GB∕T 43231-2023 石油天然氣工業(yè) 頁(yè)巖油氣井套管選用及工況適用性評(píng)價(jià)（正式版）

石油天然氣工業(yè)頁(yè)巖油氣井套管選用及工況適用性評(píng)價(jià)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T43231—2023 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4符號(hào) 25套管柱選用、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì) 35.1套管柱選用及評(píng)價(jià) 35.2套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法 45.3套管柱應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)方法 65.4安全系數(shù) 66技術(shù)要求 76.1制造方法 76.2化學(xué)成分 76.3拉伸性能 6.4硬度 86.5夏比(V型缺口)沖擊吸收能 86.6晶粒度 96.7非金屬夾雜物 96.8幾何尺寸與質(zhì)量 6.9靜水壓試驗(yàn) 6.10殘余應(yīng)力 6.11抗擠強(qiáng)度 7套管工況適用性評(píng)價(jià) 7.1適用性評(píng)價(jià)流程 7.2試樣 7.3安裝要求 7.4適用性評(píng)價(jià)技術(shù)要求 7.5適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)程序 附錄A(規(guī)范性)套管抗剪切性能評(píng)價(jià)方法 附錄B(規(guī)范性)套管抗非均勻外擠評(píng)價(jià)方法 I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC355)提出并歸口。本文件起草單位：中國(guó)石油集團(tuán)工程材料研究院有限公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司、中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司、中國(guó)石油物資有限公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司、大慶油田有限責(zé)任公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司、天津鋼管制造有限公司、衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司、寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司、西安石油大學(xué)、青島理工大學(xué)、東北石油大學(xué)、西安三環(huán)石油管材科技有限公司。1石油天然氣工業(yè)頁(yè)巖油氣井套管選用及工況適用性評(píng)價(jià)本文件規(guī)定了頁(yè)巖油氣井生產(chǎn)套管柱選用、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)，技術(shù)要求，套管工況適用性評(píng)價(jià)。本文件適用于頁(yè)巖油氣井用生產(chǎn)套管柱選用和評(píng)價(jià)，同時(shí)適用于含泥巖層段、碳酸鹽巖層段套管柱選用和評(píng)價(jià)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6394金屬平均晶粒度測(cè)定法GB/T9253石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)GB/T10561鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法GB/T17745石油天然氣工業(yè)套管和油管的維護(hù)與使用GB/T18052套管、油管和管線管螺紋的測(cè)量和檢驗(yàn)方法GB/T19830石油天然氣工業(yè)油氣井套管或油管用鋼管GB/T20657石油天然氣工業(yè)套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計(jì)算GB/T21267石油天然氣工業(yè)套管及油管螺紋連接試驗(yàn)程序3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。剪切強(qiáng)度shearstrength使套管內(nèi)壁上產(chǎn)生最小屈服應(yīng)力的外部剪切載荷值。最大應(yīng)變designstrain地層滑移工況套管徑向產(chǎn)生的最大等效應(yīng)變。套管能承受的最大應(yīng)變值。螺紋接頭connection一個(gè)外螺紋與其相連接箍的組合或一個(gè)完整接箍。24符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件。