两种套管钻井用钢的显微组织和力学性能

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【金属材料学实验】1-工程结构钢显微组织观察

C:0.13～0.19;Si:0.20～0.60;Mn:1.20～1.60; P≤0.030;S≤0.020;Ni≤0.30 ;Cu≤0.25
低合金结构钢
• Q345 （16Mn）热轧+退火 F+P
• C:0.13～0.19;Si:0.20～0.60;Mn:1.20～1.60；P≤0.030;S≤0.020;Ni≤0.30; Cu≤0.25
优质碳素结构钢
20钢淬火 M
C：0.15~0.25%；Si：0.17~0.37%；Mn：0.35~0.65%；S ≤0.045%; P ≤0.045%; Cr≤0.15%；Ni≤0.30%
优质碳素结构钢
35G 退火态 F+P 183HB
C：0.30~0.40%；Si：0.17~0.37%；Mn：0.50~0.80%； S ≤0.045%; P ≤0.045%; Cr≤0.30%；Ni≤0.30%
0.50～0.80 0.35
S 0.050 0.050 0.045 0.050 0.045 0.040 0.035 0.050 0.045 0.050
P 0.045 0.045
0.045
0.040 0.035 0.045
0.045
脱氧方法
F、b、Z F、b、Z F、b、Z F、b、Z
Z TZ F、b、Z
• 60、65、70、75等牌号属于高碳钢。它们经过淬火、回火后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧、发条、钢丝绳、轧辊
普通碳素结构钢
Q235 退火态 F+P
C：0.12~0.22%；Si ≤0.30%；Mn：0.30~0.70%； S ≤0.05%; P ≤0.045%;
优质碳素结构钢

管线钢材的组织结构

管线钢材的组织结构管线钢材是一种重要的建筑材料，广泛应用于石油、天然气、水务等各种管道工程中。

它的组织结构对于保证管道的稳定性、耐久性和安全性起着关键作用。

下面我们将详细介绍管线钢材的组织结构。

首先，管线钢材的组织结构可以分为晶粒组织和套管组织两部分。

晶粒组织是指钢材内部的结晶颗粒排列方式，它直接影响着钢材的力学性能和物理性能。

较大的晶粒有助于提高钢材的韧性和强度，而细小的晶粒则有助于提高钢材的塑性和耐腐蚀性。

因此，在生产过程中，需要通过控制冶炼和热处理工艺，使得钢材的晶粒尽可能细小而均匀。

套管组织是指钢材内部的管壁结构，它主要包括细晶套管和粗晶套管两种。

细晶套管由于晶粒较小，材料的韧性和抗拉强度都较高，适用于承受较大冲击和压力的管道。

粗晶套管由于晶粒较大，材料的塑性较好，适用于对弯曲变形要求较高的管道。

根据不同的工程需求，选择合适的套管组织可以有效提高管线钢材的使用寿命和安全性。

其次，管线钢材的组织结构还与其碳含量和热处理工艺有关。

普通的碳钢管线材的碳含量较高，因此其晶粒较大，这种材料适用于一些普通的管道工程。

控制碳含量在较低水平的低碳钢管线材，由于其晶粒较小，可提高材料的韧性和抗腐蚀性能，适用于一些特殊环境下的管道工程。

钢材经过热处理工艺后，可以进一步改变其组织结构。

正火处理可以使晶粒更加均匀，并提高钢材的强度和韧性；淬火处理能够使晶粒变细，并提高钢材的硬度和强度，但会减低其韧性；回火处理可以减轻淬火带来的脆性，恢复钢材的韧性和塑性。

因此，在管道工程中，根据具体的要求和使用环境，选择合适的热处理工艺，能够使管线钢材的组织结构达到最佳状态。

最后，为了保证管线钢材的组织结构符合设计要求，需要进行严格的质量控制和检测。

常用的检测方法包括金相检查、显微组织分析、力学性能测试等。

通过这些检测手段，能够评估钢材的晶粒尺寸、套管组织以及力学性能的指标，从而确保管线钢材的质量和可靠性。

综上所述，管线钢材的组织结构是保证其稳定性、耐久性和安全性的重要因素。

宝钢钻井用套管实物性能试验研究

2010年第2期宝　钢　技　术宝钢钻井用套管实物性能试验研究王　琍1,黄子阳1,宋生印2(1.宝山钢铁股份有限公司,上海　201900;2.中国石油天然气集团公司,陕西　西安　710065) 摘要:针对套管在钻井过程中受到不同程度磨损的情况,模拟套管均匀磨损和偏磨工况,采用全尺寸实物试验方法,对宝钢Φ139.7×9.17mm P110钻井用套管进行了拉伸失效和静水压试验研究。

研究结果表明:宝钢钻井用套管,在上、卸扣试验中螺纹和密封面未发生黏着磨损,拉伸失效载荷大于AP I BU L 5C2规定接头连接强度最小值17.7%,失效内压值大于AP I BUL 5C2规定最小内屈服强度46.7%。

