标准规范下载简介

SY／T 6896.1-2012 石油天然气工业特种管材技术规范 第1部分：套管钻井管柱

“API偏梯形螺纹套管+抗扭矩对项环” 施工井深1(000)m以深的套管钻井，应选用抗扭特性良好的特殊螺纹套管 组）偏梯形螺纹加止扭台肩的套管。 b）特殊形螺纹加止扭台肩的套管

6实物试验、疲劳试验和适用性评价

拟用于套管钻井的套管，需进行实物试验和适应性评价，以检验其是否能够承受拉伸、压缩、弯 典、扭转等载荷。 套管钻并用套管只有满足本部分规定的技术要求，并通过实物试验和适用性评价，才能下并应 用，否则应重新选择套管。 套管钻并应采用能满足套管钻并技术要求的专用螺纹脂，见附录A

6.2实物试验内容及流程

实物试验包括：新套管的实物评价试验；外表面含有人工磨损缺陷套管的实物评价试验。 磨损缺陷深度应根据设计井深情况和室内磨损试验机磨损试验结果来确定。 套管钻井用套管实物试验评价方案依据SY/T6128，GB/T21267等标准制定。 套管钻井用套管至少要求13组试样，包含未加工磨损缺陷的7组套管试样和加工有磨损缺陷的 6组套管试样。磨损缺陷分别加工在管体和接箍上AQ／T 3034-2022 化工过程安全管理导则.pdf，并分别进行试验评价。 套管钻井用套管实物试验框图见图4

根据钻井施工设计拟采用的钻井作业参数，对套管钻井用套管的螺纹接头进行实物疲劳试验 至少取3组螺纹连接试样进行疲劳试验

在进行实物试验和疲劳试验的基础上，对所选套管柱能否用于套管钻井做出适用性评价，评价 容包括：产品的抗拉强度、抗挤强度、抗内压爆破强度、螺纹密封完整性、螺纹接头疲劳性能以及外 表面含有磨损缺陷套管的抗拉强度、抗挤强度、抗内压爆破强度、螺纹密封完整性等特性。

套管钻井套管柱设计，要在依据SY/T5724的规定进行设计的基础上，考虑到套管钻井过程中 套管柱要经过拉、压、弯、扭、振动等复杂载荷的联合作用（见附录B），以及外表面磨损等情况 附加一定的安全系数，并据此设计选择套管的壁厚， 套管钻井套管柱设计时，强度设计在正常安全系数的基础上，应按表9增加强度安全裕量

根据实物疲劳试验，结合钻井施工设计和钻井作业参数设计，在确保螺纹接头疲劳存活度1001%

条件下进行疲劳设计。

表9套管钻井套管柱安全系数增加

图4套管钻井实物试验方案框图

套管钻井除了需要相应的设备和工具外，还涉及许多关键技术，如螺纹连接强度、抗黏扣性能 等，钻井过程中套管柱要承受拉、压、弯、扭四种复合载荷，使得套管钻井用套管除了螺纹本身应是 特殊螺纹外，还需要使用特殊的螺纹脂，以满足钻井过程中高扭矩、抗黏扣性能以及密封完整性等要 求。实践表明，套管螺纹连接部位的性能是制约套管钻井能否顺利进行的关键技术之一，而作为提高 套管螺纹连接性能的关键材料一一螺纹脂，就在套管钻井中显得尤为重要。 因为，一方面，目前国内所采用的套管钻井技术，是利用套管柱将扭矩传送到井底，用以进行磁 岩钻井，套管柱的螺纹连接部位要能承受并传递很高的扭矩，不但要使用特殊螺纹，还要使用高抗扭 矩特性的螺纹脂；另一方面，钻井工程施工涉及地质、工艺、作业等方方面面的影响因素，难免会退 到一些复杂情况，有时被迫将套管钻井所用的套管柱从井中起出，这就造成了套管钻井所用套管柱的 力学与环境行为和常规下套管过程有很大差别，需要在长时间承受动载（特别是扭矩）过程后进行上 卸扣作业。这对套管螺纹脂提出了更高的要求，不但要具备辅助密封作用，更要具备在高扭矩（甚至 过扭矩）情况下的抗黏扣性能。 因此，套管钻井用螺纹脂既应具备钻具螺纹脂的抗载荷性能，又应兼备套管螺纹脂的密封性能

