酸性环境油套管设计及适用性评价

发布时间：2017-07-07 22:14

  本文关键词：酸性环境油套管设计及适用性评价

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【摘要】：随着高温高压、酸性油、气田的勘探开发的日益增多,油、套管的工作环境也趋于恶劣和复杂,高强度套管在高温、高压、高含CO2/H2S环境中出现的断裂事故也日趋突出,冀东油田部分区块油套管也处于高温高压的酸性环境。如何在现有的一些技术基础上针对酸性环境的特点,形成一套可靠的管材选用及性能评价技术规范,是目前所必须解决的关键环节之一。针对冀东油田套管所处的恶劣环境,本文在国内外大量文献调研、现场资料收集和阅读的基础上,提出了本文的主要研究内容和完整的研究思路,开展了冀东油田酸性环境油套管腐蚀机理研究、油套管选材推荐作法研究、酸性气体分压计算以及油套管适用性评价,主要研究内容或取得的成果如下：1、开展了油套管C02和H2S腐蚀的环境因素的分析和研究,总结了湿H2S环境下的电化学腐蚀、环境开裂,酸性环境下的腐蚀开裂机理,得出冀东油田油套管在本质上属于应力腐蚀或氢脆,或是两者兼而有之。2、基于ISO11960:2009、ISO15156:2009标准以及Sumitomo Metal、Tenaris等厂家标定的酸性环境油、套选材的标准,本文提出了不同温度、不同pH值、不同H2S和C02分压及含C1-的酸性环境的油、套管选材推荐作法,为含H2S和C02气田的探井及开发井的油、套管选材和设计提供了依据。3、通过实验对比研究,评价了适合于任何尺寸的油井管(OCTG)强度计算的新公式,分析了API公式、ISO模型以及引入公式对于不同厚径比套管的适用性。同时,分析了行业标准(SY-T5322-2008)复合载荷抗内压屈服设计公式存在的问题,建议采用ISO给出的三轴应力计算公式,因其考虑了更多的抗内压影响因素：管弯曲力、管曲率、许用扭矩、弯曲及未弯曲时轴向应力分布等。4、对酸性环境腐蚀的套管,主要分析了套管腐蚀坑周围的应力集中系数,得出了点蚀影响下套管的无因次抗内压强度的变化规律。研究结果表明：当腐蚀深度小于壁厚的10%时,套管的抗内压强度急剧下降；当腐蚀深度为壁厚的10%～70%时,套管的抗内压强度下降较小。在研究中发现当点蚀深度为套管壁厚的一半时,所有的无因次剩余抗内压强度都小于50%。5、通过冀东油田油套管适用性评价测试,得到了温度、酸气分压、含水率等对N80、P110、3Cr和5Cr腐蚀的影响规律,提出了针对冀东油田柳北区块、南堡区块和高浅区块的选材建议方案,为CO2驱油防腐蚀控制管理和经济性开发提供支持。
【关键词】：酸性环境 油、套管 设计强度 腐蚀试验 选材方法
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 问题提出及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 国内外管柱腐蚀研究现状9-13
• 1.2.2 酸性环境油、套管使用情况13-14
• 1.2.3 国外酸性油田井身结构设计案例14-17
• 1.2.4 H_2S环境腐蚀性评价研究17-18
• 1.3 本文研究主要内容和研究思路18-20
• 第2章 酸性环境油套管腐蚀机理研究20-31
• 2.1 油套管腐蚀损坏现状分析20-21
• 2.2 套管的CO_2腐蚀机理21-25
• 2.2.1 均匀腐蚀21-22
• 2.2.2 局部腐蚀22
• 2.2.3 CO_2影响因素22-25
• 2.3 H_2S环境下套管腐蚀机理研究25-30
• 2.3.1 H_2S电化学腐蚀25-26
• 2.3.2 环境开裂26-27
• 2.3.3 H_2S腐蚀影响因素27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 酸性环境油套管选材推荐作法31-38
• 3.1 ISO15156：2009选材推荐作法32-33
• 3.2 ISO11960：2009选材推荐作法33-34
• 3.3 CO_2和H_2S环境选材推荐作法34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 油套管强度计算及酸性气体分压计算38-59
• 4.1 抗挤强度计算38-42
• 4.1.1 ISO抗挤新模型38-39
• 4.1.2 套管抗挤强度计算新算法39
• 4.1.3 新抗挤公式与API 5C3公式及ISO新模型计算对比39-42
• 4.2 抗内压强度计算42-57
• 4.2.1 抗内压强度计算标准42-43
• 4.2.2 内压屈服失效模型43-44
• 4.2.3 复合载荷作用下屈服模型44-46
• 4.2.4 腐蚀套管的抗内压强度计算46-57
• 4.3 气体的体积分数与质量浓度的换算57-58
• 4.3.1 体积分数与质量浓度的换算57-58
• 4.3.2 气相中气体分压的计算58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 冀东酸性油气田油套管适用性评价59-80
• 5.1 冀东油气田特点及试验参数确定59-60
• 5.2 试验装置和选材60-61
• 5.3 试验步骤61-62
• 5.4 试验分析62-74
• 5.4.1 柳北区腐蚀速率62-72
• 5.4.2 南堡区腐蚀速率72
• 5.4.3 高浅区腐蚀速率72-73
• 5.4.4 四种材料在不同区块条件下腐蚀速率比较73-74
• 5.5 不同材质的使用年限与选材方案74-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第6章 结论80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-87

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8 李s，

本文编号：532032