CN104451427A

CN104451427A - 一种无焊接缺陷连续油管及制造方法

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Publication number: CN104451427A
Application number: CN201410674059.9A
Authority: CN
Inventors: 毕宗岳; 鲜林云; 张锦刚; 余晗; 张万鹏; 张晓峰; 李博锋; 李鸿斌; 汪海涛
Original assignee: Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CN104451427B

Abstract

本发明公开了一种无焊接缺陷连续油管及制造方法，按照质量百分比：C:0.08～0.17；Mn:0.60～0.90；P:≤0.013；S:≤0.005；Si：0.30～0.45；Cr:0.40～0.60；Ni:≤0.10；Cu:≤0.40；Mo:0.08～0.15；Nb:0.02～0.04；V:0.02～0.04；余量为铁。所述无焊接缺陷连续油管的屈服强度为359MPa-896MPa，外径Φ25.4mm-Φ88.9mm，壁厚1.9mm-8mm，长度大于61米。提高连续管在硫化氢环境中的抵抗氢致开裂和硫化氢应力腐蚀能力，从而提高连续管在更深的井深条件下进行作业的安全性。

Description

一种无焊接缺陷连续油管及制造方法

技术领域：

本发明属于石油天然气管材技术领域，涉及一种连续油管及制造方法，尤其是一种无焊接缺陷连续油管及制造方法。

背景技术：

连续管(CT，Coiled tubing)是相对于以螺纹连接的常规油管而言，是一种具有高强度、高塑性和一定抗腐蚀性能的单根长度可达近万米的新型油气管材，是连续管作业机的关键部件，也是连续管作业得以开展的核心部件。连续管作业基本涵盖了油气田修井、测井、钻井、完井、油气输送等作业领域，连续管及其作业机有“万能作业机”之美誉。特别是在深井、水平井、分支井作业及非常规天然气钻采中具有常规油井管无可比拟的优势。

连续管作业井深达到2000～8000米，并且需要在20～80MPa内压条件下承受反复的拉、压、扭、弯、挤、磨等复合载荷，变形量2～3％，同时井下温度高达100～200℃，并含有H₂S、CO₂等腐蚀介质。使用工况对管材的强度、塑性、焊接性和抗蚀性具有极高的要求，制造难度极大。

“一种高强度高塑韧性连续油管制造方法”(CN 101898295)公开了一种连续管制造方法。但是，该方法存在以下问题：(1)钢带对接位置缺乏合理处理，使钢带对接的位置成为整个连续管的薄弱环节，使得性能不连续；(2)采用公开的热处理方法对高频焊焊缝的组织、性能优化效果有限、或管材几何尺寸难以保证、或残余应力无法彻底消除。

已公开的连续管用钢的专利涉及CT70、CT80、CT90等钢级，但是由于连续管制造工艺对板材性能要求较高。已公开连续管用钢必须与特定的工艺相匹配，才能制造出性能符合相关要求的连续油管。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种无焊接缺陷连续油管及制造方法，提高连续管在硫化氢环境中的抵抗氢致开裂和硫化氢应力腐蚀能力，从而提高连续管在更深的井深条件下作业的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种无焊接缺陷连续油管，按照质量百分比：C:0.08～0.17；Mn:0.60～0.90；P:≤0.013；S:≤0.005；Si：0.30～0.45；Cr:0.40～0.60；Ni:≤0.10；Cu:≤0.40；Mo:0.08～0.15；Nb:0.02～0.04；V:0.02～0.04；余量为铁。