A.2套管钻并用媒纹脂的性能要求

A.2.1物理/化学性能

套管钻井专用螺纹脂的工作锥入度、滴点、蒸发量、分油量、水沥滤、逸气量和密度等性能应满 足表A.1的要求

表A.1套管钻井专用螺纹脂质指标

A.2.2套管钻并用螺纹脂使用性能

用螺纹脂应进行以下使用性能试验，并满足相

A. 2. 2. 1摩擦性能

螺纹脂的一个主要的用途是作为一种润滑材料，在螺纹接头的连接部位提供一致的和可重复的糜 擦性能。对于个给定的上扣连接量（啮合的螺纹圈数），所施加的扭矩与接头系统的摩擦系数成正 比变化。摩擦性能的改变将影响下列一个重要扭矩值： a）上扣所需的扭矩。 b）创造成进一步上扣所需的扭矩。 c）卸扣所需的扭矩。 螺纹脂的摩擦性能，在螺纹连接中还与几个外加因素有关。这些外加因素包括表面处理、配合面 的相对速度、螺纹脂膜厚度和表面接触压力。在确定摩擦性能的试验设计和油田使用螺纹脂时，这些 因素中的每一个都应受到控制。

A.2.2.2极限表面接触压力（抗黏着）

螺纹脂的另一个主要用途是在极限表面接触压力下防止螺纹配合连接面的黏着磨损。一些材料的 黏着磨损倾向大于另一些材料。两个平滑的金属表面之间的黏着倾向，随着两表面组织的相似、相对 硬度的相似而增加，并随实际硬度的降低而增大。对于石油管材来讲，螺纹配合面的结构成分和硬度 是相同的，相对来讲易于产生螺纹黏着。为了达到防止产生黏着磨损的目的，可采用给连接副中的 方进行涂镀层处理（如镀锌或磷化），同时使用专用螺纹脂的方法，

A. 2. 2%3密封性解

A. 2. 2. 4防腐蚀性能

螺纹脂本身不应对连接部位产生腐蚀。应完成螺纹脂是否有潜在的腐蚀性的试验室试验。在规定 的条件下应无腐蚀痕迹

,2. 5涂数/黏附性能

A. 2.2. 6稳定性

准备两份样品用于测定工作锥人度，按GB/T269规定的方法在25℃捣动60》次后，测定第一个 样品锥人度。 第二个样品在25℃捣动60次后，把多余的螺纹脂如堆土丘一样堆在锥人度脂杯的上部，并随同 锥入度计锥体一起放在冰箱内，试验条件为－17.8℃。3h后取出脂杯，并沿杯顶齐平刮去多余螺纹 脂。把脂杯和样品放进冰箱再冻1h，不再捣动、尽快测定锥人度

按GB/T4929的规定进行测定

A.2.5.1试验设备与仪器

试验设备与仪器有： a）蒸发皿。 b）烘箱。 c）精密天平（分度值为0.1mg）。 山王馄器

试验设备与仪器有： a）蒸发皿。 b）烘箱。 c）精密天平（分度值为0.1mg）。 d）干燥器

A.2.5.2试验步骤

A. 2. 5. 3 计

试样的蒸发度X按公式（A.1）计算：

立符合下列要求： 取不少于三个蒸发皿所得结果的算术平均值作为测定的结果。 每个蒸发皿的试验结果与所有蒸发血试验结果的算术平均值之差的绝对值应不大于8% 当蒸发度小于5%时，各蒸发皿的试验结果之差不得超过0.4%（绝对值）

