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提高强度是调质型连续油管的发展方向

2022-09-15 上海钢管行业协会 阅读

提高强度是调质型连续油管的发展方向

彭在美、孙永喜、张耀飞(上海钢管行业协会 上海 200070)

 

上海钢管行业协会在国内首先编制《调质型连续油管》团标,笔者在此谈几点认识与体会。

 

1.连续油管国内外发展简述

连续油管(Coiled tubing,简CT),是一种可以缠绕在大直径卷筒上,长达数千米的,可以连续下入或从油井起出的,无螺纹连接的油管,因而实现了井下油管操作的自动化,并可以服务于油井的各种作业,是油管产品的一次技术革命。(图1-5)连续油管钻井技术是美国20世纪80年代开发的,目前国外主要生产连续油管的国家是美国、法国和加拿大。其中美国就是以连续油管钻井技术大力开发页岩油气田,导致美国油气产量爆发性增长,成为世界第一产油大国。美国连续油管产品的生产及配套的作业机的制造多集中在休斯顿。正由于连续油管作业的优势明显,世界连续油管及在役连续油管作业机增长迅猛。

图片1.png 

国外制造连续油管的热轧钢带其材质有碳素钢、调质钢和稀有合金,如钛合金。我国各大油田自1977年-1999年引进连续油管作业机共18套,当时世界连续油管主要制造企业多集中在美国,引进美国连续油管费用昂贵,因此,连续油管国产化成为紧迫的科研和开发的课题。由于连续油管要求强度高、韧性好,而且在经受反复弯曲时耐疲劳性也好,所以用HFW焊管制成连续油管时需要在技术上的重大突破。首先连续油管用的材料是微合金化的热轧板卷,按照目前国内板卷供应能力,生产一盘长5000m左右的连续油管,一般只需要7条环焊缝,容易实现其焊接接头无缝化,形成性能一致的长钢带,从而可靠性得到保障。

中国宝鸡石油钢管企业在核心技术上取得突破性进展之后,2009年6月成功试生产出CT80级7600mØ31.8mm连续油管,是亚洲成功生产的第一根连续油管。自此,中国连续油管国产化进展日新月异,突飞猛进,在产品质量上实现了从追赶到超越。

我国连续油管技术的发展经历了引进阶段(1977-2006年),自主研发阶段(2007-2010年)和推广应用(2011年至今)三个阶段,2011年以来的简况是扩大应用范围,例如钻井、修井、完井、测井等井下作业,具有效率高、成本低、作业范围广、占地面积小等一系列技术优点和作业优势,并逐步形成了以多个油田例如江汉油田、华北油田、中原油田、胜利油田等单位为主体的国产化制造应用基地,国产设备2016年已有116台,形成5个系列(CT70/CT80/CT90/CT100/CT110)8种管径(Ø25.488.9mm)的连续油管产品,国产连续油管成为国内市场的主体,国内市场份额国产连续油管约占80%以上,并出口到中东(例如沙特)、东南亚(例如新加坡)、欧洲(例如俄罗斯)等国家和地区。由于有些高强度产品例如CT130还尚在进口,因此,开发高强度连续油管是市场的迫切需求。

2.《调质型连续油管》本团标编制的主要依据

2.1适应页岩油气市场的日益高涨的需求

随着常规油气井可采储量的逐渐减少,页岩气等非常规油气的地位日益凸现。中国已探明的非常规油气藏分布广泛,潜力巨大,中国页岩气可采资源量约为26×1012m3,和美国的28×1012m3大致相当。中国川渝地区页岩气资源潜力达12.75万亿m3,可采资源潜力达2.05万亿m3。我国页岩气产量2020年可达300亿m3,于2030年要实现800-1000亿m3

随着我国能源战略持续推进,深层油气资源占比日益增大,深井、超深井数量快速增长,四川盆地、塔里木、准格尔等油田的深井、超深井数量持续增加,最深井已达8418m,对连续管下井深度提出挑战。页岩气井以大位移水平井为主,水平段的最大长度已达6000m以上,都对连续油管的强度和硬度提出了新的挑战。产品要突破国际和国家标准中最高钢级为CT110的范围。连续油管下井深度与强度及硬度的关系见表1。