A?——管端截面積，單位為平方毫米(mm2)。A。——接箍截面積，單位為平方毫米(mm2)。Ap——最末一扣管壁橫截面積，單位為平方毫米(mm2)。D——套管規(guī)定外徑，單位為毫米(mm)。Daw——管體平均外徑，單位為毫米(mm)?！鱀——水泥環(huán)變形量，單位為毫米(mm)。Dg——接箍外徑，單位為毫米(mm)?！鱀a——套管變形量，單位為毫米(mm)。△Dag——狗腿度導(dǎo)致套管內(nèi)通徑改變，單位為毫米(mm)。△D?！蔷鶆蛲鈹D工況套管徑向彈性變形量，單位為毫米(mm)。△D——地層滑移量，單位為毫米(mm)。Dmx——同一橫截面上實(shí)測(cè)的最大外徑值，單位為毫米(mm)?！鱀mx——非均勻外擠工況套管允許最大徑向變形量，單位為毫米(mm)。Dmin——同一橫截面上實(shí)測(cè)的最小外徑值，單位為毫米(mm)?！鱀——剪切載荷工況套管徑向彈性變形量，單位為毫米(mm)?！鱀max——剪切載荷工況套管允許最大徑向變形量，單位為毫米(mm)。d——由規(guī)定外徑D和規(guī)定壁厚t計(jì)算得到的內(nèi)徑，d=D-2t,單位為毫米(mm)。d——接箍?jī)?nèi)徑，單位為毫米(mm)。ec——壁厚不均度，數(shù)值以百分?jǐn)?shù)(%)表示。Fmx——非均勻外擠工況套管最大變形時(shí)對(duì)應(yīng)地層載荷，單位為千牛(kN)。Fn——套管非均勻外擠強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。F,——套管剪切強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。Fmx——剪切工況套管最大變形時(shí)對(duì)應(yīng)地層載荷，單位為千牛(kN)。Fy——套管軸向等效載荷，單位為千牛(kN)。n——套管應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)安全系數(shù)。ov——外徑不圓度，數(shù)值以百分?jǐn)?shù)(%)表示。Pho——抗內(nèi)壓強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)。P——抗擠強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)PE——彈性擠毀壓力，單位為兆帕(MPa)。P?——套管內(nèi)壓，單位為兆帕(MPa)。Pmx——壓裂過(guò)程井底最大內(nèi)壓載荷，單位為兆帕(MPa)。Pmin——壓裂過(guò)程井底最小內(nèi)壓載荷，單位為兆帕(MPa)。P?！?套管外壓，單位為兆帕(MPa)。P?——塑性擠毀壓力，單位為兆帕(MPa)。Py——屈服擠毀壓力，單位為兆帕(MPa)。r。——套管外半徑，r。=D/2,單位為毫米(mm)?！鱐——溫度改變，單位為攝氏度(℃)。3Tmax——井下最高溫度，單位為攝氏度(℃)。Tmin—-井下最低溫度，單位為攝氏度(℃)。T?！估瓘?qiáng)度，單位為千牛(kN)。T?——圓螺紋連接斷裂強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。T?——圓螺紋連接滑脫強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。T?——偏梯形螺紋連接管體螺紋強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。T?——偏梯形螺紋連接接箍螺紋強(qiáng)度，單位為千牛(kN)。t——套管壁厚，單位為毫米(mm)。tw——實(shí)測(cè)管體平均壁厚，單位為毫米(mm)。U.——接箍最小極限強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)。Up——管材最小極限強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)。wt——計(jì)算質(zhì)量，單位為千克(kg)。Yp——管材屈服強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)。γ——線膨脹系數(shù)，單位為1/℃Ee——水泥環(huán)應(yīng)變。eo——地層滑移應(yīng)變er——溫度應(yīng)變or——徑向應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)σme—-等效應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)。σ?——軸向應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)。5套管柱選用、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)5.1套管柱選用及評(píng)價(jià)5.1.1頁(yè)巖油氣井用生產(chǎn)套管(以下簡(jiǎn)稱“套管”)常規(guī)選用應(yīng)依據(jù)GB/T19830、GB/T20657、GB/T9253和GB/T17745,基于此，針對(duì)工況依據(jù)本文件進(jìn)行選用。