应符合下列要求： ）取不少于三个蒸发所得结果的算术平均值作为测定的结果。 b）每个蒸发的试验结果与所有蒸发血试验结果的算术平均值之差的绝对值应不大于8% c）当蒸发度小于5%时，各蒸发的试验结果之差不得超过0.4%（绝对值）

A. 2. 6 分油量

按SH/T0324的规定进行测定，

装备如图A.1所示，主要包括： 玻璃（或铜）漏斗，外径$55mm，高50)mm，壁厚为2.5mm，自上而下每8mm有一圈 布的$1.5mm的孔，每圈的孔数分别为17，13，10，6，3。漏斗下端外部有5mm平端 中间有一个$1.5mm的竖孔。 6 100mL玻璃烧杯（改型），在距杯底1.6mm处，有6个等距离分布的$6mm的孔。 三角架（铭镍，铜或陶瓷），用于支承漏斗及100mL的烧杯

备如图A.1所示，主要包括： 玻璃（或铜）漏斗，外径$55mm，高50)mm，壁厚为2.5mm，自上而下每8mm有 布的1.5mm的孔，每圈的孔数分别为17，13，10，6，3。漏斗下端外部有5mm 中间有一个$1.5mm的竖孔。 100mL玻璃烧杯（改型），在距杯底1.6mm处，有6个等距离分布的$6mm的孔。 三角架（铭镍，铜或陶瓷），用于支承漏斗及100mL的烧杯

d 一个黄铜圆桶，其壁厚为5mm，内径为60mm，高145mm，溢流口中心距顶部为20mm 底部中心处有一直径3mm的孔。 e）一块铜（或不锈钢）丝网（16目/in，丝网直径为s0.315mm.376mm）。 f）个10H)mL的烧杯（改型），在靠底部侧面有一旁通延伸管。 g）环形架一个。

A.2. 7.2操作步驱

图A.1水沥滤试验装备图

果TF步 a）将漏斗洗净，烘干，并测量其质量，精确至土0).2mg。 b）在已测质量的漏斗内装满试样，将表面修光，略呈凹状（下陷约().8mm），测量其质量，精 确至±(0.2mg。 C) 将装有试样的漏斗支承在100ml.烧杯上，再用三角架将其支承于1000mL烧杯1:。 d） 黄铜圆桶放置于环形架上，铜丝网以等距离位于圆桶与漏斗上沿之间、后两者距离 为12mm。 e） 将65℃的蒸馏水用泵抽到圆桶内，由螺旋夹调节泵到圆桶内的水流量，使水面调到溢流面为止。 f） 将水循环2h，水温保持在60℃～65℃之间。 2h后停泵，将漏斗及所盛试祥在65℃温度下干燥24h，然后冷却并测量其质量，精确至 ± (0.2mg。

4. 2. 7.3水沥滤 计算

水沥滤量按公式（A.2）计算

式中： Y一一水沥滤量，用百分数表示； W，一一未经水沥滤的漏斗及试样的质量，单位为克（g)； W²——经水沥滤的漏斗及试样的质量，单位为克（g)； 漏斗的质量，单位为克（g)。

A.2.8.1试验仪器及材料

试验仪器及材料有（见图A.2)： a）弹形瓶：内径为$50mm，高为92mm。 b）气瓶：容量为250mL。 c）U型压力计（Hg）。 d）量筒：25mL

A. 2. 8. 2 试验步骤

图A.2逸气试验仪器

试验步骤如下： a）把弹形瓶洗净擦干后，将气瓶充满水。 b）取标准试样，注人弹形瓶至距上口16mm处，不能有气泡。然后借助于振动，使油脂顶面 光滑。 c）密封弹形瓶。 d）将弹形瓶与气瓶和压力计连接，然后将弹形瓶插人预先调定为65℃的水浴内。同时将连接 气瓶的阀关闭，连接压力计的阀打开。 e) 15min后，观察压力计的压力变化，此时压力逐渐增加，主要是由于系统内气体和试样的膨 胀引起的。 ) 打开气瓶的进口阀和出口阀，用量筒测定水的排出量，并做好记录。然后关闭气瓶的进口阀 和出口阀，并保温120h，

