稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，屬于石油天然氣開(kāi)采領(lǐng)域，包括：S1，測(cè)得被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度σ0和抗拉強(qiáng)度σt；S2，取套管試樣，進(jìn)行多次拉—壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得各次拉伸階段的屈服強(qiáng)度σ1、σ2、σ3、…；S3，計(jì)算出各次循環(huán)拉—壓后屈服強(qiáng)度的增量Δσ1、Δσ2、Δσ3、…，定義各屈服強(qiáng)度增量的平均值為Δσ；S4，按照式ΔσT＝A×B×Δσ預(yù)測(cè)套管服役壽命內(nèi)屈服強(qiáng)度總增量ΔσT；S5，若Δσ為正值，且式ΔσT≤σt-σ0成立，則被測(cè)套管材料合格，否則不合格；若Δσ為負(fù)值，且式σ0+ΔσT≥σc成立，則被測(cè)套管材料合格，否則不合格。本發(fā)明通過(guò)測(cè)量和計(jì)算屈服強(qiáng)度增量的平均值Δσ，直觀地判斷被評(píng)測(cè)套管材料屬于循環(huán)軟化還是循環(huán)硬化，進(jìn)一步判斷該被測(cè)套管材料是否合格。
【專利說(shuō)明】稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油天然氣開(kāi)采領(lǐng)域，特別涉及一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包 申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 包申格效應(yīng)是金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后再同向加載，規(guī) 定殘余應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力降低的現(xiàn)象。包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 所受的阻力變化有關(guān)。稠油是國(guó)內(nèi)外主要的油氣資源類型之一，國(guó)內(nèi)以新疆、遼河、勝利油 田為主開(kāi)采稠油。稠油開(kāi)采最重要的技術(shù)就是蒸汽吞吐作業(yè)，由于地層及水泥環(huán)的約束，套 管在循環(huán)注蒸汽過(guò)程中隨溫度的升高和降低分別承受壓縮和拉伸載荷，套管材料的屈服強(qiáng) 度隨著循環(huán)拉-壓變化而持續(xù)變化，表現(xiàn)為循環(huán)硬化或軟化，即材料的屈服強(qiáng)度升高和降 低，這種現(xiàn)象也就是包申格效應(yīng)。
[0003] 這種循環(huán)拉-壓載荷下的屈服強(qiáng)度變化即包申格效應(yīng)對(duì)套管的安全服役具有重 要影響。當(dāng)套管材料的包申格效應(yīng)表現(xiàn)為循環(huán)硬化時(shí)，隨著循環(huán)次數(shù)增加，材料的屈服強(qiáng)度 有可能達(dá)到其抗拉強(qiáng)度而引發(fā)斷裂；當(dāng)套管材料的包申格效應(yīng)表現(xiàn)為循環(huán)軟化時(shí)，隨著循 環(huán)次數(shù)增加，材料的屈服強(qiáng)度有可能降低到某一臨界值以下，這個(gè)臨界值是熱采井正常生 產(chǎn)、抵抗地應(yīng)力、維持井筒穩(wěn)定的最小屈服強(qiáng)度。當(dāng)材料的屈服強(qiáng)度低于該臨界值時(shí)，井筒 將失穩(wěn)，導(dǎo)致井眼損傷、甚至報(bào)廢。
[0004] 當(dāng)前，對(duì)稠油蒸汽熱采井用套管的評(píng)價(jià)方法僅僅是分別測(cè)定套管材料在室溫及高 溫下的屈服強(qiáng)度，而未涉及拉-壓循環(huán)下材料屈服強(qiáng)度變化的評(píng)價(jià)，對(duì)熱采井的安全服役 構(gòu)成顯著的負(fù)面影響，因此，有必要針對(duì)熱采井蒸汽吞吐循環(huán)特征，建立套管材料的包申格 效應(yīng)評(píng)價(jià)方法，提高熱采井井筒的安全可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管 的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法。所述技術(shù)方案如下：
[0006] 提供了一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，所述評(píng)測(cè)方法包 括以下步驟：
[0007] S1，測(cè)得被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度σ ^和抗拉強(qiáng)度σ t ;
[0008] S2,在步驟S1中被評(píng)測(cè)套管材料中取套管試樣，對(duì)所述套管試樣進(jìn)行多次拉一壓 對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得各次拉伸階段的屈服強(qiáng)度0 i、0 2、0 3、……；
[0009] S3,計(jì)算出步驟S2中各次循環(huán)拉一壓后屈服強(qiáng)度的增量Λ σ ρ Λ σ 2、Λ σ 3、......， 其中，Λ ……），定義各屈服強(qiáng)度增量的平均值為Λ 〇 ;
[0010] S4,按照式（1)預(yù)測(cè)套管服役壽命內(nèi)屈服強(qiáng)度總增量Λ 〇 τ :
[0011] Δ σ τ = ΑΧΒΧ Δ σ (1)