对该产品进行了钻井试验,完成油层套管钻井井深1160m ,满足了油田使用要求。

关键词:套管;套管钻井;套管性能试验中图分类号:TG 142.1　文献标志码:B 文章编号:1008-0716(2010)02-0049-05Exper im en ta l Resear ch on Perform ance of Ba osteel ’s Ca s i n g for D r illi n gW AN G L i 1,H UAN G Ziyan g 1an d SON G Shen gyin2(1.Ba oshan I r on &Stee l C o .,L td.,Shangha i 201900,C h i na;2.C NPC ,X i ’an 710065,Shan xi ,C h i na ) Abstra ct:The experi m ental r esear ch on tensile f ailur e and hydr ostatic pr essur e of B a osteel ’s Φ139.7mm ×9.17mm P110casing f or drilling was m ade on the basis of the casing ’s abrasi on in var ying degrees in the drilling pr ocess .I n the r esear ch,the casing ’s homogeneous and eccentric abrasi onswere si mulated .The r e s ults show that the thread and seal s ur face doesn ’t get any galling during the make 2up and br eak 2out pr ocess ;the whole casing can support an additi onal 17.7%of the m ini m u m established connecti on tensi on str ength and an additiona l 46.7%of the m ini m u m internal yie ld pressur e value,which were set in the API BUL 5C2.No w the pr oduct has been tested in the drilling experi ment .It could reach a 1160m dee p oil well and can meet the oil field ’s r equir ements .Key wor ds:casing;casing f or drilling;casing pe r for m ance testing王　琍　教授级高工　63年生　年毕业于北京科技大学现从事油井管工艺技术、质量管理和新产品开发电话　6655　2　@0　前言套管钻井是指在钻井过程中,直接采用套管(取代传统的钻杆)向井下传递机械能量和水利能量,井下钻具组合接在套管柱下面,边钻进边下套管,完钻后作钻柱用的套管留在井内作套管完井用。

钻井套管分类

钻井套管分类
钻井套管是石油钻井中的一种重要工具，其主要作用是保护井壁、防止井壁坍塌、控制井涌等。

根据不同的应用场景和要求，钻井套管可以分为多种类型。

1.套管分类
按照管道的直径和厚度的不同，可将套管分为多种类型。

一般来说，套管分为生产套管（生产钻井套管）、中间套管、防漏套管、固
井套管等。

2.套管材料分类
按照套管的材料不同，可将套管分为多种类型。

目前，套管的主要材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。

其中，合金钢套管具有抗腐蚀性能优异、耐高温性好等特点，被广泛应用于海洋石油勘探等需要在极端环境下使用的场合。

3.套管用途分类
根据套管的用途不同，可将套管分为多种类型。

例如，生产套管用于油井生产过程中，起到固定地层和保护井眼的作用；防漏套管用于防止油井漏油；固井套管用于固井作业中等。

4.套管连接方式分类
按照套管的连接方式不同，可将套管分为多种类型。

目前，套管的连接方式主要有螺纹连接和非螺纹连接两种。

其中，螺纹连接具有连接简单、易于拆卸等优点，因此被广泛使用。

非螺纹连接则被广泛应用于高压、高温等特殊情况下的井下作业。

总之，钻井套管根据不同的分类标准，可以分为多种类型。

在实际的钻井作业中，选择合适的钻井套管类型，能够提高钻井的效率和安全性。

C110级油井管钢微观组织、力学性能和抗SSC性能研究

C110级油井管钢微观组织、力学性能和抗SSC性能研究高性能C110级抗硫化物应力开裂（SSC）无缝油井管是支撑严酷腐蚀环境油气资源开发的关键材料。

目前对该材料热处理工艺、马氏体微结构与使用性能之间关系的研究还不深入,认识尚不明晰,性能稳定性尚待提升。

为此,本文设计制备了C110级抗SSC油井管用28CrMo48VTiB钢,对试验钢进行了890℃淬火+（600720℃×3090 min）系列回火处理。

针对各样品,采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）等方法,对马氏体各微结构进行了表征;测试了拉伸、冲击和硬度等常规力学性能;通过双悬臂梁（DCB）试验,测试了SSC 扩展长度Δa浸泡时间t关系曲线、SSC扩展速率da/dt瞬时应力强度因子(KIapplied)关系曲线,测定了SSC停止扩展的临界应力强度因子KISSC;采用Devanathan-Stachurski氢渗透试验,分析了氢的扩散行为。

通过定量表征马氏体各微结构的强化贡献,揭示了强化机制,通过定量表征马氏体微结构与氢扩散、SSC萌生之间、晶界与SSC扩展之间的关系,揭示了抗SSC机理。

据此,开展了高性能C110级抗SSC油井管的工业试制。

结果表明:28CrMo48VTiB试验钢经890℃淬火+（600720℃×3090 min）系列回火处理,形成了回火马氏体组织。

该马氏体由Packet、Block和Lath各级亚结构组成。

X100级管线钢的微观组织与力学性能的关系

X100级管线钢的微观组织与力学性能的关系石油天然气输送管道发展趋势是采用大口径高压输送石油天然气并选用高强度级别的管线钢作为输送管道，这样既能大幅度降低管道建设成本、节约工程造价，又能提高管道输送设计压力。