5.1.2根據(jù)頁(yè)巖油氣井鉆井、固井、壓裂和生產(chǎn)等工況對(duì)套管柱性能的需求，鉆完井工況套管柱應(yīng)符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；為保證套管柱在高內(nèi)壓循環(huán)工況和儲(chǔ)層小位移滑動(dòng)工況下的服役安全性，壓裂工況還宜考慮應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)。5.1.3套管選用包括管體選用和螺紋選用，均應(yīng)以滿足工況要求為目的。依據(jù)工況特點(diǎn)，綜合考慮井5.1.4套管評(píng)價(jià)除符合GB/T21267要求外，還應(yīng)按附錄A和附錄B進(jìn)行剪切和非均勻外擠載荷下的完整性評(píng)價(jià)，套管三軸強(qiáng)度校核應(yīng)按圖1中的方法進(jìn)行。4說(shuō)明：等效應(yīng)力橢圓；…………接頭螺紋極限；——設(shè)計(jì)極限。圖1生產(chǎn)套管三軸強(qiáng)度校核方法5.2套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法頁(yè)巖油氣井鉆完井階段生產(chǎn)套管選用應(yīng)符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行套管柱單軸強(qiáng)度和三軸強(qiáng)度校核，壓裂階段生產(chǎn)套管應(yīng)符合應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)要求。生產(chǎn)套管的抗擠強(qiáng)度應(yīng)符合表1規(guī)定的最小抗擠強(qiáng)度要求，其中P,應(yīng)按公式(1)計(jì)算： (1)Pp應(yīng)按公式(2)計(jì)算： (2)A——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，為2.8762+0.15489×10-3Y,+0.44809×10-?Yp2-0.16211×10-°Y,3;B——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，為0.026233+0.73402×10-1Y。;C——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，為一3.2125+0.030867Y,-0.15204×10-5Yp2+0.77810×10-?Yp3。PE應(yīng)按公式(3)計(jì)算：5GB/T43231—2023表1生產(chǎn)套管最小抗擠強(qiáng)度計(jì)算公式鋼級(jí)5.2.2.2抗內(nèi)壓強(qiáng)度抗內(nèi)壓強(qiáng)度按公式(4)計(jì)算：圓螺紋套管接頭連接強(qiáng)度取套管最后一扣完整螺紋發(fā)生斷裂、滑脫和接箍斷裂之中的最小強(qiáng)度值。偏梯形螺紋套管接頭連接強(qiáng)度取管體強(qiáng)度及機(jī)緊后與管體端部嚙合的接箍螺紋根部的斷裂強(qiáng)度二者的較小值。圓螺紋連接斷裂強(qiáng)度值按公式(5)計(jì)算：T?=9.5×10~*AjU?！?5)圓螺紋連接滑脫強(qiáng)度值按公式(6)計(jì)算：其中Aj按公式(7)計(jì)算：Ajp=0.7854[(D-3.6195)2-d2] (7)偏梯形螺紋連接管體螺紋強(qiáng)度值按公式(8)計(jì)算：T?=9.5×10-*A。U,[25.623-1.007(1.083-Yp/Up)D.] (8)其中A。按公式(9)計(jì)算：A?=0.785(D2-d2)…………(9)偏梯形螺紋連接接箍螺紋強(qiáng)度值按公式(10)計(jì)算：T?=9.5×10-?A。U?！?10)其中A.按公式(11)計(jì)算：A.=0.785(D2-d3)……………(11)5.2.3三軸強(qiáng)度校核根據(jù)VME應(yīng)力計(jì)算，結(jié)合軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力進(jìn)行分析，三軸應(yīng)力按公式(12)計(jì)算：軸向應(yīng)力按公式(13)計(jì)算：6GB/T43231—2023環(huán)向應(yīng)力按公式(14)計(jì)算：徑向應(yīng)力按公式(15)計(jì)算：5.3套管柱應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)方法5.3.1通則在滿足壓裂工況頁(yè)巖油氣井套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)開展應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)方法研究，套管基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)方法允許套管發(fā)生變形，變形后的套管允許井下工具順利通過(guò)。