[0012] 式中，Α為套管設(shè)計(jì)壽命，單位為年；Β為套管每年注汽輪次上限，單位為次/年；
[0013] S5，g Λ σ為正值，且式（2)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格，
[0014] Δ σ τ ^ 〇 t- 〇 〇 (2)；
[0015] 若Λ σ為負(fù)值，且式（3)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格，
[0016] σ 〇+ Δ σ τ ^ σ c (3)，
[0017] 式（3)中，〇。為套管材料的最小屈服強(qiáng)度。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟S1中所述被評(píng)測(cè)套管材料為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小 于或者等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度大于或者等于5倍直徑。
[0019] 進(jìn)一步地，步驟S1中獲取所述被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度σ ^和抗拉強(qiáng)度σ t 時(shí)，采用單軸拉伸的方法，拉伸速率小于或者等于〇. 5mm/min。
[0020] 進(jìn)一步地，步驟S2中，對(duì)所述套管試樣進(jìn)行5次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得該5次 拉伸階段的屈服強(qiáng)度σ ρ σ 2、σ 3、σ 4、σ 5。
[0021] 進(jìn)一步地，步驟S2中，5次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)所使用的試樣為同一試樣。
[0022] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述套管試樣為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小于或者 等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度為所述套管試樣直徑的3?5倍。
[0023] 進(jìn)一步地，進(jìn)行所述拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，拉伸速率小于或者等于0. 25mm/min。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟S3中，各屈服強(qiáng)度增量的平均值為Λ 〇為正值時(shí)，則被評(píng)測(cè)套管 材料屬于循環(huán)硬化；Λ 〇為負(fù)值時(shí)，則被評(píng)測(cè)套管材料屬于循環(huán)軟化。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟S5式（3)中，套管材料的最小屈服強(qiáng)度〇。為設(shè)計(jì)值，按照套管鋼 級(jí)名義屈服強(qiáng)度下限的85%計(jì)算。
[0026] 進(jìn)一步地，步驟S2中，對(duì)所述套管試樣進(jìn)行6、8或者9次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：
[0028] 通過(guò)測(cè)量和計(jì)算屈服強(qiáng)度增量的平均值Λ 〇，并通過(guò)該平均值Λ 〇的正負(fù)來(lái)直 觀地判斷被評(píng)測(cè)套管材料屬于循環(huán)軟化還是循環(huán)硬化，進(jìn)一步判斷該被測(cè)套管材料是否合 格，這樣，可以置稠油蒸汽吞吐熱采井套管材料在可控范圍之內(nèi)，把握熱采井服役壽命內(nèi)套 管材料是否安全。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。
[0030] 實(shí)施例一
[0031] 本實(shí)施例提供了一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，該評(píng)測(cè) 方法包括以下步驟：
[0032] S1，測(cè)得被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度〇(|和抗拉強(qiáng)度〇t。優(yōu)選地，該被評(píng)測(cè) 套管材料為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小于或者等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度大于或者等于 5倍直徑。獲取被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度〇。和抗拉強(qiáng)度〇,時(shí)，采用單軸拉伸的方 法，拉伸速率小于或者等于〇. 5mm/min。其中，初時(shí)屈服強(qiáng)度為殘余塑性變形為0. 2%對(duì)應(yīng)的 應(yīng)力。
