力有关，并有以下关系：气体压力为100psi(689.48kPa绝对压力)，氢脆时H2S的浓度为510ppm；气体压力为1000psi(6894.8kPa绝对压力)，氢脆时H2S的浓度为51ppm；气体压力为10000psi(68947.5kPa)，氢脆时H2S的浓度为5.1ppm；气体压力为20000psi(137895.14kPa)，氢脆时H2S的浓度为2.6ppm；如果H2S气体的分压大于0.03psia(0.2068kPa绝对压力)，或者预计大于此值，从工程材料的观点来看，则应必须使用抗硫化氢的材料。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管美国腐蚀工程师协会（NACE）认为，如果使用的气不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。

第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管套管钢级临界温度℃K-5575L-8075C-75100N-80150C-90S-95150P-110180Q-125210S-140250V-150300不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。第四节第四节套管表1-21适合含硫区域使用的95级套管厂家及其产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小屈服强度MPa（ksi）最大洛氏硬度lgomaBritishSteelDalmineDalmineKawasakiLoneStarLoneStarMannesmannNipponKokanNipponKokanSumitomoSumitomoValloareeValloareeSOO95SR95D95SGD95SSGKO95SLSS-95SGSLSS-95SSGSMW-C-95SNT95SSNKAC95MSM95SSM95SSC-95VHIC-95VH2655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)758.4(110)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)25.425.425.425262625.4252525252725.4第四节套管表1-21适合含硫区域使用的95级套管厂家及其因硫化物应力引起的腐蚀断裂（SSCC），对套管材质提出高要求。SSCC是由于H2S离解时产生的氢渗透而造成钢的脆裂现象。SSCC因素可分两大类：材料方面的因素——强度或硬度、化学成分、微观结构及冷加工方面问题等；环境方面的因素——H2S的聚集、含水溶剂的pH值、温度、压力等。NKAC系列对SSCC具有好的抵抗性能。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管

——抗SSC材料的选择因硫化物应力引起的腐蚀断裂（SSCC），对套管材质提

——抗SSC材料的选择依据标准：ISO15156石油和天然气生产中含H2S环境使用的材料ISO15156－1第一部分选择抗裂纹材料的一般原则ISO15156－2第二部分抗裂纹碳钢和低合金钢NACEMR0175油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料SY/T0599-1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管——抗SSC材料的选择第四节套管三、套含Ni＜1%经热轧（仅对碳钢）、退火、正火、正火加回火、奥氏体化—淬火加回火硬度≤22HRC冷变形＞5%，须经595℃以上的消应力处理，≤22HRC；低强度管道钢ASTMA53B级，ASTMA106B级，API5L、X42级，冷变形≤15%，变形区硬度≤190HB焊接控制焊缝硬度（基材、焊肉、热影响区）≤22HRC第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管

——碳钢和低合金钢抗SSC材料的选择含Ni＜1%第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管含S环境可采用的API/ASTM管材用于所有的温度操作温度用于66℃（150℉）或更高用于79℃（175℉）或更高用于≥107℃（≥225℉）油管和套管APISpec5CT/5CTMH-40,J-55，K-55，M-65,C-75（1，2，3型）和L-80(1型)级按10.1.3节规定的专用等级UNSK12125API5CT/5CTMC-901型和T-951型管子APISpec5LA&B和X-42至X-65级ASTMA53/A53MA106A,B,C级A333/A333M1和6级A524521和2级A381531类Y35-Y65钻杆材料APISpec5DD,E,X-95,G-105和S-135级油管和套管油管和套管APISpec5CT/5CTMN-80（淬火并回火），C-95级，T-952型；最大屈服强≤760MPa(110ksi)等级的专用淬火并回火钢用CrMo低合金钢（AISI41XX及其改进型）制造的油套管在淬火并回火状态，最大硬度为30HRC且额定最小屈服强度（SMYS）等级为690，720和760MPa(100，105和110ksi)（见10.1.3节）。APISpec5CT/5CTMH-40，N-80,P-105,P-110级最大屈服强度达到965MPa（140ksi）等级的专用淬火并回火钢APISpec5CT/5CTMQ-125级含S环境可采用的API/ASTM管材用于所有的温度操作温度用油气管杆材料课件689.476(100)206.843(30)20.684(3)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)SM-25Cr-110SM-25Cr-80-130