继西气东输一线、二线工程后，为了实现我国的能源战略目标，各钢铁企业开始着手研发X100级及更高级别的管线钢。

到目前为止X100级管线钢尚处于研发试制阶段，现有研究表明，其微观组织主要由粒状贝氏体(GB)+针状铁素体(AF)+M/A岛状结构或下贝氏体(LB)+马氏体(M)+M/A岛状结构组成。

API5L将X100级管线钢的性能指标值暂定为屈服强度690MPa(SMYS)和抗拉强度760MPa(SMTS)。

国内关于X100管线钢的研究主要集中于管线钢的化学成分设计方面，采用相应地控轧控冷工艺(TMCP)或高温轧制工艺(HTP)得到力学性能满足要求的管线钢；国外的研究主要集中于X100管线钢的化学成分设计及其对微观组织的影响、板材轧制工艺参数。

对于X100管线钢的微观组织及其对力学性能的影响方面还缺乏深入的研究，并且评价出具有良好性能的微观组织对轧制工艺的制定具有重要的指导意义。

本文着重分析了国内外具有代表性的三家钢铁企业生产的X100级管线钢的微观组织的区别及其对力学性能的影响。

三种实验钢板的主要化学成分见表1。

根据ASTMA370-2002和ASTMA370-2005标准在钢管距焊缝180°母材部位取横向拉伸和冲击试样，并在MTS810型拉伸机和JB-800型冲击机上进行试验。

根据GB/T18658-2002(金属夏比冲击试验方法)取标准冲击试样，进行温度为20、0、-10、-20、-40和-60℃的系列冲击试验。

落锤试样在管材距焊缝1/4部位取横向落锤试样(DWTT)，试样尺寸为300mm×75mm×壁厚，缺口形式为标准压制V型缺口，实验设备型号为JL-30000，实验按API5L标准进行。

Ⅲ型载荷分量对 N80套管钻井用钢断裂韧性的影响

Ⅲ型载荷分量对 N80套管钻井用钢断裂韧性的影响孙福洋;杨旭;贠柯;丁勇;毕成【摘要】采用PLD－100微机控制电液伺服疲劳试验机、金相显微镜、SEM和EDS等，研究了不同III型载荷分量对N80套管钻井用钢断裂韧性的影响。

试验结果表明：N80钢由铁素体、上贝氏体和回火索氏体3种不同的显微组织构成。

由于断口形貌的不同，在不同III型载荷分量下，N80钢具有不同的总体断裂韧性；III型断裂韧性分量和I型断裂韧性分量之间呈线性相关性。

%The influence of different mode III loading component on the fracture toughness of N 80 casing-drilling steels was studied by PLD -100 electro-hydraulic servo fatigue testing machine , metallurgical microscope , SEM, EDS and soon.The results show that N 80 steel is composed of three different microstructure including ferrite , bainite and tempering sorbite .The N80 steel possesses different total fracture toughness under the different mode III loading component .This can be attributed to the fractography .The relationship between the mode III and mode I fracture toughness component is linear .【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P6-8,16)【关键词】N80套管钻井用钢;III型载荷分量;断裂韧性;线性相关性【作者】孙福洋;杨旭;贠柯;丁勇;毕成【作者单位】西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065;西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065;西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065;西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065;西安特种设备检验检测院，陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TG142近年来，套管钻井技术引起了国内外石油企业的高度重视[1-2]。

钻井工具用钢4145H热处理工艺性能研究

１０５５
９１９．５
１４．５
９８８．５
８５９
１６．２５
１３３６．５
１２３０
１３．５
１２７２．５
１１６２．５
１４．２５
１２１４
１１０４．５
１５．２５
１１３１
１０２３
１４．２５
１０４５
９３３
１５．０
断面收缩率Ｚ／％
５１５１．５５５．５６０．５６０４６．５４９．５５１．５５３．５５７
表面硬度ＨＲＣ３５．５３６．０２９．１３２．６２４．７３７．６３７．９３４．８３２．５２９．５
试样材质ＣＳＰＳｉＭｎＣｒＮｉＭｏＣｕＶ３５ＣｒＭｏ０．３７０．００７００．０１８０．３１０．５００．８３０．０４００．１５０．０４６／４１４５Ｈ０．４６０．００８００．０１７０．３１１．１１０．７７０．１２０．２３０．０６９／
１．２末端淬透性通过原材料末端淬透性试验进行验证，绘制了
３５ＣｒＭｏ和４１４５Ｈ的淬透性曲线（图１）。
１原材料性能检测对比
对４１４５Ｈ和３５ＣｒＭｏ同规格的原材料圆钢，我们分别进行了化学成分、末端淬透性、非金属夹杂、晶粒度、低
图１末端淬透性曲线图
［收稿日期］２０１８－０１－２６