5.3.2最大應(yīng)變確定方法影響頁(yè)巖油氣井套管柱變形的因素包括：地層滑移、水泥環(huán)物理/力學(xué)、套管力學(xué)參數(shù)等。最大應(yīng)變Emax=Eto+ET+Ece+Edog…………(17)…………(19)…………(20)5.3.3套管許用應(yīng)變確定方法ea按公式(21)計(jì)算：5.4安全系數(shù)根據(jù)頁(yè)巖油氣井生產(chǎn)套管服役工況，生產(chǎn)套管設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)按表2取值。表2頁(yè)巖油氣井生產(chǎn)套管設(shè)計(jì)安全系數(shù)設(shè)計(jì)系數(shù)套管抗擠套管抗內(nèi)壓套管抗拉伸套管三軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)76技術(shù)要求6.1制造方法套管可用無(wú)縫鋼管或直縫電阻焊鋼管制造。熱處理工藝包括淬火十回火(Q&.T),具體熱處理工藝由制造商選擇，或者由購(gòu)方和制造商協(xié)商確定。套管材料應(yīng)符合GB/T19830規(guī)定。套管應(yīng)進(jìn)行矯直處理，宜選擇熱矯直工藝。如采用冷矯直后應(yīng)進(jìn)行殘余應(yīng)力消除。矯直工藝應(yīng)符合GB/T19830規(guī)定。由同一熱處理爐，或者同一熔煉爐批或按文件化程序由不同熔煉批組合的、連續(xù)熱處理制造的同一規(guī)格與鋼級(jí)的管子。對(duì)套管產(chǎn)品應(yīng)建立完整的溯源體系，根據(jù)最終產(chǎn)品管號(hào)可確定其生產(chǎn)過(guò)程和控制參數(shù)。6.2化學(xué)成分套管化學(xué)成分應(yīng)符合GB/T19830要求。6.3拉伸性能套管拉伸性能包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。在拉伸試驗(yàn)中，記錄或報(bào)告伸長(zhǎng)率時(shí)，若用條形試樣，則記錄或報(bào)告中應(yīng)寫明試樣的公稱寬度和標(biāo)距長(zhǎng)度；若用圓棒試樣，應(yīng)寫明直徑和標(biāo)距長(zhǎng)度；若用全截面試樣，應(yīng)寫明試樣的狀態(tài)、長(zhǎng)度和標(biāo)距長(zhǎng)度。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要求應(yīng)符合表3規(guī)定。表3力學(xué)性能要求鋼級(jí)品類載荷下的總伸長(zhǎng)率/%屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%管體及接箍0.600.650.708拉伸試樣的最小伸長(zhǎng)率由拉伸試樣橫截面積、規(guī)定最低抗拉強(qiáng)度計(jì)算確定，該最小伸長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的標(biāo)距為50.8mm。在計(jì)算最小伸長(zhǎng)率時(shí)，三種圓棒拉伸試樣(標(biāo)距內(nèi)直徑為6.25mm、標(biāo)距長(zhǎng)度為25.4mm,標(biāo)距內(nèi)直徑為8.9mm、標(biāo)距長(zhǎng)度為35.6mm和標(biāo)距內(nèi)直徑為12.7mm、標(biāo)距長(zhǎng)度為50.8mm)的橫截面積應(yīng)按130mm2進(jìn)行計(jì)算。套管橫截面上各部位硬度應(yīng)符合GB/T19830,或由購(gòu)方和制造商協(xié)商。6.5夏比(V型缺口)沖擊吸收能夏比沖擊試驗(yàn)采用V型缺口試樣。母材縱向、橫向的夏比沖擊吸收能(10mm×10mm×55mm標(biāo)準(zhǔn)試樣)應(yīng)符合表4規(guī)定。夏比沖擊試樣的取向與尺寸的優(yōu)先選擇順序應(yīng)按表5規(guī)定。當(dāng)管子壁厚不夠而采用小尺寸試樣時(shí)，其最小沖擊吸收能應(yīng)根據(jù)表6比例系數(shù)相應(yīng)減少。當(dāng)壁厚不足以進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，制造商應(yīng)提供在產(chǎn)品化學(xué)成分、矯直工藝、熱處理工藝等方面對(duì)沖擊吸收能的保證措施。表4夏比沖擊吸收能要求試驗(yàn)溫度/℃全尺寸試樣沖擊吸收能最小值/J縱向橫向000表5沖擊試樣取向及尺寸的優(yōu)先選擇順序優(yōu)先選擇順序試樣取向試樣尺寸/mm×mm1橫向10.0×10.02橫向10.0×7.53橫向10.0×5.04縱向10.0×10.05縱向10.0×7.56縱向10.0×5.0表6小尺寸試樣沖擊吸收能比例系數(shù)比例系數(shù)/%9套管材料的晶粒度應(yīng)為GB/T6394中規(guī)定的8級(jí)或更細(xì)。