高强度CT100连续管力学性能研究

为了满足各油田用户对连续管钻井、压裂及深井、超深井开发的需求,突破国外对高强度连续管制造技术的垄断,国家石油天然气管材工程技术研究中心成功研制出首盘国产规格为Φ50.8 mm×4.44 mm CT100钢级高强度连续管。通过国家石油管材质量监督检测中心的第三方检测,其各项理化性能合格,满足API SPEC 5ST标准要求。国产CT100连续管可承受高载荷,适合深井、超深井作业,尤其在页岩气开发中进行多段压裂、钻磨桥塞等作业具有显著优势。     

超高强度CT120连续管研制及性能研究

为满足深层油气及页岩气开发需求,开发了屈服强度高于110 ksi的超高强度连续管产品。分析了超高强度连续管的制造难点,并对研制的Φ50.8 mm×4.44 mm CT120钢级连续管进行了检测分析。结果表明:CT120连续管屈服强度880 MPa,抗拉强度955 MPa,硬度小于328HV,管体焊接质量、塑性均控制较好,组织以多边形铁素体和粒状贝氏体为主,各项性能指标均满足设计要求;同时,管体具有较高的抗内、外压能力和弯曲疲劳寿命,爆破压力达200.2 MPa,挤毁压力达172.2 MPa,疲劳寿命达到192次。通过对CT120连续管综合性能研究,为该产品在油田的推广应用及作业工艺制定提供数据支撑。     

连续管全位置自动对接焊工艺和接头性能研究

为了进一步提高连续管在油田现场的使用价值和经济效益,设计了一种连续管全位置自动对接焊(自动TIG焊)工艺。采用该焊接工艺对Φ38.1 mm×3.4 mm规格CT80连续管进行了管-管对接焊,并对其焊接接头的强度、塑性、硬度及疲劳寿命进行了检测。检测结果表明,采用该焊接工艺获得的连续管管-管对焊接头,其内外焊缝成形良好,具有优良的强塑性和抗弯曲变形能力,具有较高的疲劳寿命,能满足作业现场的使用要求。     

国产CT150连续管性能研究及应用

为满足超深井、超长水平井及高压井开发对连续管强度、下入深度、承压能力提出的要求，研制开发了目前世界最高强度CT150连续管，并在油田开展应用。通过金相、力学性能和低周疲劳等试验，研究了国产CT150连续管的强度、塑性、承压能力和弯曲疲劳寿命等性能。结果显示，国产CT150连续管屈服强度为1 078 MPa，抗拉强度为1 141 MPa，硬度<363HV_1.0，伸长率为21%；Φ50.8 mm×4.0 mm规格CT150连续管爆破压力达196.2 MPa，挤毁压力达161.4 MPa，疲劳寿命达到248次。研究表明，CT150连续管具有较好的强塑性，相比同规格CT110连续管，疲劳寿命提高了1倍，承载承压能力也大幅提升，相同条件下下入深度可提高36.4%。该产品在新疆油田总计应用28口井，下井作业51次，有效减少管材螺旋自锁现象发生，显著提升长水平段的下入深度，同时具有优异的承压性能，大幅提高了作业的安全性。     

高强度CT110连续管环焊对接工艺

为了满足连续管在超长水平井中的作业需求，延长连续管使用寿命，解决连续管下入深度不足的问题，针对CT110钢级Φ50.8 mm×4.0 mm连续管，设计了合理的环焊对接工艺，并进行了焊接接头的检测评价。结果表明，该工艺下焊接接头的强度可达835 MPa以上，疲劳寿命达到母材的36%～50%，并具有良好的塑性及抗内压等力学性能，可满足现场施工需要。现场采用该焊接工艺，将两盘长度为4 500 m、规格为Φ50.8 mm×4.0 mm的CT110连续管进行对接后在长庆油田某井中完成了水平井通洗井作业和首段射孔作业，均取得了良好的效果。     

中俄东线X80钢级Φ1422 mm×30.8 mm钢管理化性能研究

为了系统地掌握我国生产的中俄东线X80钢级Φ1 422 mm×30.8 mm钢管的性能水平,通过力学性能试验、化学成分及显微组织分析等方法,研究了用于中俄东线天然气管道项目的 X80钢级Φ1 422 mm×30.8 mm钢管及钢板理化性能,对采用不同厂家钢板制造的钢管理化性能进行了对比分析。结果表明,中俄东线X80钢级Φ1 422 mm×30.8 mm钢管具有优良的理化性能,尤其是-5℃条件下的DWTT性能十分优良。由于钢板制造工艺的差异,各厂家钢板及所制钢管理化性能存在一定的差异,这种差异主要与显微组织有关。     