［基金项目］国家重点研发计划资助（２０１６ＹＦＣ０３０３３００）。［作者简介］夏玉曦（１９８５－），女，大学，助理工程师，主要从事金属材料性能的研究和开发新产品用钢。
引言
４１４５Ｈ属中等淬透性钢，热处理后有较好的强度和良好的综合力学性能，工艺性好，成材率高，最高使用温度为４２７℃。一般普遍用做石油钻探用钻铤钢，在工作时能承受各种力的作用，具备良好的力学性能，同时能应对服役环境中含有的硫化氢、二氧化碳等腐蚀溶液的侵蚀，具有良好的抗腐蚀能力。

套管钻井

成果效益
我国套管钻井技术现状：
• 2002年1月，中国海洋石油与威德福合作在渤海和南海东部成功应用了套管钻井技术(见实例2）。 • 2003年11月中石油吉林石油责任有限公司开展了陆上表层套管钻井先导性试验工作，并取得了成功，所用套管为7″×6.91mm的J55套管，施工井深300mm。
套管钻井设备及技术参数套管钻井设备及技术参数大纲概述概述研究背景研究背景套管钻井特点套管钻井特点1122334455套管钻井应用及发展前景套管钻井应用及发展前景一概述?基本概念套管钻井技术是指在钻井过程中直接利用套管代替钻柱来完成钻井作业即用套管代替钻杆和钻铤来对钻头施加扭矩和钻压做到边钻进边下套管钻完后套管留在井内作完井用的一种钻井技术
Tesco 套管钻井系统
通过钻具组合上部的钻井锁对钻具和套管井陉机械连接和液压密封，同时在套管柱处安装了一个嵌入和取出的装置（如管下扩眼器、泥浆马达、取芯工具或导向系统等
可导向尾管钻井技术
二、研究背景
• 国内发展现状：
◆吉林油田开展了不更换钻头套管钻井技术的研究，建立了适应转盘钻井驱动方式的浅井开发井套管钻井工具配套系统，解决了国内陆上油田在现有钻井设备条件下实施套管钻井的难题。 ◆胜利石油管理局研制了满足套管钻井现场应用要求的偏梯形特殊螺纹套管、可钻式钻鞋、井口套管快速连接器等一系列配套工具。 ◆大庆油田开展了尾管钻井技术研究和试验。 ◆中国石油勘探开发研究院开发了适合套管钻井方式的套管驱动器和钻头丢手。
第一部分：钻鞋内胎
第二部分：刀翼和切削齿
Drillable Copper Nozzle （可钻式铜质喷嘴）
第五部分：水眼、喷嘴
第三部分：保径块
Tungsten Carbide Gauge Pad （镶有碳化钨小块的斜列式条形保径垫）

套管钻井技术介绍

（10）提出捞矛，重复以下步骤：接套管单根，接捞矛，钻进。
（11）钻至表层完钻井深，循环清洁井眼。
（12）卸开捞矛，接旋转水泥头，固井，固井期间旋转套管。
（13）套管坐底，在井口平台固定套管，割套管，装井口。
2019/12/4
20
4、表层作业关键点：
（1）表层套管钻进至预定深度否则：起套管，下钻头钻进，再下套管。
（1）套管钻井套管柱屈曲和弯曲行为研究（2）套管钻井套管柱摩阻和扭矩计算（3）套管钻井用特殊螺纹连接研制（4）套管钻井下部钻具运动学研究及减振装置设计（5）套管与地层岩石间磨损试验研究及剩余强度分析（6）套管钻井用套管疲劳试验及疲劳寿命预测（7）提出了一套管用于套管钻井工艺参数优化选择的实用方法（8）开发出了套管钻井用减磨减阻润滑剂（9）开发出了套管钻井专用螺纹脂。（10）套管钻井专用套管及接锚（特殊螺纹）和配套工具的研发试制。
—— 钻进时间15.5h（缩短0.5d±） —— 平均机械钻速32.77m/h —— 最大扭矩4.5KN·m —— 平台作业时间减少2d，平台相关费用少10万元±
（平台日费20万元） —— 单井平台作业费节约50+万元 —— 省去隔水导管节约10万元 —— 钻井液用量少，维护费小，可节约5+万元 —— 间接经济效益很明显
19
表层套管作业介绍
基本操作程序：
（7）等平潮。
（8）打通循环，逐渐提高排量和转速，开始钻进，前几根需特别注意。对于13-3/8“ 套管，最高排量约3300 l/min，转速50-80RPM，钻压 1-5 T。如有必要，进行倒划眼。
（9）一单根打完，坐卡瓦，下放顶驱，确认止动环坐在套管接箍上，倒转(左转)约1/4圈，释放捞矛。

