套管鉆井技術(shù)——套管鉆井鋼力學(xué)性能表征

目錄第1章緒論（1）

11引言（1）

12斷裂力學(xué)研究進(jìn)展（4）

121斷裂力學(xué)的發(fā)展（4）

122裂紋擴(kuò)展的判據(jù)（6）

123影響斷裂韌性的因素（7）

124I/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌性的研究（8）

125斷裂韌性的定量公式（9）

13疲勞性能的發(fā)展和研究（11）

131疲勞裂紋的擴(kuò)展過程（11）

132疲勞裂紋擴(kuò)展速率的研究及應(yīng)用（13）

14環(huán)境對材料力學(xué)性能的影響（14）

141應(yīng)力腐蝕的影響（14）

142腐蝕介質(zhì)對疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響（15）

143氫對材料性能的影響（15）

15斷裂韌性及疲勞裂紋擴(kuò)展性能的試驗方法（16）

151斷裂韌性的試驗方法（16）

152疲勞裂紋擴(kuò)展性能的試驗方法（16）

153疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的處理方法（17）

16套管鉆井鋼存的在問題及分析思路（18）

17主要研究進(jìn)展（20）

第2章三種套管鉆井鋼的拉伸和沖擊性能（22）

21引言（22）

22試驗材料與方法（22）

23試驗結(jié)果與分析（23）

231三種套管鉆井鋼顯微組織及硬度（23）

232三種套管鉆井鋼的拉伸性能和沖擊性能（26）

233套管鉆井鋼的硬化指數(shù)（31）

24小結(jié)（40）

第3章三種套管鉆井鋼的Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌性（41）

31引言（41）

32Ⅰ/Ⅲ復(fù)合斷裂韌性的研究進(jìn)展和方法（41）

321斷裂韌性的研究進(jìn)展及理論基礎(chǔ)（41）

322斷裂韌性的研究方法（46）

33測量Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌性試驗中橫向位移分量的測試裝置（49）

34試驗材料與方法（50）

35試驗結(jié)果與分析（53）

351三種套管鉆井鋼的Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌性及機(jī)制（53）

352氫對三種套管鉆井鋼Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌性的影響（61）

353Ⅲ型載荷分量對P110鋼斷裂韌性斷口表面的影響（67）

36小結(jié)（69）

第4章三種套管鉆井鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展性能（70）

41引言（70）

42套管鉆井技術(shù)中套管鉆井鋼疲勞性能的研究（70）

421套管鉆井鋼疲勞性能研究的目的和意義（70）

422套管受力分析和疲勞失效的控制（71）

423疲勞的分類及特點(diǎn)（72）

424疲勞斷裂過程（73）

425疲勞裂紋研究的進(jìn)展（73）

426疲勞裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律及機(jī)理（74）

43試驗材料與方法（75）

44試驗結(jié)果與分析（75）

441應(yīng)力比對三種套管鉆井鋼疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響（75）

442三種套管鉆井鋼疲勞裂紋擴(kuò)展性能和拉伸性能的定量關(guān)系（84）

443應(yīng)力比與裂紋失穩(wěn)區(qū)起始點(diǎn)對應(yīng)的ΔK值之間的關(guān)系（86）

444決定裂紋疲勞裂紋擴(kuò)展性能的本質(zhì)參量（89）

445應(yīng)力比對門檻區(qū)裂紋擴(kuò)展速率及斷裂機(jī)制的影響（93）

45小結(jié)（96）

第5章三種套管鉆井鋼斷裂機(jī)制的比較（98）

51引言（98）

52試驗材料與方法（98）

53試驗結(jié)果與分析（98）

531三種套管鉆井鋼的斷裂機(jī)制（98）

532不同加載方式下斷裂機(jī)制的比較（107）