SM-25Cr-80SM-25Cr-75(D)

SM-13Cr-80SM-25Cr-75-95SM-80SSM-80S(B-D)

APISM80SJ55SM90SAPI-L-80N80(A)(B)(B-D)

镍基合金C-276SM-2550(6)SM-2535(6)SM-85SSSM-90SS(C)SM-2525(5)(E)0.007(0.001)0.068(0.01)0.689(0.1)6.895(1)689.476(100)69.948(10)H2S分压，KPa，(psi)CO2分压，KPa，(psi)图1-8材料选择的示意图689.476206.84320.6846.89568.94689.476(100)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)0.068(0.01)0.689(0.1)6.895(1)689.476(100)69.948(10)H2S分压，KPa，(psi)CO2分压，KPa(psi)ABCDE图1-9CO2和H2S环境下的钢级材料选择A区—常规的API钢级套管；B区—AC85；AC85M；AC80；AC90；AC90M；AC80T；AC95；AC95M（AC为主抗硫钢）；C区—CR13；CR9（CR为主抗二氧化碳的不锈钢）；D区—NIC42；NIC62；NIC32；NIC52；NIC25；NIC42M(NIC为抗硫抗二氧化碳钢级)；E区—CR25；CR23（CR为高含二氧化碳条件下使用）；689.4766.89568.9486894.7570.06NKK专有等级的材料选择NKK专有等级的材料选择

——抗SSC材料的选择NKAC加工特点是：严格控制材料杂质，含硫量小于0.005％，套管内外壁淬火。这种方法可形成马氏体结构，回火保证均匀的微观结构。热处理后进行热矫直，较之冷矫直对屈服强度影响更小。最后要进行三项检查试验：硬度试验，对每一根均进行；超声波检查；抗SSCC试验。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管——抗SSC材料的选择第四节套管三、套第四节套管三、套管的钢级3.抗低温用套管许多厂家提供的55，80，95，110和125级的套管的钢材都能满足低温下作业的需要。增加添加剂后可改善钢材的晶粒度。在-43℃（-500F）温度下，套管钢材冲击韧性为201b.ft(27.1164N﹒m)。低温作业下套管生产厂家及商品名称见表1-23。第四节套管三、套管的钢级3.抗低温用套管许多厂表1-23低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小屈服强度MPa（ksi）在-43℃（-50。F）条件下钢材的冲击韧性DalmineD55-AS392～552（55～80）655（95）____DalmineDalmineKawasakiNipponSumitomoValloareeD80-ASD80L-ASKO82LNT80LSSM80LL-80VK552～758(80～110)552～655(80～95)552～655(80～95)552～758(80～110)552～758(80～110)552～655(80～95)689(100)655(95)655(95)689(100)689(100)655(95)________20251520DalmineDalmineKawasakiNipponNipponKokanSumitomoValloareeD95-ASD95C-ASKO95LNT95LSNKLT95SM95LC-95VK655～862(95～125)655～758(95～110)655～862(95～125)655～862(95～125)655～862(95～125)655～862(95～125)655～758(95～110)724(105)724(105)758(110)758(110)758(110)758(110)724(105)________2525201520DalmineKawasakiNipponNipponKokanSumitomoValloareeD110-ASKO110LNT110LSNKLT110SM110LP110-VK758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)862(125)862(125)862(125)862(125)862(125)862(125)____2025201520KawasakiNipponKokanKO125LNKLT-125862～1034(125～150)862～1000(125～145)931(135)931(135)2020表1-23低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能商品名破裂(管体爆裂、管体错断、接箍纵裂、管体断裂、射孔开裂、应力腐蚀开裂)泄漏滑脱表面损伤(腐蚀、内表面被钻柱磨损)柯深001井破裂套管井下成相照片第四节套管4.套管的其他破坏形式破裂(管体爆裂、管体错断、接箍纵裂、管体断裂、射孔开裂、应力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——腐蚀及应力腐蚀第四节套管油井管的失效模式可用八个字概括：第四节套管脱漏粘挤破断磨蚀材料及冶金质量钢级结构尺寸及其精度螺纹连接第四节套管脱材料及冶金质量钢级结构尺寸及其精度螺纹连接第四节套管上百种特殊扣油套管中较典型、应用较广的10余种为：VAM、NSCC、NK3SB、KOX。SEC、ARMCO、OMEGA扣等。这些特殊螺纹同时兼具以下某些特殊性能：第四节套管四、套管的发展方向1.特殊扣套管（1）结构连接强度，与管体强度相匹配，有的甚至高于管体，适于深井、超深井；（2）密封性能好，适用于高压气井、油井和热采井；（3）抗弯能力强，适用于斜井、大位移井、水平井；（4）可快速上紧，且不易错扣，适用于沙漠、海洋等恶劣环境下的钻井作业；（5）抗粘扣性能突出，可以反复上卸扣而不易损坏；（6）抗过扭矩能力强；（7）耐腐蚀性能好。上百种特殊扣油套管中较典型、应用较广的10余种为：VAM、N始于20世纪90年代，工作时膨胀管通过机械膨胀装置，靠液体压力推进，推进过程中使记过那下管件记过经过塑性变形达到扩大管径之目的。膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管。