石油套管钢N80的显微组织分析

石油套管钢N80的显微组织分析牛靖董俊明薛锦何兴利(西安交通大学西安 710049) (宝鸡石油钢管厂宝鸡 721008)摘要：通过对N80套管钢微观组织进行光镜和透射电镜分析，发现试样中含高位错密度的板条束状铁素体是针状铁素体，在试样中还发现少量典型的贝氏体，因而确定N80套管钢的组织为针状铁素体和少量贝氏体。

主题词：石油套管；针状铁素体；贝氏体1 前言20世纪60年代以前，石油用管的基本组织形态为铁素体和珠光体，这种钢的基本成分是C-Mn，一般采用热轧和正火热处理。

为避免珠光体对钢材韧性的损害，60年代末出现了以J55等为代表的少珠光体钢。

这种钢的生产工艺进入了微合金化钢控轧的生产阶段，然而，一般认为，少珠光体钢强度的极限水平为500～550MPa。

为进一步提高管线钢的强韧性，研究开发了针状铁素体钢。

国际上，针状铁素体石油用钢70年代初投入工业生产，典型成分是C-Mn-Nb-Mo，一般含碳量低于0.06%。

针状铁素体是在冷却过程中，在稍高于上贝氏体温度范围，通过切变相变形成的具有高密度位错的非等轴贝氏体铁素体，通过微合金化以及控轧与控冷，综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应，来提高钢的强度。

为适应石油天然气开发的需要，在针状铁素体钢研究的基础上，80年代初开发研究了超低碳贝氏体钢，超低碳贝氏体钢在成分上采用了C、Mn、Mo、B、Ti、Nb的良好配合，形成完全的贝氏体组织，通过适当的合金元素的调整和控轧工艺的完善，可获得高强度和良好的强韧性组配。

N80套管钢作为一种微合金控轧钢，是近年来发展起来的一种高强度、高韧性的新钢种。

关于N80钢是针状铁素体钢还是贝氏体钢的问题上一直存在较大的争议。

本研究通过光镜和透射电镜对武汉钢铁集团研发的N80套管钢进行了微观组织分析，以便对N80套管钢的种类界定提供一定的参考。

管材钢的微观组织对其机械性能、耐蚀性能和成形工艺等有着重要的影响，因而，分析N80套管钢的微观组织有着重要的意义。

浅析套管钻井技术

合的套管钻井技术、管钻井技术和可破碎的钻头套管钻井技术。分析了套管钻井技术的优越性尾
和套管钻井参数，并指出了应该注意的问题。套管钻井技术使钻井液水力参数得到明显改善，有利于井眼净化和当量钻井液密度控制。套管钻井可以简化钻井程序和井身结构、少钻井事故、高减提
２ＴｏｇｎｎＯｐｒｔｏｅＣｕｎｈｎｌａｄＧａｉｅ，ｈｎｑｎ０６０，ｈｉａ．ｎａｅａｉｎＡｒａ，ｈａｚｏｇＯｉｎｓＭｎｓＣｏｇｉｌｉｅｈｌｇｙｉｈｉｌｎｐｅａｉｎｗｉｈｐｎｅｒｔｎｇａｄｃｓｎｏｒｍｔａｔＣａｉｇｄｉｎｇｔｃｎｏｏｓｔｅｄｒｌｉｇｏｒｔｏｔｅｔａｉｎａｉｇｐｒｇａｌｓｍｕｌａｏｌｎｏｒｐａａｉｇａｒｌｓｒｎｇｉｔｎｅｕｓｙｉｎｅｔｉｎｄｃｓｎｓｄｉｌｔｉ．Ｃａｉｇｄｉｌｎｅｈｏｓｄｖｄｄｉｔｈｒｅｓｎｒｌｉｇｍｔｄｉｉｉｅｎｏｔｅ
钻井效益、约钻井成本。节
关键词：套管钻井；具组合；井工艺钻钻
中图分类号：２２ＴＥ４文献标识码：Ａ
ＳｍｐｅＡｎａｙｉｓｎｉｌｎｃｎｌｇｉｌｌｓｓＣａｉｇＤｒｌｉｇＴｅｈｏｏｙ
ＷＡＮＧｌｕｎ，Ｈａ－ａＺＨＡＮＧａ — ｏｇ，ＨＡＮＧＹｉＳｊＸｉｏｄｎＺ，ＯＮＧ — ｏｇＬｉｎｄ

套管钻井技术在钻井中的应用

套管钻井技术在钻井中的应用摘要：近些年我国民经济的飞速发展，带动了各行各业的发展，相继石油产业也有了很快程度的提高和发展，石油生产已经成为我国的国民生产总值的一大来源，我国已经成为石油出口大国，在石油生产发面有了许多的发展和发现，但是由于经济水平与国外相比还是有一定的差距，在石油钻井技术中更是一个薄弱的环节，在市场全球化时代背景下，我国石油在生产上面临着严峻的考验。

