李周波

（1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院，陕西 宝鸡721008）

SEW油层套管在模拟井条件下的射孔试验*

李周波1,2

（1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院，陕西 宝鸡721008）

为了在模拟井条件下进行油层套管射孔试验，从而可以直观地判断油层套管的射孔性能，对SEW（hot stretch-reducing electric welding）套管在石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心进行了模拟井条件下射孔试验。试验结果表明：J55、N80Q、P110、BSG－80TT及BSG－110TT五种钢级的SEW油层套管，其射孔性能完全符合中国石油天然气集团公司行业标准的规定，其中裂孔率为0%，裂纹长度为0 mm，射孔后外径最大胀大量总体偏小，优于国内及国外某些套管厂油层套管的射孔性能水平。

SEW套管；模拟井；射孔试验；无枪身射孔

射孔完井是目前最主要的完井方法，是石油开发的关键技术之一。射孔作业是油气田勘探和开发的一个非常重要的环节[1-3]。油层套管的射孔性能是套管质量的重要衡量指标，直接影响射孔完井的质量和效果，决定油井的产量和使用寿命[4-6]。由于套管射孔作业是在数千米的井下进行，影响因素较多，无法进行有效的观察，因此，到目前为止美国石油协会（API）也没有拟定出套管射孔性能的试验方法和评判标准。随着水平井数量的不断增加，对套管的射孔性能提出了更高的要求，中国石油行业根据几十年的生产实践及研究成果，制定出了SY/T 6491—2011《油层套管模拟井射孔试验与评价》标准[7]，用于评价套管的射孔性能。宝鸡石油钢管有限责任公司（以下简称宝鸡钢管）委托石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心进行了外径为139.7 mm的SEW J55、N80Q、P110、BSG-80TT和BSG-110TT五种钢级套管模拟井下射孔试验，其中BSG-80TT、BSG-110TT是非API高抗挤系列套管产品。按照SY/T 6491—2011的要求进行射孔后套管内毛刺高度、外径胀大、孔眼处裂孔率、孔眼处单侧裂纹长度、孔眼处裂纹宽度和非孔眼处裂纹数的检测，判断开发的SEW油层套管是否满足油田现场作业要求。

1 试验设备及原理

1.1 试验模拟井

在大庆油田射孔器材质量监督检验中心的模拟试验井进行试验，模拟井结构如图1所示。模拟试验井井筒内径为335 mm，试验套管在约250 m井深处射孔，井内介质为清水。模拟井射孔时，井筒压力18~20 MPa，温度为50~60℃。

图1 模拟井结构示意图

1.2 套管试验靶

试验靶结构示意如图2所示。使用2~2.5 mm钢板焊成水泥环养护套，长度7 m，将养护套套在试验套管外侧，使用扶正套保证试验套管位于养护套中心，确保养护套内径与试验套管外径间距≥25 mm。采用API A级油井水泥制成相对密度为1.85~1.93 g/cm3的水泥浆，将水泥浆加压注满养护套与试验套管之间的空隙，封堵上端，制成套管试验靶。将试验靶全部放入模拟井下，井下温度50~60℃，养护所用时间＞48 h，起出放在露天待用。

图2 试验靶结构示意图

1.3 标准射孔器

射孔器分为无枪身射孔器和有枪身射孔器。本次试验采用大庆射孔弹厂生产的50DP30RDX17无枪身射孔器，装药量为17 g，螺旋布孔，装弹密度10发/米，射孔弹相位为四相右旋转90°，每根套管一次下入60发射孔弹，轴向两弹间距为400 mm。每次试验1根套管，发射率要求≥95%，穿孔率要求≥90%。

1.4 射孔后套管的质量标准

根据SY/T 6491—2011《油层套管模拟井射孔试验与评价》的要求，模拟井射孔后，套管内毛刺高度要求≤2.5 mm，外径胀大≤5 mm，孔眼处裂孔率≤10%，孔眼处单侧裂缝长度≤45 mm，孔眼处裂纹宽度≤1.5 mm，非孔眼处裂纹数为0。

1.5 试验套管的力学性能

射孔试验用套管采用宝鸡钢管生产的SEW J55、N80Q、P110油层套管及非API系列 BSG-80TT、BSG-110TT SEW高抗挤套管，每种射孔套管各3根。试验套管的理化性能见表1和表2。

表1 试验套管的化学成分

表2 试验套管的力学性能

2 试验方法

2.1 套管试验靶下井

首先将底部安装憋压凡尔座的Φ244.48 mm承压套管下入模拟井的预定井深，再把套管试验靶下入承压套管内指定深度，用大小头与承压套管连接后，井口安装密封加压装置，通蒸汽开循环泵加温，使井水温度保持50℃。

2.2 射孔器组装及下井

根据标准规定的弹型、弹数、孔密和孔的相位组装射孔器。射孔器上端与电缆连接，下端与加重杆和密封球连接。将射孔器下入模拟井规定的深度，置于套管试验靶射孔部位，在电路断路的情况下接通电缆、雷管脚线和导爆索。