第四节套管四、套管的发展方向2.膨胀套管图1-12实体膨胀管始于20世纪90年代，工作时膨胀管通过机械膨胀装置，靠可膨胀管的应用：（1）用做应急套管，以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题。（2）用作尾管悬挂器。可膨胀尾管悬挂器具有尾管悬挂和密封功能，可防止环空泄漏，使环空具有必要的水力完整性，把井钻得更深。（3）用于沙控。第四节套管四、套管的发展方向2.膨胀套管可膨胀管的应用：第四节套管四、套管的发展方向2.膨胀套管连续油管又称挠性油管、蛇形管或盘管，长度一般为几百米至几千米不等。其产品包括速度管柱、工作管柱和连续管线管三大类，是油田钻井、完井、试油、采油、修井和集输等领域中重要的作业装备。

第四节套管四、套管的发展方向3.连续管连续管是一种强度和韧性良好的钢管，主要采用ERW焊管，目前已成功生产出无缝钢管连续管；其材质也由碳钢发展到低合金钢及钛合金，目前正在研制符合复合材料连续管。连续管的屈服强度一般为492Mpa或562Mpa，现已发展到1000Mpa。连续管必须有良好的强韧性匹配，以保证较高的低周疲劳寿命。连续油管又称挠性油管、蛇形管或盘管，长度一般为几百米油气管杆材料课件油气管杆材料课件第四节套管四、套管的发展方向3.连续管第四节套管四、套管的发展方向3.连续管套管服役条件分析失效分析（统计分析、类似工况典型案例分析）确定失效模式和主要失效抗力指标套管柱设计密封设计与校核寿命设计与预测防腐设计与校核抗拉抗外挤抗内压强度设计与校核套管选择（包括非API套管）模拟实验验证套管服役条件分析失效分析确定失效模式和主要失效抗力指标套管柱英国能源部指导性技术文件规定，压力钢管横向最低CVN按下式计算：CVN(J)=σe(Mpa)/10因此，140钢级（σe980MPa），CVN>98J（圆整为100J）；150钢级（σe1050MPa），CVN>105J（圆整为110J）；170钢级（σe1200MPa），CVN>120J（圆整为120J）。钢的强度与塑性、韧性通常表现为互为消长的关系，强度高的常常塑性、韧性就低，反之，为求得高的塑性、韧性，必须牺牲强度。?S135以上钢级钻杆和Q125以上钢级套管，需要匹配的韧性极高，有人称为世界级难题。近年来一直是研究的热点。第四节套管——如何选材？英国能源部指导性技术文件规定，压力钢管横向最低CVN按超高强度油井管的强韧性配合钻柱构件韧性要求最低值为确保钻井安全和钻井效率，钻柱构件的韧性必须满足“先漏后破”准则，即钻柱构件疲劳或腐蚀疲劳裂纹失稳扩展的临界尺寸应大于钻柱构件壁厚。从断裂力学角度，临界裂纹尺寸与(KIC/σe)2成正比。因此，材料屈服强度越高（或钻柱构件承受载荷越大），需要匹配的韧性越高。钻杆接头是否产生热裂也与韧性有关。第四节套管——如何选材？超高强度油井管的强韧性配合第四节套管——如何选材？先漏后破条件下G105钻杆需要的韧性与载荷的关系第四节套管——如何选材？先漏后破条件下G105钻杆需要的韧性与载荷的关系第四节套油气管杆材料课件套管和油管韧性要求最低值几年前，柯深001井完井测试时，V150套管产生螺旋状裂纹而导致这口井报废，直接损失上亿元。失效分析认为，这种螺旋状裂纹是钢管潜在的螺旋状损伤（无损探伤难以发现）在承受很高的载荷（内压）后形成宏观裂纹的。而钢管的螺旋状损伤是穿孔工序形成的。套管及油管内在的微小缺陷或损伤是难以避免的。其临界值与(KIC/σe)2有关，即套管强度越高，需要匹配的韧性也越高。第四节套管——如何选材？套管和油管韧性要求最低值第四节套管——如何选材？1.套管的种类及其作用2.套管型号的公（英）制表示方法3.常见特殊套管的种类4.满足抗S要求，碳钢和低合金钢在成分选择及加工控轧中的要求