为提高竞争力我国石油专业者也研究出了一个钻井新技术就是套管钻井技术，其最大的优势是在钻穿压力变化带时能大幅度提高钻井的效率。

关键词：套管；钻井技术；现场应用引言套管钻井是利用常规的套管或尾管代替钻杆作为钻柱进行的钻进过程，对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头的旋转与钻进。

整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，可回收式的钻具悬挂并连接在套管底部，钻具是利用钢丝绳或电缆投捞，在套管内实现钻具升降，即实现不提钻更换钻头、钻具。

减少了起下钻和井喷、卡钻等意外事故的发生，提高了钻井安全性，降低了钻井成本。

套管在钻进过程中的旋转也是靠顶驱来驱动。

一、套管钻井技术应用的范围在我国石油新研发的套管钻井技术中还存有一些没有研究的课题所以在应用上有局部的限制，不能应用到任何的钻井过程中，所以要了解套管钻井技术的应用范围十分重要。

1.套管钻井技术使用于油藏储量比较稳定的储油结构和地理位置这是由于由于套管钻井的工艺设计比较简单，没有测井工艺步骤，不通过测井了解油藏储油层的深度和储层的发育情况，是钻井完毕后直接进行固井完井工序，然后射孔采油。

因此在套管钻井之前必须保证油层的发育情况和油层储油的绝对稳定，才能进行套管钻井。

2.套管钻井适用于油藏底层的倾角较小的地域由于在各种钻井过程中不可避免的存有井斜的现象，井斜直接的影响结果是导致钻井的深度和垂直性存在不符要求的差异，井斜越大，这种差异就会越大。

油藏底层倾角的大小直接决定着井斜的程度。

因此在套管钻井中，在设计计划钻井的区域范围是要特别注意，区域底层的倾角要小，还要裂缝的性质为不发育裂缝，才有利于在套管钻井中对井斜的控制保证钻井质量。

钻井套管知识点总结

钻井套管知识点总结钻井套管是一种用于石油和天然气勘探开采的重要工具，它通常由钢管和套管组成，用于在地下井里支撑井壁、保护钻头、防止油层塌陷和污染等作用。

本文将对钻井套管的结构、功能、材料、安装、检测和维护等方面进行总结。

一、结构钻井套管通常由多个套管段组成，每个套管段长度一般为9~13.5m（30~45ft），直径从2 7/8英寸到13 3/8英寸不等。

套管管壁厚度一般为6~11mm（0.24~0.43in），直径和壁厚取决于井深、井斜、地层特性和井内流体等因素。

二、功能1. 支撑井壁。

在井钻进程中，井壁会受到地层岩石的自重和地层压力的作用，容易发生塌陷和崩落，钻井套管的主要作用就是支撑井壁，防止井壁塌陷。

2. 保护钻头。

钻井套管可以保护钻头免受地层岩石和井内流体的侵蚀，延长钻头的使用寿命。

3. 隔离地层。

通过设置环空套管，可以隔离地下不同地层，防止油层压力过大、地层流体渗透和油层污染。

4. 完井。

在钻井完毕后，通过设置固井套管，可以进行油层压裂和水泥固井，保证油层渗透性和完整性。

三、材料钻井套管通常由碳钢、合金钢、耐腐蚀合金或钛合金等材料制成，选用材料必须具备良好的机械性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能。

碳钢套管适用于一般钻井环境，合金钢套管适用于高压、大直径和高温的钻井环境，耐腐蚀合金和钛合金适用于腐蚀性地层和特殊工艺要求的钻井环境。

四、安装1. 套带接头。

套带接头是连接钻井套管和套管管柱的关键部件，用于传递扭矩和牵引力，使得套管能够顺利地下入井。

2. 下入井。

通过顶钩、悬吊器、下入管和冲击器等辅助工具，将套管管柱逐节下入井，直至达到设计深度。

3. 固定套管。

通过旋接、下压、扭矩检测和压力试验等操作，确保套管与钻井井壁、井口和井底的密封和牢固，从而达到预期的支撑和隔离效果。

五、检测1. 磁粉探伤。

通过在套管管壁表面喷洒磁粉，用磁粉探伤仪检测裂纹、毛刺和凹凸等表面缺陷，确保管壁质量。

2. 超声波检测。

套管钻井技术研究

２０１４年５月套管钻井技术研究郭晓东（大庆钻探集团钻井二公司项目一部黑龙江大庆１６３０００）摘要:随着石油钻井技术的不断发展，研究新型高效的钻井技术已经成为目前研究的热点和重要方向。

套管钻井技术是一项新型的钻井技术，对传统的钻井技术具有革命性的意义。

套管钻井技术可以有效的降低钻井的成本，提高石油钻井的机械钻速，降低钻井事故发生的概率。

文章通过调研，分析了套管钻井技术的原理，介绍了套管钻井技术优势。

通过研究对于套管钻井技术发展具有积极的意义。

关键词:套管；钻井；原理；优势；经济；钻速套管钻井技术是区别于常规钻井技术的一项钻井新技术，套管钻井过程中，不使用钻杆，而将套管作为石油钻井的钻杆，用套管给井下钻头施加压力，传递井口扭矩。