国产CT130连续管性能及现场应用

为了满足我国深井、超深井及页岩气开发对高强度连续管的需求,开展了CT130连续管的研制。分析了研制的Φ50.8 mm×4.44 mm国产CT130连续管的强度、塑性、承压能力、弯曲疲劳寿命等性能,并介绍了该产品在某页岩气平台的现场应用情况。性能分析结果显示,国产CT130连续管具有强度高、 抗压高、疲劳寿命长等优点。将国产CT130连续管在高压环境中累计安全起下油管49次,疲劳寿命预测软件显示管材平均累计疲劳损伤率为33%,取管体端部样品进行检测,样管性能无明显衰减。性能分析及现场应用表明,国产CT130连续管可实现同类型进口产品的替代。该研究可为促进国产CT130连续管在油田的推广应用提供数据支撑。     

国产CT130变壁厚连续管性能及现场应用

为了进一步推广国产CT130变壁厚连续管产品,促进国产CT130变壁厚连续管的应用,对规格为Φ50.8 mm×(4.44～4.80)mm国产CT130变壁厚连续管不同壁厚处的微观组织及力学性能进行分析检测。结果表明,国产CT130变壁厚连续管不同壁厚组织以细晶板状铁素体+粒状贝氏体+珠光体为主,且母材与焊缝组织的性能基本一致,平均屈服强度均超过980 MPa,平均抗拉强度均超过980 MPa,硬度为306HV_1.0～366HV_1.0,抗内压强度为176.4 MPa,抗外压强度为223.3 MPa;同时,当内压为34.47MPa时,其疲劳寿命均值为219次,表现出良好的抗挤毁性能。从而说明国产CT130变壁厚连续管的各项性能均满API SPEC 5ST标准要求。     

国产超高强度CT110连续管组织与性能

为了发挥CT110超高强度连续管在深井、超深井及大位移水平井增产和稳产过程中的应用以及在页岩气分段压裂、钻磨桥塞等作业中的优势,对国产CT110钢级连续管的组织与性能进行了分析。结果表明,CT110连续管整体性能良好,强度、硬度等性能指标均满足API SPEC 5ST标准要求,且强度和塑性匹配良好,综合性能达到较好水平,同时国产CT110连续管主要性能指标达到或优于同规格进口CT110连续管。     

高尺寸精度深水钻井隔水管用直缝埋弧焊管性能研究

为了适应恶劣深海服役工况和复杂作业因素对深水钻井隔水管力学性能及外观尺寸精度的严格要求,研制了X80钢级Φ533.4 mm×25.4 mm深水钻井隔水管用直缝埋弧焊管,并按照相关标准要求对试制钢管的力学性能和外观几何尺寸进行了检测。检测结果表明,试制钢管不但具有高强度、强低温韧性及低硬度等特点,而且钢管的直径、椭圆度、壁厚、直线度等外观几何尺寸也得到严格控制,钢管的力学性能和尺寸精度均达到研制目标要求。     

Φ31.8mm连续油管断裂失效分析

为了预防和减少连续油管在油田作业环境下发生的失效事故,提高连续油管的使用寿命,通过理化性能检验、微观组织分析和能谱分析等方法,对某油田80钢级Φ31.8 mm×3.18 mm断裂失效连续油管进行了分析。结果表明,该连续油管在受到自重产生的拉应力、周期性的塑性应变和井内酸性腐蚀环境的共同作用下,发生应力腐蚀开裂,导致连续油管断裂失效。最后给出了提高连续油管使用寿命的建议。     

连续油管在酸性环境下的弯曲疲劳寿命研究

为了准确评价连续油管在酸性环境下的腐蚀疲劳寿命,对CT80钢级Φ38.1 mm×3.18 mm的连续油管管段在不同条件下进行了弯曲腐蚀疲劳试验。结果显示:经过酸性腐蚀环境的浸泡后,连续油管的弯曲疲劳寿命显著下降,约为大气环境下弯曲疲劳寿命的34.6%~45.2%,其平均值约为39.7%;对于未出现HIC的连续油管,在酸性腐蚀环境下起下不同井次后,连续油管的总疲劳寿命相近。连续油管经腐蚀浸泡取出在大气环境中放置24 h后,氢原子从连续油管管体溢出,塑性部分回升,约为大气环境下弯曲疲劳寿命的68.9%。     