6.7非金屬夾雜物套管材料各部位非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表7規(guī)定(按GB/T10561表7夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果限定值規(guī)定方法檢驗(yàn))。硫化物氧化鋁硅化鹽球狀氧化物總和薄厚薄厚薄厚薄厚6.8幾何尺寸與質(zhì)量套管所有未規(guī)定偏差范圍的尺寸應(yīng)為設(shè)計(jì)的依據(jù)，不應(yīng)作為驗(yàn)收或拒收的條件。套管外徑、壁厚和質(zhì)量公差應(yīng)符合表8規(guī)定。外徑0～+1.5%D外徑不圓度D≤244.48mmD>244.48mm壁厚公差壁厚不均度質(zhì)量單根管子—3.5%wt～+8%wt18144kg以上的車載量>-1.75%wt少于18144kg的車載量>-3.5%g長(zhǎng)度范圍應(yīng)符合GB/T19830或由購(gòu)方和制造商協(xié)商確定。6.8.4外徑不圓度和壁厚不均度外徑不圓度由公式(22)計(jì)算：ov=100·(Dmax-Dmin)/DavGB/T43231—2023壁厚不均度由公式(23)計(jì)算：ec=100·(temax—tcmin)/tcave6.8.5管端直度套管偏離直線或弦高不應(yīng)超過(guò)下列規(guī)定：a)從套管一端測(cè)量至另一端總長(zhǎng)度的0.15%;b)在套管每端1.5m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的偏離距離應(yīng)不超過(guò)2.8mm。6.8.6通徑要求套管應(yīng)進(jìn)行全長(zhǎng)通徑檢驗(yàn)，并應(yīng)符合表9規(guī)定。表9通徑要求通徑棒尺寸/mm最小長(zhǎng)度最小直徑244.48～339.706.9靜水壓試驗(yàn)套管應(yīng)進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)靜水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)不低于按公式(24)計(jì)算的壓力值，數(shù)值圓整到最接近的0.5MPa,最大值為69.0MPa。靜水壓試驗(yàn)時(shí)，穩(wěn)壓時(shí)間不少于5s,且在規(guī)定的壓力試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)出現(xiàn)任何壓降。P=(2×0.85×Y?！羣)/D…………(24)對(duì)接頭密封效率低于管體的，靜水壓試驗(yàn)壓力可由制造商和購(gòu)方協(xié)商，但不應(yīng)低于規(guī)定密封壓力的80%。靜水壓試驗(yàn)可以平端、帶螺紋或螺紋和機(jī)緊接箍等形式進(jìn)行，但宜在接箍與管體上扣連接后進(jìn)行。6.10殘余應(yīng)力套管的最大環(huán)向殘余應(yīng)力宜符合表10規(guī)定。表10套管最大環(huán)向殘余應(yīng)力鋼級(jí)最大環(huán)向殘余應(yīng)力/MPa6.11抗擠強(qiáng)度套管的抗擠毀強(qiáng)度應(yīng)按照表1中的方法確定，最小抗擠強(qiáng)度值應(yīng)符合表11規(guī)定。表11套管最小抗擠強(qiáng)度規(guī)格壁厚/mm最小抗擠強(qiáng)度/MPa鋼級(jí)5555557777777777套管工況適用性評(píng)價(jià)7.1適用性評(píng)價(jià)流程頁(yè)巖油氣井套管工況適用性評(píng)價(jià)適用井型包括直井、水平井和定向斜井等，具體工況包括鉆完井、下套管、固井、復(fù)雜壓裂等，同時(shí)涵蓋陸地及海上頁(yè)巖油氣井作業(yè)環(huán)境。適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)流程如圖2所示。試樣試樣(蝶紋接頭6件，套管管休14件)(初始)上/卸扣試驗(yàn)24h購(gòu)方溫度下焙十內(nèi)壓保載密封試驗(yàn)變形后套管承載特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)報(bào)告非均勻外擠至失效試驗(yàn)溫壓交變密封試驗(yàn)內(nèi)壓至失效試驗(yàn)材料性能試驗(yàn)圖2適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)流程圖7.2.1試驗(yàn)用試樣的選擇試樣選取采用隨機(jī)抽樣的方式進(jìn)行，可由制造商和購(gòu)方送樣，也可由第三方到制造商或購(gòu)方現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽樣，試樣的來(lái)源方式應(yīng)在報(bào)告中注明。