NKAC加工特点5.油井管的失效模式及再出来设计中的注意事项课上讨论1.套管的种类及其作用课上讨论第四节套管一、套管的分类按钢级：4组、17个钢级（依据API5CT和ISO11960）

第一组4个钢级：H、J、K、N;第二组8个钢级：C、L、M、T；第三组1个钢级：P；第四组4个钢级：Q。第四节套管一、套管的分类按钢级：第四节套管一、套管的分类按螺纹形式：园螺纹套管偏梯形螺纹套管特殊螺纹套管第四节套管一、套管的分类按螺纹形式：园螺纹套管第四节套管一、套管的分类按功能：表套技套油套（生产套管）正常压力井套管类型异常压力井套管类型第四节套管一、套管的分类按功能：表套正常压力井套管类型异第四节套管二、套管的作用1.导管主要作用：（1）抑制松散的表层，防止末固结的土石落入井内；（2）提供使泥浆返回泥浆槽的流道；（3）主要或部分支撑其它套管柱悬空的重量。异常压力井套管类型特点：直径较大，长度变化较大，坚硬岩层中仅用10～20m，沼泽地区则可能上百米。导管直径一般为95／8～30in，通常下到20～1000ft深。第四节套管二、套管的作用1.导管主要作用：异常压力井套管第四节套管二、套管的作用2.表层套管主要作用：（1）防护浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气；（2）泥浆返回地表的流道；（3）安装井口防喷器以便继续钻进，是井口设备(套管头及釆油树)的唯一支撑件；（4）承担悬挂依次下入的各层套管(包括采油管柱)载荷。异常压力井套管类型特点：通常下入深度一般在30～1500m。第四节套管二、套管的作用2.表层套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用3.技术套管主要作用：（1）隔离坍塌地层、复杂的页岩层、浅层气及高压水层，防止井径扩大，减少阻卡及键槽的发生，保证能安全地钻达设计井深；（2）分隔不同压力层系，建立正常钻井液循环；（3）减少裸眼长度；（4）对生产套管有支持作用，它也为井控设备的安装、防喷、防漏及悬挂尾管提供了条件；（5）对油层套管具有保护作用；异常压力井套管类型特点：主要作用是封隔漏层，特别是预计深部井段有高压地层时；通用尺寸为95/8in（235.8mm）。

第四节套管二、套管的作用3.技术套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用4.生产套管主要作用：（1）将储集层中的油气从套管中采出来；（2）保护井壁，隔开各层的流体，达到油气井分层测试，分层采油，分层改造之目的。异常压力井套管类型特点：为完井套管，通用尺寸为7in（177.8mm）。第四节套管二、套管的作用4.生产套管主要作用：异常压力井第四节套管二、套管的作用5.尾管异常压力井套管类型特点：

优点是下入长度短、费用低；深井钻井中另一突出优点是在继续钻进时可以使用异径钻具；在顶部的大直径钻具比同一直径的钻具具有更高的抗拉伸强度，在尾管内的小直径钻具具有更高的抗内压能力。尾管的缺点是固井施工固难。尾管的顶部通常要进行抗内压试验，以保证密封性。是—种不延伸到井口的套管柱，分为钻井尾管和采油尾管，通常用尾管挂悬挂于技术套管上。第四节套管二、套管的作用5.尾管异常压力井套管类型特点第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管H、J、K、N、C、L、M、T、P、Q十种钢级。字母任意选择，无特殊含义；数码则代表套管的强度特性；钢级代号后面的数值乘以1000psi（6894.757kPa）即为套管以psi为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非API标准的套管。

