提高強(qiáng)度是調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管的發(fā)展方向

彭在美、孫永喜、張耀飛（上海鋼管行業(yè)協(xié)會(huì) 上海 200070）

上海鋼管行業(yè)協(xié)會(huì)在國內(nèi)首先編制《調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管》團(tuán)標(biāo)，筆者在此談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與體會(huì)。

1.連續(xù)油管國內(nèi)外發(fā)展簡述

連續(xù)油管（Coiled tubing，簡稱CT），是一種可以纏繞在大直徑卷筒上，長達(dá)數(shù)千米的，可以連續(xù)下入或從油井起出的，無螺紋連接的油管，因而實(shí)現(xiàn)了井下油管操作的自動(dòng)化，并可以服務(wù)于油井的各種作業(yè)，是油管產(chǎn)品的一次技術(shù)革命。（圖1-圖5）連續(xù)油管鉆井技術(shù)是美國20世紀(jì)80年代開發(fā)的，目前國外主要生產(chǎn)連續(xù)油管的國家是美國、法國和加拿大。其中美國就是以連續(xù)油管鉆井技術(shù)大力開發(fā)頁巖油氣田，導(dǎo)致美國油氣產(chǎn)量爆發(fā)性增長，成為世界第一產(chǎn)油大國。美國連續(xù)油管產(chǎn)品的生產(chǎn)及配套的作業(yè)機(jī)的制造多集中在休斯頓。正由于連續(xù)油管作業(yè)的優(yōu)勢明顯，世界連續(xù)油管及在役連續(xù)油管作業(yè)機(jī)增長迅猛。

國外制造連續(xù)油管的熱軋鋼帶其材質(zhì)有碳素鋼、調(diào)質(zhì)鋼和稀有合金，如鈦合金。我國各大油田自1977年-1999年引進(jìn)連續(xù)油管作業(yè)機(jī)共18套，當(dāng)時(shí)世界連續(xù)油管主要制造企業(yè)多集中在美國，引進(jìn)美國連續(xù)油管費(fèi)用昂貴，因此，連續(xù)油管國產(chǎn)化成為緊迫的科研和開發(fā)的課題。由于連續(xù)油管要求強(qiáng)度高、韌性好，而且在經(jīng)受反復(fù)彎曲時(shí)耐疲勞性也好，所以用HFW焊管制成連續(xù)油管時(shí)需要在技術(shù)上的重大突破。首先連續(xù)油管用的材料是微合金化的熱軋板卷，按照目前國內(nèi)板卷供應(yīng)能力，生產(chǎn)一盤長5000m左右的連續(xù)油管，一般只需要7條環(huán)焊縫，容易實(shí)現(xiàn)其焊接接頭無縫化，形成性能一致的長鋼帶，從而可靠性得到保障。

中國寶雞石油鋼管企業(yè)在核心技術(shù)上取得突破性進(jìn)展之后，2009年6月成功試生產(chǎn)出CT80級7600m?31.8mm連續(xù)油管,是亞洲成功生產(chǎn)的第一根連續(xù)油管。自此，中國連續(xù)油管國產(chǎn)化進(jìn)展日新月異，突飛猛進(jìn)，在產(chǎn)品質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)了從追趕到超越。

我國連續(xù)油管技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了引進(jìn)階段（1977-2006年），自主研發(fā)階段（2007-2010年）和推廣應(yīng)用（2011年至今）三個(gè)階段，2011年以來的簡況是擴(kuò)大應(yīng)用范圍，例如鉆井、修井、完井、測井等井下作業(yè)，具有效率高、成本低、作業(yè)范圍廣、占地面積小等一系列技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和作業(yè)優(yōu)勢，并逐步形成了以多個(gè)油田例如江漢油田、華北油田、中原油田、勝利油田等單位為主體的國產(chǎn)化制造應(yīng)用基地，國產(chǎn)設(shè)備2016年已有116臺(tái)，形成5個(gè)系列（CT70/CT80/CT90/CT100/CT110）和8種管徑(?25.4-?88.9mm)的連續(xù)油管產(chǎn)品，國產(chǎn)連續(xù)油管成為國內(nèi)市場的主體，國內(nèi)市場份額國產(chǎn)連續(xù)油管約占80%以上，并出口到中東（例如沙特）、東南亞（例如新加坡）、歐洲（例如俄羅斯）等國家和地區(qū)。由于有些高強(qiáng)度產(chǎn)品例如CT130還尚在進(jìn)口，因此，開發(fā)高強(qiáng)度連續(xù)油管是市場的迫切需求。