所有用于檢驗(yàn)的試樣均應(yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的備用試樣，這些試樣可用于預(yù)演試驗(yàn)，或用于替換正式檢驗(yàn)中途失敗的正式試樣，或用于重復(fù)性試驗(yàn)的平行試樣。7.2.1.2試樣的數(shù)量與分組編號(hào)所有試樣均應(yīng)進(jìn)行分組，各組中所有試樣均應(yīng)進(jìn)行編號(hào)。注：編號(hào)是為了易于區(qū)別每個(gè)試樣，同時(shí)也為了保證試驗(yàn)的正確進(jìn)行。7.2.2試樣的檢測(cè)試驗(yàn)前測(cè)量試樣的外徑、壁厚等幾何尺寸，檢驗(yàn)方法應(yīng)按GB/T19830或技術(shù)協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)對(duì)于破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)前后應(yīng)測(cè)量試樣的幾何尺寸，并記錄全部數(shù)據(jù)，測(cè)量項(xiàng)目包括試樣的外徑、壁螺紋參數(shù)主要包括錐度、螺距、齒高、密封直徑等，應(yīng)按GB/T9253及GB/T18052或技術(shù)協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行螺紋檢驗(yàn)，并記錄全部數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)取樣應(yīng)提供現(xiàn)場(chǎng)螺紋檢測(cè)數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)需要可重新測(cè)量上述螺紋參數(shù)，并記錄全部數(shù)據(jù)。對(duì)進(jìn)行壓力試驗(yàn)的試樣應(yīng)進(jìn)行超聲波、磁粉或電磁檢測(cè)中的一種或兩種，檢查其是否存在缺陷。7.3安裝要求當(dāng)采用單端上扣時(shí)夾具應(yīng)夾持在接箍不上扣的一端，應(yīng)選擇合適的夾持力，保證試樣的中心軸線和大鉗的旋轉(zhuǎn)中心線一致。大鉗鉗牙平面應(yīng)與試樣垂直，力臂和鉗牙處于同一平面，力臂與載荷傳感器呈壓力傳感器與試樣的內(nèi)壓或外壓腔體連接到一起，不應(yīng)放到加壓的孔口。位移傳感器應(yīng)固定在試樣上，測(cè)量范圍應(yīng)包含試樣連接處，不應(yīng)偏斜安裝。所有內(nèi)壓試驗(yàn)均應(yīng)在試樣內(nèi)放置芯棒，以減少試驗(yàn)壓力介質(zhì)貯能，但應(yīng)給軸向留有間隙，以保證上扣試驗(yàn)或壓縮試驗(yàn)順利進(jìn)行。7.4適用性評(píng)價(jià)技術(shù)要求7.4.1全尺寸套管實(shí)物性能管體屈服強(qiáng)度應(yīng)符合GB/T20657中套管管體軸向拉伸性能要求，并符合鉆完井過(guò)程套管強(qiáng)度安均勻分布外載作用下，套管管體外壓擠毀抗力應(yīng)達(dá)到GB/T20657中套管抗擠強(qiáng)度，并符合鉆完井下套管過(guò)程中強(qiáng)度安全要求。套管的內(nèi)壓強(qiáng)度首先應(yīng)符合GB/T20657中套管內(nèi)壓屈服強(qiáng)度；其次，應(yīng)符合多級(jí)壓裂工況壓力要首先確定套管抗剪切強(qiáng)度；其次，剪切載荷作用下，套管變形后剩余通徑應(yīng)大于井下工具外徑，確保不影響工具的順利通過(guò)。7.4.2螺紋接頭抗粘扣性能按GB/T17745規(guī)定或購(gòu)方推薦的上扣位置和/或最大扭矩控制，完成三次上扣、兩次卸扣，在上扣、卸扣過(guò)程中，管端外螺紋和接箍?jī)?nèi)螺紋均不應(yīng)出現(xiàn)粘扣現(xiàn)象。7.4.3螺紋接頭密封性能鉆完井內(nèi)壓條件下，應(yīng)保持壓力過(guò)程中套管螺紋連接密封完整，不發(fā)生泄漏。7.4.3.2.1室溫、直井井型，溫度-內(nèi)壓循環(huán)不低于50周次，峰值載荷下保持4h,谷值載荷下保持2h。溫度-內(nèi)壓交變循環(huán)過(guò)程中套管柱內(nèi)壓應(yīng)穩(wěn)定，螺紋連接密封完整，不發(fā)生泄漏；同時(shí)，套管柱應(yīng)結(jié)構(gòu)完7.4.3.2.2高溫、水平井井型，溫度-內(nèi)壓循環(huán)不低于50周次，峰值載荷下保持4h,谷值載荷下保持2h。20°/30m狗腿度彎曲加載下，溫度-內(nèi)壓交變循環(huán)過(guò)程中套管柱內(nèi)壓應(yīng)穩(wěn)定，螺紋連接密封完7.5適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)程序7.5.1全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括拉伸至失效試驗(yàn)，具體步驟及要求如下。a)對(duì)試樣施加軸向拉伸加載，拉伸至失效破壞。b)拉伸過(guò)程中記錄拉伸載荷-位移曲線。