同时利用套管传递钻井液水力能量，保证钻井的正常进行。

钻进过程中，井下钻具安装在套管柱的下部。

套管钻井技术实现了钻井和下套管作业的同时进行，井下工具和钻头的下放和上提都是在套管内部完成的。

和常规普通的钻井技术相比，套管钻井技术不需要钻杆，钻头的上提和下放利用钢丝绳在套管内部完成的，如果要进行更换钻头作业，则只需要利用钢丝绳将其起出即可，而不需要将整个套管柱起出。

由于钻进过程中套管一直在钻井井筒内，降低了发生卡钻、喷漏等钻井事故的概率，极大的增加了钻井的安全性能。

套管钻井技术是一项新兴的钻井技术，由于不需要使用钻杆和钻铤，因此可以节省大量的石油管材。

同时还不需要重新下套管作业，可以有效的减少钻井所用的时间，因此套管钻井技术具有广阔的应用开发前景。

一、套管钻井技术原理分析套管钻井技术不需要常规钻井中钻杆和钻铤，但是钻井过程中使用的泥浆循环系统、水力系统、井口设备等方面，和常规钻井技术是相同的。

在利用套管技术钻井过程中，套管承担了常规钻井中钻杆的作用，套管在井口动力装置的驱动下，可以实现上提、下放、旋转等。

井下钻头动力也是通过套管来传递的，钻头的直径要比套管的内径小一些。

钻进过程钻头旋转开始形成井眼，但是由于钻头的直径较小，形成的井眼直径无法实现套管的下放作业，因此需要在井下钻头的上部，安装能够伸缩的扩张钻头。

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拉伸试样尺寸为
8. 9 mm ∀ 35 mm, 试验在
析在 VEGA\ T ESCAN 扫描电镜下进行。
CM T 5105 型拉伸试验机上进行 , 应变速率选择 1. 0 ∀ 10- 3 s - 1 。屈服强度确定方法参照美国石油学会标准 AP I Spec 5CT , 在拉伸曲线上取应变为 0. 5% 所对应的应力为屈服强度 , 拉伸试验完成后在 VE GA\ T ESCAN 扫描电镜 ( SEM ) 下观察断口形貌。冲击试样为夏比 V 型缺口试样 , 尺寸为 7. 5 m m ∀ 10 mm ∀ 55 mm 。取样方向为纵向, 数量为 3 个, 取平均值, 试验温度为 0 # , 试验设备为 84 型冲击试验机。硬度测试在 H RS 150 型数显洛氏硬度计上完成。疲劳试样如图 1 所示 , 为 AST M E647 标准 CT 试样。试样边长 30 mm, 厚 4. 8 mm ; 试样切口采用线切割加工, 钼丝直径 0. 1 m m, 线切割深度为 15 mm 。疲劳试验是在 P LD 100 型微机控制电液伺服疲劳试验机上进行, 试验温度为室温, 频率为 10 H z, 加载波形为正弦波。试验载荷范围为恒定值, 最大载荷 P m ax = 1. 4 kN, 试验应力比 R 分别为 0. 1, 0. 3, 0. 5, 0. 7, 裂纹扩展长度采用电位法微机辅助测试系统监测 ; 疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子K I 关系曲线采用七点递增法进行拟合。断口分
中图分类号 : T G115. 5 文献标志码 : A 文章编号 : 1000 3738( 2010) 01 0072 05
Microstructure and Mechanical Properties of Two Steels for Casing Drilling
XU Tian han1, 2 , FENG Yao rong3 , SONG Sheng yin3 , JIN Zhi hao2 , WANG Dang hui1
( 1. Co llege of M aterials Science and Engineeting , Xi an Shiyou U niv er sity , Xi an 710065, China; 2. Co lleg e of M ater ials Science and Eng ineering , Xi an Jiaoto ng U niver sity, Xi an 710049, China; 3. T ubular G oo ds Research Center o f CNP C, Xi an 710065, China)
摘要:
采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机、疲劳试验机等研究了套管钻井用钢 N80 和
K55 的显微组织和力学性能, 并进行了对比。结果表明: N80 钢显微组织主要由回火索氏体、铁素体及少量上贝氏体构成, K55 钢显微组织主要由珠光体和网状铁素体构成; N80 钢的抗拉强度与 K55 钢差别不大 , 但屈服强度比 K55 钢高约 40% , 而且 N80 钢的拉伸断口韧窝更细小, 更均匀 , 但伸长率低于 K55 钢的; 应力比对 N80 钢裂纹扩展速率的影响显著小于对 K55 钢的影响 , N80 钢的 K IC 比 K55 钢的更大; 因此, N80 钢具有更好的综合力学性能。关键词 : 套管钻井; K55 钢; N80 钢 ; 显微组织; 力学性能
表1
试验材料的化学成分 ( 质量分数)
Tab. 1 Chemical composition of tested materials( mass)
钢种 N 80 K 55 A PI S PE C 5CT - 2005 C 0. 38 0. 36 Si 0. 23 0. 32 Mn 1. 38 1. 51 P 0. 015 0. 025 ! 0. 030 S 0. 007 6 0. 008 5 ! 0. 030 Cr 0. 023 0. 028 Mo 0. 021 0. 025 -
