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        真空預(yù)應(yīng)力隔熱油管試驗(yàn)評價方法探討

        2014-07-31 03:36:10徐子彬
        沿海企業(yè)與科技 2014年6期
        關(guān)鍵詞:隔熱性機(jī)械性能稠油

        徐子彬

        注汽熱采是我國乃至世界范圍內(nèi)稠油開采最廣泛適用的采油工藝方法。稠油注蒸汽開采時,普遍采用隔熱油管以減少井筒熱損失,提高注入到油層的蒸汽干度,保護(hù)套管及套管外的水泥環(huán)免受損壞。在我國由于大多數(shù)稠油井注汽壓力和溫度較高,必須采用隔熱油管,而且對隔熱油管的性能要求亦較高。隔熱油管作為具有隔熱性能的油管產(chǎn)品,主要適用于熱載體溫度不超過350℃的工況,用于油田“蒸汽驅(qū)”、蒸汽“吞吐”和“注采一體化”稠油熱采作業(yè)。它由內(nèi)管、外管、隔熱材料、接箍等組成。通過高溫測試,與普通油管同樣條件下,1000 m井深的井底干度達(dá)到40%~50%。因此應(yīng)用隔熱油管可大幅度提高井底干度,減少井筒熱損失,提高蒸汽的熱利用率。同時可滿足不同井深和水平井的稠油、深層稠油和特(超)稠油井熱采等作業(yè)的需要。此外,還可以防止油井套管和水泥環(huán)因高溫而變形損壞,提高套管使用壽命[1]。

        一、真空隔熱油管規(guī)格及分類

        隨著油田開采進(jìn)入后期,地質(zhì)開采條件的復(fù)雜化,對隔熱油管的隔熱性能和機(jī)械性能的要求越來越高。預(yù)應(yīng)力真空隔熱油管是一種新型隔熱油管,采用預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償技術(shù),保證其在高溫下有可靠的機(jī)械性能,同時應(yīng)用抽真空、熱反射、熱對流阻斷三大隔熱技術(shù),大大提高了隔熱油管的隔熱性能。真空預(yù)應(yīng)力隔熱油管按其內(nèi)管內(nèi)壁為350℃時的視導(dǎo)熱系數(shù)分為五個等級[2](見表1)。

        表1 隔熱性能等級分類表

        預(yù)應(yīng)力隔熱油管的結(jié)構(gòu)見圖1,其主要尺寸見表2。

        圖1 預(yù)應(yīng)力隔熱油管結(jié)構(gòu)示意圖

        表2 隔熱油管規(guī)格

        二、隔熱油管機(jī)械損壞形式

        隔熱油管在下井作業(yè)過程中,主要有如下幾種機(jī)械損壞形式:

        (一)焊縫開裂

        焊縫開裂在隔熱油管機(jī)械損壞中占有較大比例,這是因?yàn)楹缚p承受巨大應(yīng)力及應(yīng)力變化。只有正確選擇內(nèi)外管焊接方案、管材的焊接性能、焊接工藝參數(shù)和良好的焊工技術(shù)素質(zhì)等對保證焊接質(zhì)量影響很大,否則,極易產(chǎn)生焊接缺陷。

        (二)管柱聯(lián)接螺紋粘扣和斷裂

        隔熱油管兩端聯(lián)接螺紋位于焊縫熱影響區(qū),材料抗拉強(qiáng)度降低,與接箍擰緊后,徑向接觸應(yīng)力增大。過扭矩和材料抗拉強(qiáng)度下降容易造成螺紋斷裂。螺紋表面接觸應(yīng)力過大容易引起粘扣。

        (三)接箍破裂和變形

        作業(yè)過程中,接箍表面易被大鉗咬傷而形成大量缺口,引起應(yīng)力集中,應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到3以上,隨著外力增加,缺口根部應(yīng)力可超過材料的斷裂強(qiáng)度,導(dǎo)致接箍的脆性斷裂。

        (四)管體破裂或爆裂

        管體破裂多是管材金屬存在組織缺陷(帶狀偏析、晶粒粗大)引起。管體爆裂多是氫所致,即環(huán)空含氫混合氣體爆炸引起。

        三、試驗(yàn)方案

        根據(jù)預(yù)應(yīng)力隔熱油管的隔熱原理和S Y/T 5324-2013《預(yù)應(yīng)力隔熱油管》的相關(guān)要求[4],結(jié)合河南油田采油二廠稠油開采的實(shí)際情況,試驗(yàn)方案分為廠內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)兩個部分。

        按S Y/T 5324-2013《預(yù)應(yīng)力隔熱油管》標(biāo)準(zhǔn)要求,隔熱油管在產(chǎn)品出廠前,要做相關(guān)內(nèi)容的試驗(yàn)(見表3)。

        表3 隔熱油管廠內(nèi)試驗(yàn)內(nèi)容

        根據(jù)表3中列舉的檢驗(yàn)項(xiàng)目,制定了如下廠內(nèi)試驗(yàn)方案:

        (一)機(jī)械性能試驗(yàn)

        1.高溫機(jī)械性能試驗(yàn)

        國內(nèi)做管材高溫機(jī)械性能的廠家較少,對試件要求較高。隔熱油管管坯作為一種特殊的油管管坯,一般正規(guī)有資質(zhì)的大型鋼廠在出廠前都做過管材高溫機(jī)械性能試驗(yàn),河南南陽油田機(jī)械公司選用鞍鋼A G 80 H耐熱熱采油井管,可委托鞍鋼公司檢驗(yàn)其高溫強(qiáng)度。