c)失效斷裂應(yīng)出現(xiàn)在套管管體上，管端-接箍之間的連接部位應(yīng)結(jié)構(gòu)完整；同時(shí)管體斷口位置附近有一定程度的頸縮現(xiàn)象。d)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)拉斷部位拍照，明確斷裂部位，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括外壓至失效試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)套管管端采用堵頭焊接封堵，在室溫下采用液體水加壓；b)對(duì)試樣施加均勻外壓直至擠毀失效(失效定義為管體壓扁或連接部位出現(xiàn)泄漏);c)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括內(nèi)壓至失效試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)給試樣加內(nèi)壓直至其失效；b)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括剪切至失效試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)確定試驗(yàn)剪切夾具，給試樣施加剪切載荷直至其失效，獲取剪切載荷-位移關(guān)系曲線(按照附錄A執(zhí)行);b)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。7.5.1.5非均勻外擠至失效試驗(yàn)全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括非均勻外擠至失效試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)確定非均勻外擠系數(shù)，給試樣施加非均勻外擠載荷直至其失效，獲取非均勻外擠載荷-位移關(guān)系曲線(按照附錄B執(zhí)行);b)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)應(yīng)包括溫壓交變疲勞試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜壓裂工況確定套管服役溫壓載荷條件(最大內(nèi)壓載荷Pmx、最小內(nèi)壓載荷Pmin、最高溫度Tmx和最低溫度Tmn);b)試驗(yàn)加載路徑如圖3和表12所示，加/卸載速率不超過(guò)35MPa/min;c)按照步驟b)循環(huán)50次，循環(huán)次數(shù)也可由購(gòu)方與制造商協(xié)商確定；d)按照7.5.1.1的試驗(yàn)流程確定循環(huán)后套管抗拉強(qiáng)度；e)按照7.5.1.2的試驗(yàn)流程確定循環(huán)后套管抗擠強(qiáng)度；f)按照7.5.1.3的試驗(yàn)流程確定循環(huán)后套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度；g)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，比對(duì)循環(huán)前后套管承載特性變化，強(qiáng)度降低幅度均不超過(guò)10%。說(shuō)明： 圖3溫壓交變疲勞試驗(yàn)加載路徑(單位周期)表12溫壓交變疲勞試驗(yàn)載荷步驟(單位周期)載荷步驟1234567溫度/℃室溫00PminPmax時(shí)間/h04——27.5.1.7變形后套管承載特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)全尺寸套管管體實(shí)物性能試驗(yàn)宜包括變形后套管承載特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，具體步驟及要求如下：a)基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，確定套管最大變形量和變形形貌；b)依據(jù)變形形貌，判斷試驗(yàn)加載方式為剪切或非均勻外擠；c)通過(guò)位移控制進(jìn)行模擬試驗(yàn)，按照7.5.1.4或7.5.1.5的試驗(yàn)程序，得到a)中套管的最大變形量和變形形貌；d)按照7.5.1.1的試驗(yàn)流程確定變形套管的剩余抗拉強(qiáng)度；e)按照7.5.1.2的試驗(yàn)流程確定變形套管的剩余抗擠強(qiáng)度；f)按照7.5.1.3的試驗(yàn)流程確定變形套管的剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度；g)分別記錄每次試驗(yàn)的結(jié)果，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括一些有代表性的失效試樣照片。7.5.2上/卸扣試驗(yàn)7.5.2.1初始上/卸扣試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)GB/T17745和GB/T21267中規(guī)定操作。