[0033] S2,在步驟S1中被評(píng)測(cè)套管材料中取套管試樣，對(duì)套管試樣進(jìn)行多次拉一壓對(duì)稱 循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得各次拉伸階段的屈服強(qiáng)度σ ρ 〇 2、〇 3、……。優(yōu)選地，對(duì)套管試樣進(jìn)行5次 拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得該5次拉伸階段的屈服強(qiáng)度〇1、〇2、〇3、 〇4、〇5。該套管試樣 為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小于或者等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度為套管試樣直徑的3?5 倍。進(jìn)行拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，拉伸速率小于或者等于〇.25mm/min。進(jìn)行5次拉一壓對(duì) 稱循環(huán)試驗(yàn)，一方面能夠很好地達(dá)到試驗(yàn)的目的，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，另一方面，試驗(yàn) 次數(shù)適中，沒(méi)有增加試驗(yàn)成本。該多次或者5次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)所使用的試樣為同一 試樣。5次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)的屈服強(qiáng)度均為殘余塑性變形為0. 2%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，拉一壓 對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)的臨界應(yīng)變依據(jù)井口注蒸汽溫度確定，注汽溫度不高于300°C時(shí)，臨界應(yīng)變?yōu)?±2. 5% ;注汽溫度大于300°C而不高于373°C時(shí)，臨界應(yīng)變?yōu)椤?. 5%。如果5次拉一壓對(duì)稱 循環(huán)試驗(yàn)后，試樣產(chǎn)生縮頸、裂紋或發(fā)生斷裂，則直接判定材料不合格，如5次拉一壓對(duì)稱 循環(huán)試驗(yàn)后，試樣正常，則繼續(xù)進(jìn)行以下試驗(yàn)及分析。作為其他的實(shí)施方式，對(duì)套管試樣也 可以選擇進(jìn)行6、8或者9次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)。
[0034] S3,計(jì)算出步驟S2中各次循環(huán)拉一壓后屈服強(qiáng)度的增量Λ σ ρ Λ σ 2、Λ σ 3、......， 其中，Λ 〇n= ……），定義各屈服強(qiáng)度增量的平均值為Λ 〇。各屈服強(qiáng)度 增量的平均值為Λ 〇為正值時(shí)，則被評(píng)測(cè)套管材料屬于循環(huán)硬化；Λ 〇為負(fù)值時(shí)，則被評(píng) 測(cè)套管材料屬于循環(huán)軟化。
[0035] S4,按照式（1)預(yù)測(cè)套管服役壽命內(nèi)屈服強(qiáng)度總增量Λ 〇 τ :
[0036] Δ σ τ = ΑΧΒΧ Δ σ (1)
[0037] 式中，Α為套管設(shè)計(jì)壽命，單位為年；Β為套管每年注汽輪次上限，單位為次/年。
[0038] S5，g Λ σ為正值，且式（2)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格，
[0039] Δστ<σ「σ。 (2)；
[0040] 若Λ 〇為負(fù)值，且式（3)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格，
[0041] σ 〇+Δ σ τ 彡 σ c (3),
[0042] 式（3)中，〇。為套管材料的最小屈服強(qiáng)度，套管材料的最小屈服強(qiáng)度〇。屬于設(shè) 計(jì)值，按照套管鋼級(jí)名義屈服強(qiáng)度下限的85%計(jì)算。即 〇。= 〇sX85%，〇s為套管鋼級(jí)名 義屈服強(qiáng)度下限，由現(xiàn)行工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以直接查閱。
[0043] 最后，出具試驗(yàn)評(píng)價(jià)報(bào)告，該試驗(yàn)評(píng)價(jià)報(bào)告包括三個(gè)部分：（1)委托單位、委托時(shí) 間、套管生產(chǎn)制造信息、擬應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)等信息；（2)試驗(yàn)過(guò)程描述，包括不同階段的 試驗(yàn)、試樣等圖片，及數(shù)據(jù)等信息；（3)評(píng)價(jià)結(jié)論，包括套管材料是否合格，及全程試驗(yàn)情況 概要說(shuō)明。
[0044] 實(shí)施例二
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，該 包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法以國(guó)內(nèi)某油田的熱采井用三種套管材料為評(píng)價(jià)對(duì)象，具體評(píng)價(jià)步驟和 情況如下：
[0046] 工況：
[0047] 1)井深260米左右；
[0048] 2)井口注汽溫度260?300°C ;
[0049] 3)設(shè)計(jì)壽命6年；
[0050] 4)每年注汽3?4輪次；
[0051] 5)套管鋼級(jí)為N80。
[0052] 評(píng)價(jià)過(guò)程：