a) 把弹形瓶洗净擦干后，将气瓶充满水。 b）取标准试样，注人弹形瓶至距上口16mm处，不能有气泡。然后借助于振动，使油脂顶面 光滑。 c） 密封弹形瓶。 d) 将弹形瓶与气瓶和压力计连接，然后将弹形瓶插人预先调定为65℃的水浴内。同时将连按 气瓶的阀关闭，连接压力计的阀打开。 e) 15min后，观察压力计的压力变化，此时压力逐渐增加，主要是由于系统内气体和试样的膜 胀引起的。 打开气瓶的进口阀和出口阀，用量筒测定水的排出量，并做好记录。然后关闭气瓶的进口阀 和出口阀，并保温120h。

）间隔120h，重复f）步骤，两次排出量之和即为排出总量。

A.2.8.3计算逸气量

确定因空气和螺纹脂在试验温度 膨胀所造成的排水量（以毫升表示），升 剩下的是由于气体逸出造成的

定因空气和螺纹脂在试验温度 正常膨胀所造成的排水量（以毫升表示），并从总排水量 可是由于气体逸出造成的

A. 2. 8. 4 计算步验

式中： —体积变化，用百分数表示

×100%= P: 4. 61 ×100%=14.67% 31.416

将已知质量的广口式比重杯洗净干燥后，装人螺纹脂样品至接近杯口，加盖，待多余 2

将已知质量的广口式比重杯洗净干燥后，装人螺纹脂样品至接近杯口，加盖，待多余的试样由盖

将已知质量的广口式比重杯洗净干燥后，装人螺纹脂样品至接近杯口，加盖，待多余的试样由盖

中心小孔溢出后，用清洁干布擦净，称其质量，并记录温度。 螺纹脂的密度可用螺纹脂的质量除以比重杯的体积计算。 注：在装填螺纹脂试样时，一定要先搅拌均匀、并借助于振动和捣动使空气排出，这样才能保证结果的准确性。

应完成测定螺纹脂摩擦性能的试验室试验。一种方法是APIRP7A1所描述的程序。另一种 市法是GB/T3142所描述的四球机法，在实际评定承载能力过程中，可得出润滑剂的摩擦劳 天讲，四球机法测出的摩擦系数/因数的一致性和重复性较好，但可能和模拟实物试验测得 交大的差异。

A.2.11极限表面接触压力（抗黏）性能

评价螺纹脂的抗螺纹黏着倾向，可由制造商和用户选用双方认可的API圆螺纹或偏梯形螺纹， 依据GB/T23512所述方法进行，同时推荐按GB/T3142的规定测量最大无卡咬负荷P：（kg）。 注：表面加工不合适的连接件很容易产生黏着磨损，这与装卸、组装工艺的好坏关系不大。相反，即使表面加工 合适的连接件，也会因装卸或组装工艺的不合适而造成磨损。为了减少磨损，应把合适的加工表面、连接部 位的涂镶层、螺纹脂的选择和应用综合起来加以考虑

A. 2. 12密封性能

造商和用户可依据GB/T23512的方法，选择双方认可的在标准公差范围内的API圆螺 纹，进行小尺寸实物试验来评价螺纹脂的密封能力

A.2.13推荐试验步骤

无论选择哪一种试验方法，最少要包括下列步骤： a）试验压力用干燥氮气来供给。 b) 最小试验压力应为82.7MPa，或按用户和制造商的要求而定。 泄漏检测依据APIRP5C5中汽泡法进行。 d) 按图A.3施加压力，起始压力为6.9MPa，压力每次增加6.9MPa，并保持15min。最大试 验压力应保持8h（最初15min要持续观察）。 试验记录见表A.2。 f) 在试验之前，应先用参考标准螺纹脂进行一次试验，然后再进行要评价的螺纹脂的试验。 g）这两次试验结果都应记录下来，并作为试验报告的一部分。