所述无焊接缺陷连续油管的屈服强度为359MPa-896MPa，外径Φ25.4mm-Φ88.9mm，壁厚1.9mm-8mm，长度大于61米。

所述无焊接缺陷连续油管的焊缝与母材具有相近的组织和性能。

所述无焊接缺陷连续油管的制造方法，步骤如下：

(1)首先将板坯加热到1200℃温度；然后进行粗轧、精轧，终轧温度为780℃～880℃；卷曲温度400-600℃；板材制备采用多道次TMCP工艺轧制而成；

(2)根据拟制造的连续管尺寸将钢卷纵剪为一定尺寸的钢带，将钢带两端沿同一方向斜切成一定角度，并加工成I型、V型或U型坡口，并将前后壁厚相同或壁厚不同的两条钢带的头尾的切口精确拼接，并在切口两侧焊接引弧板和息弧板，然后采用搅拌摩擦焊、等离子焊或氩弧焊将其焊接；

(3)清理焊渣后，将焊缝及热影响区加热到奥氏体温度以上，然后使其自然冷却至两相区对其进行热轧制或冲压或锻压，并对热轧制区域进行退火；切掉引弧板和息弧板，并对热轧制区域进行修磨；

(4)通过若干次以上步骤使钢带达到所需长度；根据管径、壁厚将钢带板边连续刨成I型、V型或X型坡口，采用UOE工艺成型，根据连续管的规格和壁厚调整成型角、挤压量，采用高频焊、等离子焊、氩弧焊或激光焊焊接成管；

(5)焊接完成后，将焊缝局部加热到AC3以上，并采用挤压辊对其管材采用定径的方式对焊缝施加一定的形变量，随后对其淬火；在淬火完后，采用中频或其他快速加热方式，将整管加热到两相区，热透后对其进行控制冷却，从而达到改善整体性能的目的；对管材进行去应力退火处理。

所述的制造方法，对有一定余高的钢带对接接头进行热轧制，使焊缝与母材具有相近的组织和性能，使制造的连续管的组织和性能在长度方向上保持了高度的一致。

本发明的有益效果在于：

所发明的连续管具有以下特性：

(1)通过热轧制方法对接头进行热处理，使其与母材具有相近的组织和性能，使制造的连续管的组织和性能在长度方向上保持了高度的一致。

(2)优化了管材纵向焊缝的组织性能，可大幅提高管材的承压能力及疲劳寿命。

(3)采用该方法可生产壁厚渐变的连续管。

(4)制造的连续油管耐蚀性符合NACE MR 01-75标准要求。

(5)该发明具有优异的强度、塑性、焊接性、抗蚀性及良好的低周疲劳特性，可满足油气井修井、测井、钻井、完井、油气输送等作业领域的应用。

附图说明：

图1为本发明的热轧制前焊缝组织金相图；

图2为本发明的焊缝热轧制后组织形貌金相图；

图3为本发明的母材组织金相图；

图4为本发明的纵向焊缝金相图；

图5为本发明的处理后的纵向焊缝金相图；

图6为本发明的维氏硬度压痕位置图。

具体实施方式：

下面对本发明做进一步详细描述：

本发明采取的技术方案是：

A板材设计：

根据以下化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯：

板材设计采用低碳微合金钢设计体系，硫含量控制在0.005％以内，Ni含量小于1％。

将板坯加热温度：1200℃；终轧温度：780℃～880℃；冷却方式：喷水加速冷却，空冷，卷曲温度400-500℃，最后制成长度超过500米的卷材。

B：制管

(1)轧制出规定壁厚和宽度的热轧钢卷，并根据拟制造的连续管尺寸将钢卷纵剪为一定尺寸的钢带，将钢带两端沿同一方向斜切成一定角度，并加工成I型或V型或U型坡口。将前后壁厚相同或壁厚不同的两条钢带的头尾切口精确拼接，并在切口两侧焊接引弧板和息弧板，然后采用搅拌摩擦焊、等离子焊或氩弧焊等方法将其焊接。清理焊渣后，对焊缝及热影响区进行热轧制或冲压或锻压，对热轧制后的焊缝进行退火。焊接完成后切掉引弧板和息弧板，并对焊缝形貌进行修磨。

