套管鉆井技術——套管鉆井鋼力學性能表征內容簡介

本書介紹了套管鉆井技術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)及疲勞試驗機等設備，研究了三種典型套管鉆井鋼級K55鋼、N80鋼、P110鋼的力學性能，包括硬度、拉伸性能、沖擊性能、斷裂韌性、疲勞裂紋擴展性能及硬化指數(shù)等性能及其斷裂機制，并分析了斷裂表面特征和顯微組織之間的關系及各種力學性能之間的聯(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，使得套管鉆井技術獲得更為廣闊的應用前景。本書可供油氣管道工程、材料科學與工程、工程力學、安全工程相關專業(yè)工程技術人員和管理人員參考，也可作為有關大專院校師生的參考書。

目錄第1章緒論（1）

11引言（1）

12斷裂力學研究進展（4）

121斷裂力學的發(fā)展（4）

122裂紋擴展的判據(jù)（6）

123影響斷裂韌性的因素（7）

124I/Ⅲ復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疲勞裂紋的擴展過程（11）

132疲勞裂紋擴展速率的研究及應用（13）

14環(huán)境對材料力學性能的影響（14）

141應力腐蝕的影響（14）

142腐蝕介質對疲勞裂紋擴展性能的影響（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疲勞裂紋擴展性能的試驗方法（16）

153疲勞裂紋擴展數(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（40）

第3章三種套管鉆井鋼的Ⅰ/Ⅲ復合型斷裂韌性（41）

31引言（41）

32Ⅰ/Ⅲ復合斷裂韌性的研究進展和方法（41）

321斷裂韌性的研究進展及理論基礎（41）

322斷裂韌性的研究方法（46）

33測量Ⅰ/Ⅲ復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試驗結果與分析（53）

351三種套管鉆井鋼的Ⅰ/Ⅲ復合型斷裂韌性及機制（53）

352氫對三種套管鉆井鋼Ⅰ/Ⅲ復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（69）

第4章三種套管鉆井鋼的疲勞裂紋擴展性能（70）

41引言（70）

42套管鉆井技術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（72）

424疲勞斷裂過程（73）

425疲勞裂紋研究的進展（73）

426疲勞裂紋擴展的一般規(guī)律及機理（74）

43試驗材料與方法（75）

44試驗結果與分析（75）

441應力比對三種套管鉆井鋼疲勞裂紋擴展性能的影響（75）

442三種套管鉆井鋼疲勞裂紋擴展性能和拉伸性能的定量關系（84）

443應力比與裂紋失穩(wěn)區(qū)起始點對應的ΔK值之間的關系（86）

444決定裂紋疲勞裂紋擴展性能的本質參量（89）

445應力比對門檻區(qū)裂紋擴展速率及斷裂機制的影響（93）

45小結（96）

第5章三種套管鉆井鋼斷裂機制的比較（98）

51引言（98）

52試驗材料與方法（98）

53試驗結果與分析（98）

531三種套管鉆井鋼的斷裂機制（98）

532不同加載方式下斷裂機制的比較（107）

54小結（112）

第6章不同鋼級套管鉆井鋼力學性能的綜合比較（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疲勞裂紋擴展性能分析（115）

625斷裂韌性分析（115）

63小結（115）

附錄（117）

附錄Ⅰ：套管鉆井鋼化學成分、性能要求及檢測方法（117）

附錄Ⅱ：專利（128）

參考文獻（147）2100433B

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要求。

鉆具的主要構成（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參數(shù)要求不同，它們構成了套管鉆井獨特的技術特征。

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性革命，它能為油田經營者帶來巨大的經濟效益。套管鉆井有如下特點：

1、套管鉆井使用標準的油井套管，并使鉆井和下套管作業(yè)同時進行；

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，如定向鉆井、注水泥、測井、取芯和試井等作業(yè)；

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

7、套管鉆井使用標準的油田套管進行，唯一不同的是，套管接箍或螺紋需要改進，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)，接箍則選用改進型加強接箍(Modified Buttress Coupling)。

早在20世紀50年代就有人設想用套管代替鉆桿來完成鉆井作業(yè)，但受當時的技術和裝備條件的限制，很難實現(xiàn)這一設想。在20世紀90年代，由于新技術、新材料以及電子技術的大發(fā)展，促進了石油開采技術不斷發(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″套管鉆進了150米。到2000年底Texco公司采用套管鉆井技術一共完成了20多口開發(fā)井，取得了良好的經濟效益。