2.《調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管》本團(tuán)標(biāo)編制的主要依據(jù)

2.1適應(yīng)頁巖油氣市場的日益高漲的需求

隨著常規(guī)油氣井可采儲(chǔ)量的逐漸減少，頁巖氣等非常規(guī)油氣的地位日益凸現(xiàn)。中國已探明的非常規(guī)油氣藏分布廣泛，潛力巨大，中國頁巖氣可采資源量約為26×10¹²m³,和美國的28×10¹²m³大致相當(dāng)。中國川渝地區(qū)頁巖氣資源潛力達(dá)12.75萬億m³，可采資源潛力達(dá)2.05萬億m³。我國頁巖氣產(chǎn)量2020年可達(dá)300億m³，于2030年要實(shí)現(xiàn)800-1000億m³。

隨著我國能源戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，深層油氣資源占比日益增大，深井、超深井?dāng)?shù)量快速增長，四川盆地、塔里木、準(zhǔn)格爾等油田的深井、超深井?dāng)?shù)量持續(xù)增加，最深井已達(dá)8418m，對連續(xù)管下井深度提出挑戰(zhàn)。頁巖氣井以大位移水平井為主，水平段的最大長度已達(dá)6000m以上，都對連續(xù)油管的強(qiáng)度和硬度提出了新的挑戰(zhàn)。產(chǎn)品要突破國際和國家標(biāo)準(zhǔn)中最高鋼級為CT110的范圍。連續(xù)油管下井深度與強(qiáng)度及硬度的關(guān)系見表1。

表1 連續(xù)油管下井深度與強(qiáng)度及硬度的關(guān)系（安全系數(shù)為1.5 n）

國產(chǎn)低鋼級連續(xù)油管已經(jīng)不能滿足國內(nèi)市場的需求，例如CT80連續(xù)油管中?31.8mm×2.77mm，最小屈服強(qiáng)度為552Mpa，最小抗拉強(qiáng)度為621Mpa，管體密度為7853kg/m³，管體屈服載荷為13403kg,最大安全下井深度為4000m，CT80的應(yīng)用,往往很難滿足油田用戶的需求。因此，開發(fā)高鋼級連續(xù)油管，打破國外壟斷，從而增加作業(yè)深度和作業(yè)范圍，適應(yīng)不斷發(fā)展的市場需求。

2.2連續(xù)油管材質(zhì)需要向調(diào)質(zhì)型發(fā)展的技術(shù)開發(fā)

連續(xù)油管的制造工藝是以HFW（高頻焊管）工藝為基礎(chǔ)，高頻焊接主要利用高頻電流的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使焊管邊沿加熱到焊接溫度（1300℃-1500℃），在擠壓輥?zhàn)饔孟峦瓿扇廴诤附印D6。從而，焊縫及熱影響區(qū)的晶粒變得粗大，并在焊縫產(chǎn)生帶狀偏析，降低了沖擊韌性。因此，在HFW焊接工藝的熱張力減徑工序之后，對整管熱處理——調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)工藝?yán)缬胁捎茫ǜ邷兀┐慊?（中溫）回火，不僅消除了母材與焊縫之間的組織及晶粒狀態(tài)的差異，而且消除了焊縫金屬流線，消除了帶狀偏析，細(xì)化晶粒，使焊縫組織均勻，實(shí)現(xiàn)了焊縫、熱影響區(qū)和母材的組織性能的一致性，連續(xù)管沖擊韌性得到進(jìn)一步完善，提高了屈服強(qiáng)度，從而能生產(chǎn)出高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)性連續(xù)油管，實(shí)現(xiàn)了焊管物理無縫化。同時(shí)，去除內(nèi)外毛刺，實(shí)現(xiàn)了焊管幾何無縫化。