全管体扩径对X80螺旋埋弧焊管力学性能影响规律研究

采用全管体扩径技术,研究了X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管扩径前后力学性能的变化情况。结果表明,随着扩径率的增大,屈服强度和抗拉强度均有不同程度的增加,屈强比也随之增大,冲击韧性略有下降,DWTT性能变化不明显。在扩径率为0.88%情况下,管体横向屈服强度提高了15.2%,抗拉强度提高了5.8%,屈强比增大了9.8%;管体横、纵向屈服强度一致性提高了51.8%。总体上通过全管体扩径,管材力学性能的一致性得到进一步提高。     

大直径超厚Φ1 422 mm×25.4 mm螺旋埋弧焊管开发

通过低碳高Nb＋Mo/Ni合金设计理念,采用粗轧低温快轧技术,成功开发出典型的针状铁素体型X80级Φ1 422 mm×25.4 mm大直径超厚螺旋缝埋弧焊管用热轧卷板。在制管过程中采用低残余应力成型技术,结合适度增加水压压力,管体内表面和外表面环向应力都低于80 MPa,并通过试验确定了厚壁管材焊接过程中的最佳热输入线能量。对试制后的X80级Φ1 422 mm×25.4 mm螺旋埋弧焊管进行理化性能检测,结果显示,管体屈服强度为556～615 MPa,抗拉强度为648～655 MPa,焊接接头拉伸强度≥669 MPa,0 ℃下,母材、HAZ和焊缝夏比冲击性能都在150 J以上,母材DWTT剪切面积94%,且管体和焊接接头硬度最大值仅255HV10。检测结果表明,试制的X80级Φ1 422 mm×25.4 mm管材具有良好的力学性能,且理化性能全部符合API SPEC 5L标准要求。     

N08825/L450MS复合管焊缝组织性能及抗腐蚀特性研究

为了解决油田严苛服役条件下管材的耐腐蚀问题,采用拉伸试验、夏比冲击试验、DWTT、弯曲试验、硬度测试、金相分析以及晶间腐蚀试验、HIC试验、SSCC试验等方法 ,对Φ610 mm×20.5(3+17.5)mm规格N08825/L450MS双金属复合管焊缝的力学性能、微观组织和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,试验焊缝的各项力学性能均满足相关标准要求;覆层焊缝中心区金相组织呈等轴状树枝晶形态,边缘呈柱状树枝晶形态,均为奥氏体+铁素体;复合管覆层母材和焊缝抗晶间腐蚀和点蚀性能优良,基层母材及焊缝对HIC和SSCC不敏感,可满足含有H2S和CO2等强腐蚀油气介质的集输要求。     

S135钢级Φ139.7 mm钻杆管体断裂失效分析

为保证钻井安全生产,采用力学性能试验、金相显微组织分析、断口宏观和微观分析等方法,并结合现场钻机工况,对某Φ139.7 mm×10.54 mm、S135钢级钻杆管体断裂失效原因进行了分析。分析结果表明,钻杆管体各项参数符合标准要求,钻杆管体断裂属于过载断裂,主要原因是钻杆所受载荷超过钻杆管体本身抗拉能力所致。为了避免同类失效事故的发生,提出采用1 138 MPa钢级钻杆和增加管体壁厚的方案,来增加钻杆的抗拉、抗扭能力,实现钻井现场安全生产的目的。     

110 ksi钢级连续油管刺漏失效分析

为了探寻连续油管刺漏失效的原因,以某油田110 ksi钢级Φ50.8 mm×5.2 mm连续油管刺漏样品为研究对象,进行了微观组织分析、化学成分分析、力学性能试验、金相检验和断口分析。结果显示,失效连续油管的化学成分、拉伸性能、硬度检验结果等均符合API SPEC 5ST的要求,夹杂物等级较低,金相组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏,组织均匀,无异常。分析指出,刺漏失效是连续油管在使用过程中,机械损伤和疲劳循环载荷共同作用的结果;油田现场应加强作业过程的管理和监控,避免因操作不当造成连续油管损伤,是防止连续油管失效,提高连续油管使用寿命的关键。