一、套管和油管失效模式 对于套管和油管的失效模式，李鹤林[1]将油井管的失效模式用八个字概括：脱、漏、粘、 挤、破、裂、磨、蚀。也有学者[2]将套管和油管的失效模式划分为掉井失效、固井失效、接 箍开裂、粘扣失效、腐蚀磨损失效等。 结合近年来套管和油管失效的模式，为了更好的对套管和油管失效进行归类，总结其失 效的特点和规律，本文在总结和归纳的基础上，将套管和油管及其管柱的失效模式按照如下 模式进行分类：（1）断裂，如横向断裂、爆裂、螺纹疲劳断裂、应力腐蚀断裂、接箍纵裂； （2）变形，如挤毁、脱扣；（3）磨损：如粘扣、管体磨损；（4）螺纹泄露；（5）腐蚀。通 过这种划分，经常遇到的套管和油管及其管柱的失效模式就可归类为断裂、脱扣、粘扣、螺 纹泄漏和腐蚀等失效模式，具体见图 1 和图 2 所示。
情况，如图 3 所示，在 34 起套管和油管失效事故中，近年来管研院承接的套管和油管失效
分析项目呈上升趋势，特别是 2011 年上半年，套管失效分析项目是以往几年的总和还要多，
这充分说明，各油田以及工程公司近几年套管和油管失效的严重程度已经受到关注，对于套
管和油管的失效事故已经非常重视，同时也可以看出，套管和油管的失效分析涉及各方面的
图 5 给出了近几年以来套管和油管失效事故按照油井管钢级的统计情况，从图可以看
出，J55 钢级失效事故 13 起，N80 钢级失效事故 9 起，这两种钢级套管和油管失效占所有
统计失效的 65%以上，更高钢级的套管和油管的失效事故也为数不少。
失效次数 失效次数
16
14
14
管体 螺纹
12
10
10
8
6
6
螺纹根部断裂
螺纹根部断裂
管体纵向开裂
接箍纵向开裂
螺纹泄漏
接箍开裂
现场端脱扣
粘扣
工厂端脱扣
现场端脱扣
工厂端脱扣 图 1 几种典型的套管失效模式
管体夹持变形
管体纵向开裂
管体横向断裂
管体断裂
接箍开裂
外螺纹粘扣
接箍螺纹粘扣
密封面腐蚀
螺纹泄漏 图 2 几种典型的油管失效模式
管体穿孔腐蚀
二、2007 年-2011 年上半年套管和油管失效项目统计分析
0
0
油管
油井管类型
套管
失效次数
12
10
8
6
6
5
4
2
0
断裂
油管 套管
3 1
腐蚀
1 0
螺纹泄漏 失效类型
6 1
磨损
10
1 形变
图 8 套管和油管失效模式的统计情况
图 8 给出了套管和油管失效模式的统计情况，从图可以看出油管的失效模式以断裂和
磨损（粘扣）为主，这两种失效模式占到油管失效的 70%以上，而套管的失效模式则以断
一些新产品由于生产工艺还需进一步完善，未最终定型，影响到产品的最终质量，从而对于
现场使用造成安全隐患。
典型套管和油管失效案例分析
近年来，随着油田公司主营业务的快速发展，钻采新工艺、新技术的采用，对套管和油 管的质量和性能提出更高的要求，而套管和油管的质量和性能不能很好满足油气田勘探开发 需求，与油气勘探开发需求之间产生了较大的矛盾；加之在油井管质量控制方面存在一些薄 弱环节，一些质量和性能不合格的油井管产品流入油气田，由此引发一些由于质量引起的失 效事故，对油气田的正常生产带来了不利影响，也会产生一些安全隐患。以下典型套管和油 管失效案例就是很好的佐证。
关键词：套管和油管 油井管 失效模式 失效分析 适用性评价
引言
套管和油管是石油行业中重要的物资和器材，而且用量很大，在整个建井成本中平均占 25%左右[1]。套管和油管及其管柱失效将导致整个管柱不能正常生产，甚至整口井报废，塔 里木油田 DN2 系列井由于油管泄漏导致直接经济损失高达亿元。
API 螺纹由于加工简单、价格便宜而被广泛使用。随着井深的增加以及井下工况复杂化， 套管和油管及其管柱失效事故出现增长趋势，一方面套管和油管及其管柱失效分析的难度在 增大，另一方面对于传统的 API 标准套管和油管及其标准本身也提出了挑战，特别是一些 质量符合标准要求的套管和油管也出现了失效事故，例如，中石化胜利油田和中石油长庆油 田 2008 年至今就发生 API 套管接头滑脱事故 20 余起以上，接头上扣过程中发生粘扣 40 余 起，给油田造成了很大的经济损失。
失效项目数
10 油管 套管
8
6
4 2
2 0
0 2007年
4 3
2008年
8
1 2009年
年份
4
0 2010年
9 3 2011年
套管, 17, 50%
油管, 17, 50%
图 3 2007 年-2011 年上半年失效分析项目按照年度统计