2.3高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)型油管產(chǎn)品在油井作業(yè)中經(jīng)受了考驗(yàn)，獲得用戶好評，為本團(tuán)標(biāo)制定奠定了實(shí)踐的基礎(chǔ)。

為了打破國外產(chǎn)品的壟斷，例如成功開發(fā)出國產(chǎn)CT130Q連續(xù)油管?50.8mm×4.44mm，長5700m，在某頁巖氣平臺(tái)開展下井作業(yè)，完成了刮洗井作業(yè)，傳輸分簇射孔作業(yè)，找漏堵漏作業(yè)。在高壓環(huán)境中累計(jì)安全起下油管49次，其中包括刮洗井作業(yè)12次，傳輸測井及射孔24次，下橋塞及鉆橋塞作業(yè)7次，堵漏找漏5次，強(qiáng)磁1次。管柱累計(jì)起下37×10⁴多米，累計(jì)作業(yè)超過600h，作業(yè)最高內(nèi)壓68Mpa，平均45Mpa，整體作業(yè)過程順暢，滿足施工設(shè)計(jì)要求。

有關(guān)權(quán)威檢測部門對生產(chǎn)后的連續(xù)油管取樣進(jìn)行服役后樣管性能檢測，強(qiáng)度、韌性、顯微組織、焊接性能、低周疲勞壽命以及承壓能力等評價(jià)連續(xù)油管的關(guān)鍵性指標(biāo)，都滿足要求。因此，本團(tuán)標(biāo)制定的調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管的各項(xiàng)性能指標(biāo)既趕超國內(nèi)外先進(jìn)水平，又符合當(dāng)前國內(nèi)實(shí)際。制定標(biāo)準(zhǔn)，既要體現(xiàn)先進(jìn)性，又要確保適用性。

3.《調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管》團(tuán)標(biāo)主要內(nèi)涵及其意義

3.1《調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管》團(tuán)標(biāo)主要內(nèi)涵。本團(tuán)標(biāo)體現(xiàn)了連續(xù)油管向高鋼級發(fā)展的方向，形成了CT125Q、CT140Q等高鋼級產(chǎn)品，CT140Q屈服強(qiáng)度965Mpa，即140000psi，抗拉強(qiáng)度1000 Mpa，即145000psi。

3.2《調(diào)質(zhì)型連續(xù)油管》團(tuán)標(biāo)的主要意義。①突破了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34204-2017《連續(xù)油管》和國際標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5ST《連續(xù)油管規(guī)范》中所涵蓋的連續(xù)油管產(chǎn)品最高鋼級CT110的范圍，填補(bǔ)了國內(nèi)外連續(xù)油管產(chǎn)品的空白，②本團(tuán)標(biāo)的主要起草單位信達(dá)科創(chuàng)（唐山）石油設(shè)備有限公司及寶山鋼鐵股份有限公司為非傳統(tǒng)的石油行業(yè)的企業(yè)，這就符合國家關(guān)于鼓勵(lì)非石油行業(yè)的民營及國有企業(yè)參與石油天然氣行業(yè)的開發(fā)、生產(chǎn)的政策精神，從而促進(jìn)石油天然氣行業(yè)的發(fā)展；③本團(tuán)標(biāo)的制定的基礎(chǔ)是源于信達(dá)科創(chuàng)（唐山）石油設(shè)備有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多年執(zhí)行的基礎(chǔ)上，在寶武中央研究院的技術(shù)支持下，經(jīng)過改進(jìn)、完善和提升，從而制定出本團(tuán)標(biāo)；④本團(tuán)標(biāo)通過對HFW焊管調(diào)質(zhì)處理，制造出連續(xù)油管的高強(qiáng)度、高質(zhì)量產(chǎn)品，這宣示了HFW高頻焊管提高產(chǎn)品質(zhì)量的途徑是實(shí)施全管調(diào)質(zhì)處理。