1
1. 1
试样制备与试验方法
试样制备试验材料 K55、 N80 钢由中国石油天然气集团
满足 API Spec 5CT - 2005 标准对于石油套管用钢化学成分的要求。 1. 2 试验方法根据 GB/ T 13298 - 1991, 金相试样取样方向包括横向和纵向, 试样磨制抛光后 , 在 MEF 4M 型光学显微镜下观察夹杂物分布 ; 然后用 4% 硝酸酒精溶液进行浸蚀, 用显微镜及图像分析系统对组织进行观察分析。
%
Ni 0. 003 0. 004 V 0. 006 0. 006 Ti 0. 003 0. 004 Cu 0. 007 0. 007 -
公司石油管材研究所提供 , 取自套管接箍部分 , 以管材形式提供。试样从管壁上截取 , 其截取和加工要保证不影响材料性能 , 疲劳 CT 试样采用线切割方式加工。试验材料的化学成分如表 1 所示, 可见能
Key words: casing drilling ; K 55 steel; N80 steel; micr ostructure; mechanical pro per ty
0
引
言
[ 1]
时发生的井涌等, 增强了井眼的稳定性 , 呈现出良好的发展前景 [ 3- 4] 。由于在实际应用过程中 , 套管钻井技术使得套管的工作条件和环境更加恶劣, 所以也给套管的综合性能提出了更高的要求[ 5] 。尽管也有文献对 N80 等套钻井管用钢进行研究
2
2. 1
试验结果与讨论
显微组织
结果发现 K55 、 N80 钢中的夹杂物均较少, 有极少量长条状和球状夹杂物, 同时也能发现少量点状夹杂物。通过能谱分析可知长条状的为 MnS, 球状的为氧化物, 点状的也为氧化物。根据 GB/ T 10561- 2005 判定, K55 钢的硫化物为 0. 5 级 , 球状氧化物为 0. 5 级 , 点状氧化物也为 0. 5 级; 而 N80 钢的硫化物为 0. 5 级, 球状氧化物为 0. 5 级 , 点状氧化物为 1. 0 级。从表 1 可以看出 , K55、 N80 钢的硫含量和磷含量差别不大 , 均远小于 A PI Spec 5CT 2005 对于石油套管用钢硫含量和磷含量的控制值, 尤其是硫含量, 仅仅为标准规定的 25% ~ 30% , 这是其夹杂物少的主要原因。观察发现 K55 、 N80 钢横向试样和纵向试样显微组织区别不大 , 说明其组织分布均匀。由图 2 可见, N80 钢显微组织明显比 K55 钢的更细 , N80 钢的晶粒度达到 8. 0 级。 N80 钢显微组织主要由回火索氏体、铁素体和上贝氏体构成。回火索氏体为该钢的主要组织 , 约占组织总量的 70% , 在图 2 中呈灰色 , 是由白色铁素体和黑色渗碳体构成; 白色团块状及不规则状组织为铁素体, 约占组织总量的 20% 。另外, 还可以看见部分呈羽毛状上贝氏体组织 , 含量较少 , 不足组织总量的 10% 。由图 3( a) 可见 , 其上贝氏体组织的长度超过 20 m 。
Abstract: By means of optical microscopy, SEM , tensile testing machine and fatig ue testing machine, the
micro str uctur e and mechanical pro per ties of N 80 and K55 steels fo r casing drilling wer e studied and co mpar ed. T he results show t hat t he micr ostr ucture of N 80 st eel co nsisted of temper ed sorbit e, ferr ite and a small amount of upper bainite, the micro st ruct ur e of K55 steel mainly consisted of pearlite and netlike fer rite. T her e w as little differ ence in tensile strength between the N80 and K 55 steels, but the y ield str eng th of N80 st eel w as 40% hig her than that o f K55 steel. T he tensile fr actur e dimple of N 80 steel w as finer and more homog eneo us than that of K 55 steel, but the elong ation of N 80 steel w as lo wer than that of K 55 steel. T he ef fect of the stress ratio on fat igue crack g ro wth r ate of N 80 steel w as much less than o n that o f K 55 steel, and K IC o f N 80 steel w as hig her than that of K55 steel. So the co mpr ehensive mechanical pro per ties of N 80 steel w as better than those of K 55 steel.
[ 6]
套管钻井已被证明是一种降低成本、解决钻井时出现各种复杂事故的有效办法
[ 2]