图 3 给出了自 2007 年以来，中石油管研院承担的套管和油管失效分析项目数量的变化
中国石油集团石油管工程技术研究院（简称中石油管研院），包括其前身中国石油天然
气集团公司管材研究所自 2007 年到 2011 年上半年完成的 34 起套管和油管失效分析项目，
这些套管和油管失效数据仅是油田送中石油管研院进行套管和油管失效分析的数据结果统
计，送检的失效套管和油管也只是全国各大油田发生的套管和油管失效中典型的失效个例，
接成管柱的薄弱部位，是失效经常发生的地方。图 7 给出了按照螺纹形式进行统计的套管和
油管失效情况，从图 7 可以看出，长圆螺纹套管和油管的失效几乎占到失效总数的 80%。
另外，特殊螺纹接头形式套管和油管的失效也需要注意。
失效次数
12 10
断裂 腐蚀 螺纹泄漏 磨损 形变 10
8
6
6
6
5
4
3
2
1
1
1
1
图 9 给出了失效原因按照现场操作、产品质量、腐蚀等统计的情况，从图可以看出，
纯粹由于产品质量原因引起的失效占到将近 50%，另外与产品质量因素有关的失效原因结
合起来，由于产品质量造成的失效原因占到所有失效的 60%，必须引起各方面的重视。产
品质量原因，主要是生产过程中参数波动，过程控制不力导致的；同时由于生产工艺不完善，
图 5 套管和油管失效按照钢级的统计
图 4 给出了自 2007 年以来，各油田委托的套管和油管失效分析项目情况，从图可以看
出，正在处于勘探开发上升期的两个油气田的失效比其他情况油气田委托都要多，这说明随
着勘探开发的程度以及难度的增大，套管和油管的失效也在增加，这也反映了这些油气田对
于更高性能套管和油管的需求也在增加。
套管和油管失效分析及适用性评价
刘文红 申昭熙 宋生印 杨龙 （中国石油集团石油管工程技术研究院 石油管工程重点实验室 中国西安 710065）
摘要：套管和油管的安全是油气资源高效开发的基本条件和重要保障。本文通过石油管 工程技术研究院自 2007 年以来承担的套管和油管失效分析项目的数据统计分析，阐述了套 管和油管及其管柱失效的现状、失效模式、失效原因及预防措施，指出断裂、粘扣、脱扣、 螺纹泄漏以及腐蚀是几种经常遇到的失效模式，且套管失效以断裂和脱扣居多，油管失效则 以断裂和粘扣为主要模式。通过统计分析以及典型套管和油管失效分析表明，油井管的质量 问题是导致其失效事故频发的主要原因之一。据此提出了对存在疑似缺陷的套管和油管进行 适用性评价，不但可对油井管的质量是否满足相关标准要求进行判断，还可对不符合标准要 求的油井管的使用范围进行规范，提高资源利用率，避免经济损失，同时带来较大的社会效 益和经济效益。
裂和形变（脱扣）居多，且这两种失效模式占到套管失效的 90%以上。
失效频次
10
9
8
7
6
5
5
4
3
2
2
1
0
现场操作
油管 套管
9 7
3 1
腐蚀
产品质量
失效原因
6, 17%
4 2
操作+质量
7, 20% 1, 3% 4, 11%
产品质量 腐蚀 疲劳断裂
现场操作
17, 49%
操作+质量
图 9 失效原因和失效频次的相关统计
实际失效的失效数目远远大于此数据。这些失效分析涉及塔里木油田、长庆油田、大港油田
等主要油田和国内著名油井管制造企业，也有来自国外著名钢管公司的油井管产品。虽然只
是全国失效事故的少部分，但这些工作都是油田和少数厂家委托石油管工程技术研究院进行 的，可以说这些事故对油田造成了较大影响，阻碍了油气井勘探与生产的发展，所以是我国 套管和油管失效的典型案例，一定程度反映了近年来我国套管和油管失效的现状。此项工作 的主要目的是期望找到套管和油管失效的主要原因，从而采取措施尽量减少套管和油管的非 正常失效。
4
3
2
0
油管
失效类别
套管
图 6 套管和油管失效的部位
20
油管 套管
16
15
11
10
5
2
0
0
S1 特殊扣
图 7 套管和油管失效按照螺纹形式的统计
图 6 给出了套管和油管失效的部位的统计，从图 6 可以看出，油管螺纹部分的失效占到
60%以上，而套管的失效，则 80%以上与螺纹部位有关，这也说明螺纹部位是套管和油管连
失效频次
失效数目
利益越来越多，受到更多关注。
油管 套管
8
7
7
6
5
4
3
3
2
2
2
2
0
0
0
0
0
大港油田 塔里木油田 吉林油田 长庆油田 中石油其他 中石化
图 4 失效分析项目按照油田的统计
10
9
8
油管 套管