API套管钢级的物理性能见表1-15；套管各种钢级的最小屈服强度与抗拉强度（包括非API套管标准）见表1-16。第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管表1-15API套管钢级的强度指标钢级颜色标志最小屈服强度最高屈服强度Mpa最低抗拉强度MpaRCMax延伸率％APE标准（适用范围）ksiMpaH-40无色或黑色402765524145AJ-55浅绿5537955251722.55AK-55绿色55379552665185AN-80红色80552758689175AC-75蓝色75517620665185ACL-80红夹棕8055266566523185ACC-90紫色9062072569025.4(5AC)C-95棕色9566576072025.416.5(5AC)P-110白色110758965865A5XQ-125白色125861104093018(5AQ)V-150白色15010351240114011.5(5AX)表1-15API套管钢级的强度指标钢级颜色标志最小屈服表1-16套管钢级的强度指标API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度Mpa(ksi)非API标准最小屈服强度Mpa(ksi)最小抗拉强度Mpa(ksi)H-40275.79(40)413.69(60)S-80379.21(55)655.00(95)J-55379.21(55)517.11(75)SOO95655.00(95)758.42(110)K-55379.21(55)655.00(95)S-95655.00(95)758.42(110)C-75517.11(75)655.00(95)SS-95551.58(80)689.48(100)L-80551.58(80)655.00(95)S-105655.00(95)758.42(110)N-80551.58(80)689.48(100)S-140965.27(140)1034.21(150)C-90620.53(90)689.48(100)V-1501034.21(150)1103.16(160)C-95655.00(95)723.95(105)S-1551068.69(155)1137.63(165)P-110758.42(110)861.84(125)Q-125861.84(125)930.79(135)X-52358.53(52)455.05~496.42(66~72)表1-16套管钢级的强度指标API标准最小屈服强度Mp第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管H、J、K、N、C、L、M、T、P、Q十种钢级。J55；数值乘以1000psi（6894.757kPa）即为套管以psi为单位的最小屈服强度。这一规定除了少数几种例外，也适用于非API标准的套管。

套管型号的英制表示方法规格代号（外径，英寸）+重量代号（英镑/英尺）+钢级代号+螺纹形式723.00JSTC外径7英寸，23英镑/英尺，钢级为J55的短园螺纹套管。套管型号的公制表示方法规格代号（外径，mm）+壁厚代号（mm）+钢级代号+螺纹形式177.8×8.05JSTC表示外径177mm，壁厚8.05mm钢级为J55的短园螺纹套管。第四节套管三、套管的钢级APISpec5CT规定了套管第四节套管三、套管的钢级1.抗挤毁套管套管在井下受重力和地层压力等复合力作用下，发生的外形失稳，以致断裂现象称之为挤毁(或称压溃)。油井管的抗外压挤毁性能以抗挤毁强度来表示，其单位为psi或MPa。相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-18。第四节套管三、套管的钢级1.抗挤毁套管套管在第四节套管三、套管的钢级1.套管的挤毁拉伸+挤毁压缩+挤毁轴向拉伸、压缩载荷下的套管挤毁形貌第四节套管三、套管的钢级1.套管的挤毁拉伸+挤毁压缩+挤第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管相应厂家生产的套管的抗挤毁额定值见表1-18。16Mn试片表面氢鼓泡第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管相应厂家生产的套管