A. 2. 14防腐蚀性

按SH/T0331的规定进行测定

SY/T 6896.12012

A. 2. 15涂数/黏附性能

A.2.15.1试验步骤

图A.3小尺寸密封性能试验步验

A. 2. 15. 2稳定性

选用一个具有代表性的螺纹脂样品进行烘烤，在最低温度138℃、最短时间24h的条件下进行 评价，

依据SY/T5234，并结合套管钻井的特殊性进行套管钻井作业参数优化选择，

附录B （规范性附录） 查管钻井作业参数设计

套管钻井钻压选择原则：针对不同直径和壁厚的套管柱所施加的钻压低于临界曲载荷 B.2.1垂直井中套管柱的临界屈曲载荷预测计算公式

F。r一一正弦（初始）屈曲临界值，单位为千牛（kN)； EI一一套管柱的抗弯刚度，单位为千牛平方米（kN·m²） 一单位长度套管柱浮重，单位为千牛每米（kN/m）。

F,=2.55(EI·g)/3

=2.55(EI·g")// .........

一临界螺旋压弯载荷，单位为牛（kN）。 斜直并中钻柱的临界届曲预测计算公式：采用能量法分析斜直井中钻柱的届曲行为，并忽略 需所产生的轴公东五的彩响

Fhel——临界螺旋压弯载荷，单位为干牛（kN）。

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研究表明，在倾斜井眼中管柱首先发生正弦届曲DB11／T 1593-2018 城镇排水管道维护技术规程，然后发生螺旋屈曲。在井斜较小的情况下，由 于底部钻柱承受较大的压缩载荷，所以屈曲首先发生在管柱的底部，；而在井斜角较大的井段中，由于 摩擦力的作用，可能其顶部的压缔载荷较大而首先发生届曲。由于井眼形状对管柱的限制，在弯曲井 眼中屈曲不易发生。

B.3机械参数（转速）设计

套管钻并中，套管柱作为一根旋转的细长弹性杆件，有三种振动形式：纵向振动、横向振动及 扭转振动。这三种振动，在形态上是不相同的。纵振动是沿套管柱轴线方向进行的。它的振动如同在 弹簧下端悬挂着的重物在上下运动。套管柱的横向振动是以套管柱某一部分长度，如同琴弦那样进行 振动，一般又称弦振。套管柱的扭转振动则如同钟内的扭簧（游丝）带动摆轮，左右反复扭动，故这 种振动又称为弹簧摆振。这三种振动的本质是不同的，但是激励他们的自振条件不但与套管本身的物 理和几何性质有关，而且都是取决于套管的转速，一旦转速达到某一值时，就可能引起套管柱的共 振，当扰动频率与套管固有振动频率相同时，就会使套管柱发生共振。

套管柱在共振下工作的严重危害是人所共知的。不容置疑，在实际工作中，需避免引起共振。要 避免引起共振，首先应计算出在各种条件下套管柱三种振型的固有频率，再换算成相应的转速，此转 速就是引起套管柱共振的临界转速。然后在钻井工作中采取相应措施，避免套管钻井套管柱以临界转 速工作。 根据套管钻井下部钻具动力学方程：［M8(t)}+[CJ（t)+［K](8（t)）（R(t)），并通过对下 部套管柱运动学进行分析，给出不同钻具组合在不同的钻井参数（钻压和转速）下的运动轨迹和幅频 响应结果，在避免出现共振的前提条件下选择合适的转速

图B.1水力参数优化设计框图

图B.1水力参数优化设计框图

SY/T6896.12012

击力方式，另一种是最大水功率方式。 在进行排量优选的时候，首先从最小排量开始，以一定的速度逼近最大排量，分别计算出钻头水 功率或射流冲击力，然后得出最大钻头水功率或最大射流冲击力下的排量，此排量即为最优排量。 具体优选方法依据SY/T5234。 水力参数设计优化设计框图见图B.1

CECS 540-2018-T 混凝土用氧化镁膨胀剂应用技术规程BZ002104443