上、卸扣試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)應(yīng)帶有扭矩測(cè)試儀、圈數(shù)測(cè)試儀、扭矩到位自動(dòng)控制閥，同時(shí)能自動(dòng)采集并記錄上扣扭矩、上扣圈數(shù)及上扣時(shí)間等參數(shù)，并能顯示扭矩-圈數(shù)及扭矩-時(shí)間曲線。試驗(yàn)機(jī)整機(jī)及所用的載荷傳感器、壓力傳感器等計(jì)量器具，應(yīng)經(jīng)過(guò)具有試驗(yàn)機(jī)及傳感器檢定資格的部門進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，檢定或校準(zhǔn)周期不應(yīng)超過(guò)1年，標(biāo)定或校準(zhǔn)載荷范圍內(nèi)相對(duì)誤差應(yīng)不大于士1.0%。上扣使用的螺紋脂由制造商或購(gòu)方推薦。應(yīng)由制造商給出涂抹的最多量和最少量，或者由制造商提供涂抹螺紋脂的圖片和詳細(xì)說(shuō)明。如果認(rèn)為螺紋性能不受涂抹的影響，應(yīng)予以說(shuō)明。每次上扣前均應(yīng)徹底清洗螺紋，并稱出每個(gè)螺紋應(yīng)涂抹的螺紋脂量。按最大扭矩控制上扣的螺紋，應(yīng)涂抹最多量的螺紋脂；按最小扭矩控制上扣的螺紋，應(yīng)涂抹最少量的螺紋脂。每次卸扣后，應(yīng)重新清洗內(nèi)、外螺紋。同批試驗(yàn)的所有試樣應(yīng)使用同一種螺紋脂。對(duì)于符合GB/T19830的套管螺紋，如果制造商推薦上扣扭矩，則最大扭矩、最佳扭矩和最小扭矩按制造商推薦的扭矩確定。如果未推薦，則按三角形標(biāo)記位置確定。對(duì)于特殊螺紋套管，最大扭矩、最佳扭矩和最小扭矩應(yīng)按制造商推薦的扭矩確定。對(duì)于各試樣每次上扣，應(yīng)按規(guī)定的扭矩大小控制上扣。對(duì)于規(guī)定的最大扭矩，可接受最大或更大的扭矩；對(duì)于規(guī)定最小扭矩，可接受最小或更小的扭矩。如果實(shí)際扭矩在最大或最小扭矩之間，則應(yīng)卸開螺紋重新施加扭矩上扣。上扣速度應(yīng)按制造商或購(gòu)方的推薦值，但不應(yīng)超過(guò)25r/min。宜使用垂直上扣方式進(jìn)行上、卸扣試驗(yàn)。對(duì)于接箍連接試樣，宜采用每端分別上扣方式，夾具夾持接箍的位置宜在不上扣一端，避免夾持對(duì)上扣產(chǎn)生不良影響。對(duì)于需要應(yīng)變測(cè)量的上卸扣試驗(yàn)，可采用不夾持接箍只夾持兩端管體的浮動(dòng)上扣方式。7.5.3螺紋接頭密封試驗(yàn)7.5.3.1內(nèi)壓保載密封試驗(yàn)螺紋接頭密封試驗(yàn)應(yīng)包括內(nèi)壓保載試驗(yàn)，依據(jù)GB/T21267中相關(guān)規(guī)定操作，具體步驟及要求如下：a)采用封堵套管試樣，對(duì)螺紋連接處的螺紋脂進(jìn)行焙干；b)緩慢加壓充填氣體至額定內(nèi)壓載荷，保壓10min;c)檢測(cè)套管螺紋連接處是否發(fā)生泄漏，泄漏依據(jù)內(nèi)壓泄漏檢測(cè)方法，見GB/T21267;d)記錄試驗(yàn)結(jié)果。7.5.3.2溫壓交變密封試驗(yàn)螺紋接頭密封試驗(yàn)應(yīng)包括溫壓交變密封試驗(yàn)，具體步驟同7.5.1.6a)～f),隨后按照7.5.3.1步驟進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果。如果接頭選用的標(biāo)準(zhǔn)上扣扭矩接近材料屈服強(qiáng)度所允許的最大極限，可不再做試驗(yàn)。但如果在最大上扣扭矩和屈服扭矩之間還有超過(guò)10%的安全富余，應(yīng)補(bǔ)充購(gòu)方要求的過(guò)扭矩試驗(yàn)。具體步驟及要GB/T43231—2023a)在7.5.2的上扣程序中按90%的屈服扭矩進(jìn)行2次上、卸扣試驗(yàn)；b)清洗并測(cè)量接頭；c)按90%的屈服扭矩最終上扣；d)按照7.5.3.1步驟進(jìn)行試驗(yàn)；e)記錄試驗(yàn)結(jié)果。(規(guī)范性)套管抗剪切性能評(píng)價(jià)方法套管試樣長(zhǎng)度的選取應(yīng)根據(jù)抗剪切性能評(píng)價(jià)裝置幾何尺寸決定，長(zhǎng)度宜為6000mm或4000mm兩種。具體長(zhǎng)度由制造商和購(gòu)方協(xié)商確定。圖A.1中上下剪切板安裝偏差(l?/2-l?/2)不大于5mm,進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得到套管剪切載荷與剪切變形關(guān)系曲線，如圖A.2所示。剪切試驗(yàn)以位移方式加載，當(dāng)變形套管剩余通徑與井下工具最大外徑相等時(shí)，將此時(shí)的套管變形量定義為套管允許最大變形量△Dsmx,對(duì)應(yīng)的套管允許最大應(yīng)變按照