54小結(jié)（112）

第6章不同鋼級套管鉆井鋼力學(xué)性能的綜合比較（113）

61引言（113）

62鉆井套管鋼性能要求（113）

621成分分析（113）

622強(qiáng)度及伸長率分析（113）

623沖擊韌性分析（114）

624疲勞裂紋擴(kuò)展性能分析（115）

625斷裂韌性分析（115）

63小結(jié)（115）

附錄（117）

附錄Ⅰ：套管鉆井鋼化學(xué)成分、性能要求及檢測方法（117）

附錄Ⅱ：專利（128）

參考文獻(xiàn)（147）2100433B

本書介紹了套管鉆井技術(shù)中的材料性能表征方法，利用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDX)及疲勞試驗機(jī)等設(shè)備，研究了三種典型套管鉆井鋼級K55鋼、N80鋼、P110鋼的力學(xué)性能，包括硬度、拉伸性能、沖擊性能、斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展性能及硬化指數(shù)等性能及其斷裂機(jī)制，并分析了斷裂表面特征和顯微組織之間的關(guān)系及各種力學(xué)性能之間的聯(lián)系。主要目的是避免套管鉆井鋼在服役過程中發(fā)生失效．并為分析斷裂失效的原因提供理論依據(jù)，從而解決鉆井過程中的穩(wěn)定性及降低鉆井成本問題，使得套管鉆井技術(shù)獲得更為廣闊的應(yīng)用前景。本書可供油氣管道工程、材料科學(xué)與工程、工程力學(xué)、安全工程相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員參考，也可作為有關(guān)大專院校師生的參考書。

套管鉆井與常規(guī)鉆桿鉆井有相同之處，亦有不同之處。下面介紹套管鉆井特有的技術(shù)要求。

鉆具的主要構(gòu)成（如圖2）有套管、扶正器、軸向承載殼體、承扭殼體、套管鞋、密封器、軸向鎖定器、止位環(huán)、扭矩鎖定器、擴(kuò)眼器、鉆頭等，這些工具與常規(guī)鉆桿鉆井工具不同或者技術(shù)參數(shù)要求不同，它們構(gòu)成了套管鉆井獨(dú)特的技術(shù)特征。

套管鉆井與常規(guī)鉆桿鉆井相比具有明顯的優(yōu)勢，它是鉆井工程的一次技術(shù)性革命，它能為油田經(jīng)營者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。套管鉆井有如下特點(diǎn)：

1、套管鉆井使用標(biāo)準(zhǔn)的油井套管，并使鉆井和下套管作業(yè)同時進(jìn)行；

2、井底鉆具組合裝在套管柱的下端，可用鋼絲繩通過套管內(nèi)部迅速取出。在取出過程中可保持泥漿連續(xù)循環(huán)；

3、整個鉆進(jìn)過程中，一直保持套管直通到井底，改善井控狀況；

4、套管只是單方向鉆入地層，不再起出。除非打完井后確認(rèn)是干井，可能要起出最后一段套管柱；

5、套管鉆井可沿用許多已有的鉆井技術(shù)，如定向鉆井、注水泥、測井、取芯和試井等作業(yè)；

6、應(yīng)用這些技術(shù)和原來相比主要區(qū)別是不再依靠鉆桿，而是靠鋼絲繩進(jìn)行更換鉆頭作業(yè)；

7、套管鉆井使用標(biāo)準(zhǔn)的油田套管進(jìn)行，唯一不同的是，套管接箍或螺紋需要改進(jìn)，以便提供鉆井所需要的扭矩；Tesco公司打第一口試驗井時選用的螺紋是(Hydrill 511 Premium Thread)，接箍則選用改進(jìn)型加強(qiáng)接箍(Modified Buttress Coupling)。

早在20世紀(jì)50年代就有人設(shè)想用套管代替鉆桿來完成鉆井作業(yè)，但受當(dāng)時的技術(shù)和裝備條件的限制，很難實現(xiàn)這一設(shè)想。在20世紀(jì)90年代，由于新技術(shù)、新材料以及電子技術(shù)的大發(fā)展，促進(jìn)了石油開采技術(shù)不斷發(fā)展，一大批鉆井新工藝、新工具、新裝備涌現(xiàn)出來，套管鉆井技術(shù)再一次被人們提出來。加拿大Texco公司1996年鉆成了第一口套管鉆井的試驗井，該井為試驗場地井，用95/8″套管鉆進(jìn)了150米。到2000年底Texco公司采用套管鉆井技術(shù)一共完成了20多口開發(fā)井，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。