氢致开裂（HIC）：平行于表面的裂纹，在应力作用下促使裂纹扩散连成阶梯状。常见低碳钢压力容器及内部集输管道焊缝处阶梯性裂纹第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管氢致开裂（HIC）：焊缝处阶梯性裂纹第四节套脆性断口人字形花纹第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管脆性断口人字形花纹第四节套管三、套管的钢美国腐蚀工程师协会（NACE）认为，如果使用的气体压力是65psia(448.16kPa绝对压力)或高于此值，而该气体中的H2S分压大于0.05psia(0.34474kPa绝对压力)，则必须选择抗硫材料套管，以阻止硫化氢腐蚀脆性断裂（SSCC）的发生。H2S达到氢脆的浓度和气体的压力有关，并有以下关系：气体压力为100psi(689.48kPa绝对压力)，氢脆时H2S的浓度为510ppm；气体压力为1000psi(6894.8kPa绝对压力)，氢脆时H2S的浓度为51ppm；气体压力为10000psi(68947.5kPa)，氢脆时H2S的浓度为5.1ppm；气体压力为20000psi(137895.14kPa)，氢脆时H2S的浓度为2.6ppm；如果H2S气体的分压大于0.03psia(0.2068kPa绝对压力)，或者预计大于此值，从工程材料的观点来看，则应必须使用抗硫化氢的材料。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管美国腐蚀工程师协会（NACE）认为，如果使用的气不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。

第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管套管钢级临界温度℃K-5575L-8075C-75100N-80150C-90S-95150P-110180Q-125210S-140250V-150300不同钢级套管仅在临界温度之上具有抗硫化氢腐蚀的性能。第四节第四节套管表1-21适合含硫区域使用的95级套管厂家及其产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小屈服强度MPa（ksi）最大洛氏硬度lgomaBritishSteelDalmineDalmineKawasakiLoneStarLoneStarMannesmannNipponKokanNipponKokanSumitomoSumitomoValloareeValloareeSOO95SR95D95SGD95SSGKO95SLSS-95SGSLSS-95SSGSMW-C-95SNT95SSNKAC95MSM95SSM95SSC-95VHIC-95VH2655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)655～758.4(95～110)758.4(110)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)724.0(105)25.425.425.425262625.4252525252725.4第四节套管表1-21适合含硫区域使用的95级套管厂家及其因硫化物应力引起的腐蚀断裂（SSCC），对套管材质提出高要求。SSCC是由于H2S离解时产生的氢渗透而造成钢的脆裂现象。SSCC因素可分两大类：材料方面的因素——强度或硬度、化学成分、微观结构及冷加工方面问题等；环境方面的因素——H2S的聚集、含水溶剂的pH值、温度、压力等。NKAC系列对SSCC具有好的抵抗性能。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管

——抗SSC材料的选择因硫化物应力引起的腐蚀断裂（SSCC），对套管材质提

——抗SSC材料的选择依据标准：ISO15156石油和天然气生产中含H2S环境使用的材料ISO15156－1第一部分选择抗裂纹材料的一般原则ISO15156－2第二部分抗裂纹碳钢和低合金钢NACEMR0175油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料SY/T0599-1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管——抗SSC材料的选择第四节套管三、套含Ni＜1%经热轧（仅对碳钢）、退火、正火、正火加回火、奥氏体化—淬火加回火硬度≤22HRC冷变形＞5%，须经595℃以上的消应力处理，≤22HRC；低强度管道钢ASTMA53B级，ASTMA106B级，API5L、X42级，冷变形≤15%，变形区硬度≤190HB焊接控制焊缝硬度（基材、焊肉、热影响区）≤22HRC第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管

——碳钢和低合金钢抗SSC材料的选择含Ni＜1%第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管含S环境可采用的API/ASTM管材用于所有的温度操作温度用于66℃（150℉）或更高用于79℃（175℉）或更高用于≥107℃（≥225℉）油管和套管APISpec5CT/5CTMH-40,J-55，K-55，M-65,C-75（1，2，3型）和L-80(1型)级按10.1.3节规定的专用等级UNSK12125API5CT/5CTMC-901型和T-951型管子APISpec5LA&B和X-42至X-65级ASTMA53/A53MA106A,B,C级A333/A333M1和6级A524521和2级A381531类Y35-Y65钻杆材料APISpec5DD,E,X-95,G-105和S-135级油管和套管油管和套管APISpec5CT/5CTMN-80（淬火并回火），C-95级，T-952型；最大屈服强≤760MPa(110ksi)等级的专用淬火并回火钢用CrMo低合金钢（AISI41XX及其改进型）制造的油套管在淬火并回火状态，最大硬度为30HRC且额定最小屈服强度（SMYS）等级为690，720和760MPa(100，105和110ksi)（见10.1.3节）。APISpec5CT/5CTMH-40，N-80,P-105,P-110级最大屈服强度达到965MPa（140ksi）等级的专用淬火并回火钢APISpec5CT/5CTMQ-125级含S环境可采用的API/ASTM管材用于所有的温度操作温度用油气管杆材料课件689.476(100)206.843(30)20.684(3)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)SM-25Cr-110SM-25Cr-80-130