2.3 加压引爆

接好模拟井井口加压管线，确保承压套管密封，启动高压泵加压，当井筒压力达到18 MPa时，通电引爆。待射孔完毕后，停泵泄压。

2.4 检测套管试验靶

从模拟井内取出套管试验靶，剖开养护套，剥开水泥环，检测试验套管的穿孔数、裂孔数、裂缝长度和宽度、最大外径胀大量和最大内毛刺高度，并进行数据处理。

3 试验结果与讨论

试验套管射孔后的各项指标检测结果见表3。试验数据表明，试验的5种钢级套管的射孔性能完全符合SY/T 6491—2011《油层套管模拟井射孔试验与评价》的规定。射孔弹爆炸产生巨大的压力，虽然其能量绝大部分形成聚能射流撞击套管壁起到射孔作用，但仍有相当的能量以冲击波的形式作用于套管，使套管周向管壁发生整体膨胀，膨胀过大会导致射孔套管外水泥环胀裂，甚至沿孔眼附近产生过量变形，致使射孔开裂[8-9]。

表4[10]为石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心对国内、外其他套管产品进行射孔试验所得的试验数据。从表3和表4可以看出，试验采用的SEW油层套管的射孔性能优于国内、外其他套管产品。国内、外其他厂家生产的J55套管的最大外径胀大几乎都在5 mm以上，宝鸡钢管公司生产的SEW油层套管的最大外径胀大都在5 mm以内，符合标准要求。主要由于SEW油层套管的屈服强度都在标准要求值的中上线，具有较高的屈服强度，保证射孔后套管有较低的最大外径胀大量；冲击韧性远高于标准要求，除SEW J55套管的全尺寸冲击值在60 J以上，其他4种钢级的SEW套管冲击值都在100 J以上，具有高的冲击韧性，保证射孔时没有出现射孔裂纹。

套管射孔性能是反映套管质量的一项重要性能指标[11]。如果套管射孔作业时产生射孔开裂，势必就会降低套管整体的抗外压挤毁性能，从而缩短油井的寿命。一旦射孔开裂产生的裂缝过大，还会造成油气串层，影响油气的开采；套管射孔后外径胀大量过大，则会对固井的质量产生不利影响；套管射孔后孔眼内毛刺高度过高，则

会妨碍采油分隔器及相关工具的下井。试验采用的SEW套管射孔形貌如图3所示，国内某无缝套管射孔开裂的照片如图4所示。

表3 试验用SEW套管在模拟井条件下射孔试验检测结果

表4 国内、外著名套管厂的套管在模拟井射孔试验结果

图3 SEW套管射孔实物照片

图4 国内某无缝套管射孔开裂照片

套管射孔裂纹形成机理的研究[12]表明，若使套管具有抗射孔开裂性能，套管就得具备较高的冲击韧性、良好的屈服强度及细小均匀的晶粒。文中大量套管射孔性能与材料的力学性能和组织之间关系的统计分析结果表明，5种SEW套管具备了保证套管射孔性能（不产生裂纹）的各种力学性能和组织[13]。宝鸡钢管公司生产的5种钢级SEW油层套管采用TMCP工艺热轧卷板为原料，确保了石油管材的内在质量，组织均匀，晶粒细小，力学性能优良，裂孔率为0%，最大裂纹长度为0 mm。

4 结 论

（1） 本 研 究 采 用 SEW J55、 N80Q、 P110、BSG－80TT及BSG－110TT五种钢级套管的射孔性能完全满足中石油天然气集团公司行业标准的要求。

（2）SEW 套管产品与国内、外无缝管厂家生产的套管产品射孔试验结果相比较，裂孔率为0%，裂纹长度为0 mm。射孔后外径最大胀大量总体偏小，说明SEW套管的射孔性能优良，可以满足油田现场的使用要求。

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Perforation Test of SEW Oil Casing Under Simulated Well Conditions

LI Zhoubo1,2
（1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods,Baoji 721008， Shaanxi， China；2.Steel Pipe Research Institute,Baoji Petroleum Steel Pipe Co.， Ltd.， Baoji 721008， Shaanxi， China）

In order to judge the perforation performance of oil casing intuitively，the SEW（hot stretch-reducing electric welding）casing pipe was tested under simulated well conditions in oilfield perforators inspection center.The test results showed that J55，N80Q，P110，BSG-80TT and BSG-110TT，5 kinds of steel grade SEW oil casing，its perforating performance was fully in accordance with the industry standard of China National Petroleum Corporation.The percentage of fractured hole was 0%，the crack length was 0 mm，and the outer diameter expansion was small after perforation，which was better than the perforation performance of the other casing plants in domestic and abroad.

SEW casing pipe； simulated well； perforating test； body-free perforator

TE925

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.10.003

陕西省科技统筹创新工程计划项目“110 ksi钢级SEW高抗挤套管开发”（项目号2016KTCQ01-106）。

李周波（1981—），男，工程师，主要从事焊接技术及油井管新产品开发工作。

2017－07－28

罗 刚