[0053] 1)三種套管材料分別編號(hào)為A、B、C，單軸拉伸試樣（即測(cè)量初時(shí)屈服強(qiáng)度〇 ^和抗 拉強(qiáng)度σ t的試樣）標(biāo)距段直徑6. 5mm，標(biāo)距長(zhǎng)40mm，端部為Μ16螺紋，中間圓滑過(guò)渡，標(biāo)距 段內(nèi)粗糙度R0. 75 ;拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)試樣標(biāo)距段直徑6. 5mm，標(biāo)距長(zhǎng)25mm，端部為M16 螺紋，中間圓滑過(guò)渡，標(biāo)距段內(nèi)粗糙度R0. 75。
[0054] 2)單軸拉伸試驗(yàn)結(jié)果
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種稠油蒸汽吞吐熱采井用套管的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，所述評(píng)測(cè)方 法包括以下步驟： S1，測(cè)得被評(píng)測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度％和抗拉強(qiáng)度〇t; 52, 在步驟S1中被評(píng)測(cè)套管材料中取套管試樣，對(duì)所述套管試樣進(jìn)行多次拉一壓對(duì)稱 循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得各次拉伸階段的屈服強(qiáng)度σ ρ 〇 2、〇 3、……； 53, 計(jì)算出步驟S2中各次循環(huán)拉一壓后屈服強(qiáng)度的增量Λ 〇 ρ Λ 〇 2、Λ 〇 3、……，其 中，Λ ……），定義各屈服強(qiáng)度增量的平均值為Λ 〇 ; 54, 按照式（1)預(yù)測(cè)套管服役壽命內(nèi)屈服強(qiáng)度總增量Λ 〇T: Δ σ τ = ΑΧΒΧ Δ σ (1) 式中，Α為套管設(shè)計(jì)壽命，單位為年；Β為套管每年注汽輪次上限，單位為次/年； S5，g Λ σ為正值，且式（2)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格， Δ σ τ ^ 〇 t- 〇 〇 (2)； 若Λ σ為負(fù)值，且式（3)成立，被測(cè)套管材料合格，否則不合格， σ 〇+Δ σ τ 彡 σ c (3), 式（3)中，〇。為套管材料的最小屈服強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S1中所述被評(píng)測(cè)套 管材料為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小于或者等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度大于或者等于5 倍直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S1中獲取所述被評(píng) 測(cè)套管材料的初時(shí)屈服強(qiáng)度σ。和抗拉強(qiáng)度〇1時(shí)，采用單軸拉伸的方法，拉伸速率小于或 者等于 0. 5mm/min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中，對(duì)所述套管試 樣進(jìn)行5次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)得該5次拉伸階段的屈服強(qiáng)度σ ρ 〇 2、〇 3、〇 4、〇 5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中，5次拉一壓對(duì) 稱循環(huán)試驗(yàn)所使用的試樣為同一試樣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中所述套管試樣 為圓棒試樣，標(biāo)距范圍內(nèi)表面粗糙度小于或者等于R0. 8,標(biāo)距長(zhǎng)度為所述套管試樣直徑的 3?5倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，進(jìn)行所述拉一壓對(duì)稱循 環(huán)試驗(yàn)時(shí)，拉伸速率小于或者等于0. 25mm/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S3中，各屈服強(qiáng)度增 量的平均值為Λ σ為正值時(shí)，則被評(píng)測(cè)套管材料屬于循環(huán)硬化；Λ σ為負(fù)值時(shí)，則被評(píng)測(cè) 套管材料屬于循環(huán)軟化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S5式（3沖，套管材 料的最小屈服強(qiáng)度σ。為設(shè)計(jì)值，按照套管鋼級(jí)名義屈服強(qiáng)度下限的85%計(jì)算。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的包申格效應(yīng)評(píng)測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中，對(duì)所述套管 試樣進(jìn)行6、8或者9次拉一壓對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK104111203SQ201310134329
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】韓禮紅, 謝斌, 王航, 曾路平, 王建軍, 田志華, 李方坡, 路彩虹, 馮耀榮, 張學(xué)魯, 秦長(zhǎng)毅, 聶明虎, 潘志勇 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所, 中國(guó)石油天然氣股份有限公司