1 连续油管下井深度与强度及硬度的关系(安全系数为1.5 n)

强度级别/ksi

理论最大下井深度/m

硬度/HRC

90

5373

22

100

5971

28

110

6569

30

120

7617

34

130

7765

37

国产低钢级连续油管已经不能满足国内市场的需求,例如CT80连续油管中Ø31.8mm×2.77mm,最小屈服强度为552Mpa,最小抗拉强度为621Mpa,管体密度为7853kg/m3,管体屈服载荷为13403kg,最大安全下井深度为4000mCT80的应用,往往很难满足油田用户的需求。因此,开发高钢级连续油管,打破国外垄断,从而增加作业深度和作业范围,适应不断发展的市场需求。

图片2.png2.2连续油管材质需要向调质型发展的技术开发

连续油管的制造工艺是以HFW(高频焊管)工艺为基础,高频焊接主要利用高频电流的趋肤效应和邻近效应,使焊管边沿加热到焊接温度(1300℃-1500℃),在挤压辊作用下完成熔融焊接。图6。从而,焊缝及热影响区的晶粒变得粗大,并在焊缝产生带状偏析,降低了冲击韧性。因此,在HFW焊接工艺的热张力减径工序之后,对整管热处理——调质处理,调质工艺例如有采用(高温)淬火+(中温)回火,不仅消除了母材与焊缝之间的组织及晶粒状态的差异,而且消除了焊缝金属流线,消除了带状偏析,细化晶粒,使焊缝组织均匀,实现了焊缝、热影响区和母材的组织性能的一致性,连续管冲击韧性得到进一步完善,提高了屈服强度,从而能生产出高强度调质性连续油管,实现了焊管物理无缝化。同时,去除内外毛刺,实现了焊管几何无缝化。

2.3高强度调质型油管产品在油井作业中经受了考验,获得用户好评,为本团标制定奠定了实践的基础。

为了打破国外产品的垄断,例如成功开发出国产CT130Q连续油管Ø50.8mm×4.44mm,长5700m,在某页岩气平台开展下井作业,完成了刮洗井作业,传输分簇射孔作业,找漏堵漏作业。在高压环境中累计安全起下油管49次,其中包括刮洗井作业12次,传输测井及射孔24次,下桥塞及钻桥塞作业7次,堵漏找漏5次,强磁1次。管柱累计起下37×104多米,累计作业超过600h,作业最高内压68Mpa,平均45Mpa,整体作业过程顺畅,满足施工设计要求。

有关权威检测部门对生产后的连续油管取样进行服役后样管性能检测,强度、韧性、显微组织、焊接性能、低周疲劳寿命以及承压能力等评价连续油管的关键性指标,都满足要求。因此,本团标制定的调质型连续油管的各项性能指标既赶超国内外先进水平,又符合当前国内实际。制定标准,既要体现先进性,又要确保适用性。

3.《调质型连续油管》团标主要内涵及其意义

3.1《调质型连续油管》团标主要内涵。本团标体现了连续油管向高钢级发展的方向,形成了CT125QCT140Q等高级产品,CT140Q屈服强度965Mpa140000psi,抗拉强度1000 Mpa145000psi

3.2《调质型连续油管》团标的主要意义。突破了国家标准GB/T 34204-2017《连续油管》和国际标准API SPEC 5ST《连续油管规范》中所涵盖的连续油管产品最高钢级CT110的范围,填补了国内外连续油管产品的空白,本团标的主要起草单位信达科创(唐山)石油设备有限公司及宝山钢铁股份有限公司为非传统的石油行业的企业,这就符合国家关于鼓励非石油行业的民营及国有企业参与石油天然气行业的开发、生产的政策精神,从而促进石油天然气行业的发展;本团标的制定的基础是源于信达科创(唐山)石油设备有限公司的企业标准,在企业标准多年执行的基础上,在宝武中央研究院的技术支持下,经过改进、完善和提升,从而制定出本团标;本团标通过对HFW焊管调质处理,制造出连续油管的高强度、高质量产品,这宣示了HFW高频焊管提高产品质量的途径是实施全管调质处理。


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