[发明专利]一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构及制造方法

说明书

本发明公开了一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构及制造方法，本发明的套管结构具有异形结构的加强筋，能够显著提高套管的抗剪切性能，改变了以往单纯采用增加壁厚和钢级来提高抗剪切能力的办法，降低套管整体重量，节约成本，在不显著提高制造成本的前提下，以较小的材料增重带来了较高的抗剪切性能提升，提高水平井通过性，增大了套管柱水眼尺寸。

技术领域

本发明属于石油装备制造领域，具体涉及一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构及制造方法。

背景技术

套管由螺纹连接构成套管柱，是油气井筒井身结构的基础，其完整性决定了井筒完整性，其服役寿命决定了油气井的寿命。随着油气勘探开发进程的持续发展，深井、水平井、高温高压井及高含硫化氢井等复杂油气井不断涌现，带来管柱服役工况条件日趋苛刻。铝合金相对于普通碳钢具有比强度高、抗硫化氢应力腐蚀及耐腐蚀疲劳性能良好、易变形而复杂井眼通过性好等性能优势，针对苛刻油气井的铝合金套管研发与应用近年来在国内外发展迅速。

服役过程中的套管损坏是困扰油气井正常开发的世界性工程难题。据不完全统计，国内的套管损坏比例接近总服役井数的10％，套损导致井大修或直接废弃，经济损失巨大。过半数的套损模式是变形，来自于地层的复杂地质应力是套管变形的主要外载来源，表现为：围岩压力、泥岩浸水膨胀和蠕变、断层活动、盐岩蠕变等。尤其伴随国内页岩、低压低渗油气资源的规模开发，长距离水平井、大排量和高压力压裂工艺应用等导致近井筒地应力变化显著，地层滑移带来的套管剪切变形问题突出。目前主要通过提高套管钢级、增加套管壁厚的方式提高套管的抗剪切变形性能保证井下服役安全，不可避免带来了建井成本的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构及制造方法，改变现有只是提高套管强度和壁厚等级的做法，在不显著提高制造成本的前提下，以较小的材料增重带来了较高的抗剪切性能提升。

为了达到上述目的，一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构，包括套管，以及在套管外壁上设置的若干加强筋，加强筋沿套管径向方向设置，加强筋的端面具有厚度逐渐增大的锥面过渡区。

加强筋的截面呈圆弧或椭圆弧构形。

加强筋的锥面过渡区的截面为180°圆弧构型。

套管和加强筋均采用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。

一种油气井用抗剪切异形截面铝合金套管结构的制造方法，包括以下步骤：

步骤一，预制铝合金套管管坯，达到80Ksi钢级水平；

步骤二，采用多级组织均匀性处理，降低组织偏析和不均性；

步骤三，对套管外壁上设置的若干加强筋进行挤压成形，使加强筋形成所需截面构形；

步骤四，采用随动挤压针法挤压加强筋形成厚度逐渐增大的锥面过渡区；

步骤五，通过多级固溶处理消除挤压成形后组织偏析；

步骤六，进行拉伸校直，最后进行时效处理，完成异形截面铝合金套管结构。

步骤一中，预制铝合金套管管坯采用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。

步骤三中，挤压成形的温度区间为430-450℃。

步骤六中，拉伸校直的变形量为3-4％。

步骤六中，时效处理采用自然时效处理或人工时效处理，处理时间为12-48小时。

与现有技术相比，本发明的套管结构具有异形结构的加强筋，能够显著提高套管的抗剪切性能，改变了以往单纯采用增加壁厚和钢级来提高抗剪切能力的办法，降低套管整体重量，节约成本，在不显著提高制造成本的前提下，以较小的材料增重带来了较高的抗剪切性能提升，提高水平井通过性，增大了套管柱水眼尺寸。