潘志勇，楊成新，林 凱，謝俊峰，李孝軍，王孝亮，馮 春，李 巖

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077；2.中國石油塔里木油田公司 新疆 庫爾勒 841000)

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

篩管保護(hù)套是篩管的重要組成部分，如果發(fā)生失效將導(dǎo)致篩管功能喪失[1,2]。某垂直井井深6 715 m，所產(chǎn)原油含蠟(6.3%)和膠質(zhì)(2.57%)較高，導(dǎo)致該井經(jīng)常發(fā)生堵泵、卡泵現(xiàn)象，在起出機(jī)抽管柱后發(fā)現(xiàn)井底部分防砂篩管保護(hù)套縫隙被堵死，如圖1所示。起出丟手封隔器管柱發(fā)現(xiàn)第一根防砂篩管接箍以下2.9 m處縱向破裂，裂口長度約289 mm，如圖2所示。另外下部沉砂管被油泥堵死。失效的篩管基管規(guī)格為Φ114.3×6.35 mm N80，保護(hù)套材質(zhì)為304不銹鋼，厚度為1.5 mm，篩管失效前進(jìn)行過一次注水替油作業(yè)，最高注水泵壓4.8 MPa。

圖1 篩管保護(hù)套堵塞形貌

圖2 篩管保護(hù)套破裂形貌

2 斷口分析

篩管保護(hù)套斷裂處斷口宏觀形貌見圖3，斷口與保護(hù)套表面呈45°特征。圖4為斷口微觀形貌顯示韌窩特征，說明保護(hù)套發(fā)生了韌性開裂。

圖3 保護(hù)套斷口宏觀形貌

圖4 保護(hù)套斷口微觀形貌

3 材質(zhì)分析

在篩管保護(hù)套上截取標(biāo)距寬為3.75 mm長為25 mm的板狀縱向拉伸試樣在室溫條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為CMT-4101，結(jié)果見表1。保護(hù)套抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率符合GB/T 4237[3]標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 保護(hù)套力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

在保護(hù)套上取樣，經(jīng)4%的硝酸酒精溶液腐蝕后用MEF4M型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察和分析，保護(hù)套組織為奧氏體,如圖5所示，組織晶粒度為7級(jí)，非金屬夾雜物為A0.5、B0.5、D0.5。

圖5 保護(hù)套顯微組織

4 綜合分析

篩管保護(hù)套材料力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，破裂斷口宏觀及微觀形貌觀察顯示保護(hù)套韌性開裂。

由于篩管保護(hù)套開孔率高(為30%)，當(dāng)鋼絲網(wǎng)布被油泥結(jié)晶堵死時(shí)，作用在網(wǎng)布上的內(nèi)壓力均勻傳遞到保護(hù)套內(nèi)表面，當(dāng)注水替油泵壓達(dá)到4.8 MPa時(shí)保護(hù)套內(nèi)表面均布?jí)毫?.8/0.7=6.857 MPa。由于保護(hù)套壁厚相對(duì)外徑很小，采用理想彈性殼單元模型，根據(jù)保護(hù)套測(cè)量結(jié)果建立三維殼模型進(jìn)行注水泵壓4.8 MPa條件下的有限元受力分析，結(jié)果見圖6。

圖6 保護(hù)套三維有限元應(yīng)力分布圖

根據(jù)圖6可見，注水泵壓4.8 MPa時(shí)最大應(yīng)力達(dá)到715.4 MPa，最大應(yīng)力大于保護(hù)套名義屈服強(qiáng)度205 MPa，同時(shí)也大于保護(hù)套實(shí)測(cè)最大屈服強(qiáng)度443 MPa，所以保護(hù)套在注水泵壓作用下會(huì)發(fā)生屈服開裂失效。

防砂篩管位于井深5 000 m左右處，井口施加的泵壓在傳遞到篩管處時(shí)由于壓力波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致篩管受到的內(nèi)壓大于井口泵壓，這將加劇篩管保護(hù)套的受力。

根據(jù)以上分析推斷，篩管堵死導(dǎo)致保護(hù)套在過大內(nèi)壓作用下韌性開裂。

5 結(jié)論及建議

1)保護(hù)套拉伸試驗(yàn)結(jié)果符合GB/T 4237標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)篩管油泥堵死導(dǎo)致保護(hù)套在過大內(nèi)壓作用下韌性破裂。

3)優(yōu)化工藝避免防砂篩管堵死。

4)根據(jù)防砂篩管現(xiàn)場(chǎng)受載特點(diǎn)優(yōu)化保護(hù)套結(jié)構(gòu)。

[1] 匡韶華．油井防砂篩管適應(yīng)性試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法研究[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2017，46(4)：43-47.

[2] 匡韶華，石 磊，于麗宏，等．防砂篩管測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2013，42(4)：83-88.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶：GB/T 4237-2007 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：15.