        2.常溫抗拉載荷試驗(yàn)

        委托有資質(zhì)的油建公司試驗(yàn)檢驗(yàn)中心對焊接試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果以檢測報(bào)告為準(zhǔn)。

        3.常溫抗內(nèi)壓、抗外擠試驗(yàn)

        機(jī)械公司現(xiàn)有一臺水壓機(jī),可做油管的抗內(nèi)壓和抗外擠試驗(yàn)。

        (二)隔熱性能檢測

        機(jī)械公司現(xiàn)有一臺GDC-15型隔熱油管視導(dǎo)熱系數(shù)測試儀。該測試儀采用了進(jìn)口日本導(dǎo)電表,具有操作簡便、調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良,實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定控制,徹底杜絕測試過程中加熱溫度過高和長時間不能穩(wěn)定的缺陷。該測試儀可一次測試15根隔熱油管,測試時間為85分鐘,測試效率高。衡量隔熱性能最重要的參數(shù)視導(dǎo)熱系數(shù)可通過該儀器進(jìn)行檢測。

        (三)焊縫檢測

        隨機(jī)抽取3根隔熱油管委托有檢測資質(zhì)的技術(shù)監(jiān)測中心壓力容器檢驗(yàn)所進(jìn)行X射線探傷,焊縫檢測以檢測報(bào)告為準(zhǔn)。

        (四)螺紋檢測

        將加工的試件送至中石化油(套)管質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測,測試結(jié)果以檢測報(bào)告為準(zhǔn)。

        (五)通徑檢驗(yàn)

        四、機(jī)械性能試驗(yàn)

        (一)內(nèi)外管材高溫機(jī)械性能試驗(yàn)

        內(nèi)外管材高溫機(jī)械性能試驗(yàn)委托鞍鋼進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果分別見圖2、表4、表5。

        試驗(yàn)結(jié)果顯示,試驗(yàn)鋼具有一定的耐熱性能,400℃試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到80 k s i鋼級水平。

        圖2 真空隔熱油管原材料高溫檢驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

        表4 真空隔熱油管原材料高溫檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        表5 真空隔熱油管原材料高溫檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        (二)常溫抗拉載荷試驗(yàn)

        將加工好的焊接試樣送至油建公司試驗(yàn)檢驗(yàn)中心做常溫拉伸載荷試驗(yàn),抗拉強(qiáng)度為725-730Mpa,滿足 N 80-1油管抗拉強(qiáng)度(≥689.5Mpa)的要求。(見附錄 1)

        (三)常溫抗內(nèi)壓和抗外擠試驗(yàn)

        五、其他檢測與檢驗(yàn)

        (一)視導(dǎo)熱系數(shù)檢測

        經(jīng)G D C-15型隔熱油管視導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測試,每一根隔熱油管的視導(dǎo)熱系數(shù)均在0.002-0.02之間,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的隔熱等級(D級或E級)。

        (二)焊縫檢驗(yàn)

        隨機(jī)抽取的3根隔熱油管對管兩端及抽氣孔焊縫進(jìn)行X射線檢測,經(jīng)技術(shù)監(jiān)測中心壓力容器檢驗(yàn)所檢驗(yàn)合格(見附錄2)。

        (三)螺紋檢測

        將加工好的偏梯形螺紋短節(jié)和接箍送至中石化油(套)管質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測,檢驗(yàn)結(jié)論為合格(見附錄3)。

        (四)通徑檢驗(yàn)

        對加工好的隔熱油管用通徑規(guī)進(jìn)行通徑檢驗(yàn),通徑規(guī)均可自由通過。

        六、現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)

        為了檢測隔熱油管的實(shí)際使用效果,試驗(yàn)井?dāng)?shù)2口井:

        1.楊2305(新投):下井時間2013年 11月19日預(yù)應(yīng)力隔熱油管85根,12月15日第一輪注汽,至目前共注汽3輪,注汽溫度342°C—359°C,注汽壓力19Mpa,累計(jì)注汽量1981噸,累計(jì)生產(chǎn)時間143天,產(chǎn)液1512.5噸,產(chǎn)油378.8噸,下井時間共190天。

        對下井的預(yù)應(yīng)力隔熱油管進(jìn)行了返廠檢測,檢測項(xiàng)目見表6。

        七、結(jié) 論

        1.機(jī)械性能和隔熱性能是否適應(yīng)油田高溫的環(huán)境,以及是否滿足生產(chǎn)指標(biāo),必須通過試驗(yàn)進(jìn)行鑒定或驗(yàn)證,有時還需通過試驗(yàn)來暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和工藝中存在的問題,通過故障分析確定主要的故障模式和發(fā)生的原因從而便于采取改進(jìn)措施是一種有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量的方法。

        表6 下井試驗(yàn)隔熱油管取出后檢驗(yàn)結(jié)果

        2.應(yīng)用該檢測工藝對隔熱油管的機(jī)械性能和隔熱性能進(jìn)行檢驗(yàn),能有效保證真空隔熱油管的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3.通過現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證,預(yù)應(yīng)力隔熱油管檢測方法可靠有效,能夠滿足生產(chǎn)需要,為減少井筒熱損失,提高注汽效果,提供了技術(shù)保障。

        [1]張銳.稠油熱采技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

        [2]API SPEC 5CT-2011套管和油管規(guī)范[S].2011.

        [3]API SPEC 5B-2008套管油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)[S].2008.

        [4]SY/T 5324-2013預(yù)應(yīng)力隔熱油管[S].2013.

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