SM-25Cr-80SM-25Cr-75(D)

SM-13Cr-80SM-25Cr-75-95SM-80SSM-80S(B-D)

APISM80SJ55SM90SAPI-L-80N80(A)(B)(B-D)

镍基合金C-276SM-2550(6)SM-2535(6)SM-85SSSM-90SS(C)SM-2525(5)(E)0.007(0.001)0.068(0.01)0.689(0.1)6.895(1)689.476(100)69.948(10)H2S分压，KPa，(psi)CO2分压，KPa，(psi)图1-8材料选择的示意图689.476206.84320.6846.89568.94689.476(100)6.895(1)68.948(10)6894.757(1000)0.068(0.01)0.689(0.1)6.895(1)689.476(100)69.948(10)H2S分压，KPa，(psi)CO2分压，KPa(psi)ABCDE图1-9CO2和H2S环境下的钢级材料选择A区—常规的API钢级套管；B区—AC85；AC85M；AC80；AC90；AC90M；AC80T；AC95；AC95M（AC为主抗硫钢）；C区—CR13；CR9（CR为主抗二氧化碳的不锈钢）；D区—NIC42；NIC62；NIC32；NIC52；NIC25；NIC42M(NIC为抗硫抗二氧化碳钢级)；E区—CR25；CR23（CR为高含二氧化碳条件下使用）；689.4766.89568.9486894.7570.06NKK专有等级的材料选择NKK专有等级的材料选择

——抗SSC材料的选择NKAC加工特点是：严格控制材料杂质，含硫量小于0.005％，套管内外壁淬火。这种方法可形成马氏体结构，回火保证均匀的微观结构。热处理后进行热矫直，较之冷矫直对屈服强度影响更小。最后要进行三项检查试验：硬度试验，对每一根均进行；超声波检查；抗SSCC试验。第四节套管三、套管的钢级2.抗硫套管——抗SSC材料的选择第四节套管三、套第四节套管三、套管的钢级3.抗低温用套管许多厂家提供的55，80，95，110和125级的套管的钢材都能满足低温下作业的需要。增加添加剂后可改善钢材的晶粒度。在-43℃（-500F）温度下，套管钢材冲击韧性为201b.ft(27.1164N﹒m)。低温作业下套管生产厂家及商品名称见表1-23。第四节套管三、套管的钢级3.抗低温用套管许多厂表1-23低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能厂家商品名称屈服强度MPa（ksi）最小屈服强度MPa（ksi）在-43℃（-50。F）条件下钢材的冲击韧性DalmineD55-AS392～552（55～80）655（95）____DalmineDalmineKawasakiNipponSumitomoValloareeD80-ASD80L-ASKO82LNT80LSSM80LL-80VK552～758(80～110)552～655(80～95)552～655(80～95)552～758(80～110)552～758(80～110)552～655(80～95)689(100)655(95)655(95)689(100)689(100)655(95)________20251520DalmineDalmineKawasakiNipponNipponKokanSumitomoValloareeD95-ASD95C-ASKO95LNT95LSNKLT95SM95LC-95VK655～862(95～125)655～758(95～110)655～862(95～125)655～862(95～125)655～862(95～125)655～862(95～125)655～758(95～110)724(105)724(105)758(110)758(110)758(110)758(110)724(105)________2525201520DalmineKawasakiNipponNipponKokanSumitomoValloareeD110-ASKO110LNT110LSNKLT110SM110LP110-VK758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)758～965(110～140)862(125)862(125)862(125)862(125)862(125)862(125)____2025201520KawasakiNipponKokanKO125LNKLT-125862～1034(125～150)862～1000(125～145)931(135)931(135)2020表1-23低温作业下套管生产厂家、商品名称及产品性能商品名破裂(管体爆裂、管体错断、接箍纵裂、管体断裂、射孔开裂、应力腐蚀开裂)泄漏滑脱表面损伤(腐蚀、内表面被钻柱磨损)柯深001井破裂套管井下成相照