(2)通过若干次以上步骤使钢带达到所需长度。根据板材壁厚的不同，将接长后的钢带板边连续刨成I型或V型或X型等不同类型坡口，以确保焊接面的形状和清洁度，采用UOE方法成型，根据拟生产的连续管的规格和壁厚调整成型角、挤压量，采用高频焊、等离子焊、氩弧焊或激光焊等方法焊接成管。

(3)为了改善焊缝质量，焊接完成后，将焊缝局部加热到AC3以上，并采用挤压辊对其管材采用定径的方式对焊缝施加一定的形变量，随后对其淬火；在淬火完后，采用中频或其他快速加热方式，将整管加热到两相区，热透后对其进行控制冷却，从而达到改善整体性能的目的。最后，对管材进行去应力退火处理。

(4)将退火处理后的管材连续缠绕至芯径大于管径30倍的卷筒上，并通过重绕检验，质量合格后缠绕到运输卷筒上备用。

(5)通过该方法可制造外径Φ25.4mm-Φ88.9mm，壁厚1.9mm-8mm的连续管，强度涵盖CT52-CT120(屈服强度359MPa-896MPa)。

实施案例1：

(1)设计了如下成分的钢坯：

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr+Mo+Ni+Nb+Ti+Cu
							设计要求	0.100	0.381	0.80	0.006	0.004	0.92

将上述钢坯轧制成为1120×3.18mm的钢卷，将其根据Φ38.1×3.18mm的连续管所需板宽，纵剪成钢带。

将纵剪后的钢带两端沿45度斜切，然后采用TIG焊方法焊接，并对焊缝进行热轧制和退火处理。将该钢带进行连续的UOE成型、焊接后经过适当的热处理后，缠绕至卷筒上，对其进行全面的性能检测分析。结果表明，连续管管体和斜焊对接接头的屈服强度分别为647MPa(整管拉伸)和656MPa(整管拉伸)，最大硬度243HV(21HRC)，小于22HRC(248HV)。***压力大于120MPa，在77.4MPa下保压15min无泄漏。

维氏硬度实验结果

压痕位置	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										硬度值(HV₁₀)	213	223	219	215	210	215	233	233	225
压痕位置	10	11	12	13	14	15	16	17	18
										硬度值(HV₁₀)	229	231	221	214	219	218	218	219	214

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种无焊接缺陷连续油管，其特征在于，按照质量百分比：C:0.08～0.17；Mn:0.60～0.90；P:≤0.013；S:≤0.005；Si：0.30～0.45；Cr:0.40～0.60；Ni:≤0.10；Cu:≤0.40；Mo:0.08～0.15；Nb:0.02～0.04；V:0.02～0.04；余量为铁。

2.如权利要求1所述无焊接缺陷连续油管，其特征在于：所述无焊接缺陷连续油管的屈服强度为359MPa-896MPa，外径Φ25.4mm-Φ88.9mm，壁厚1.9mm-8mm，长度大于61米。

3.如权利要求1所述无焊接缺陷连续油管，其特征在于：所述无焊接缺陷连续油管的焊缝与母材具有相近的组织和性能。

4.一种基于权利要求1、2或3所述无焊接缺陷连续油管的制造方法，其特征在于，步骤如下：

(2)根据拟制造的连续管尺寸将钢卷纵剪为一定尺寸的钢带，将钢带两端沿同一方向斜切成一定角度，并加工成I型、V型或U型坡口，并将前后壁厚相同或壁厚不同的两条钢带的头尾切口精确拼接，并在切口两侧焊接引弧板和息弧板，然后采用搅拌摩擦焊、等离子焊或氩弧焊将其焊接；

5.一种基于权利要求4所述的制造方法，其特征在于：对有一定余高的钢带对接接头进行热轧制，使焊缝与母材具有相近的组织和性能，使制造的连续管的组织和性能在长度方向上保持了高度的一致。

6.一种基于权利要求4所述的制造方法，其特征在于：焊接完成后，将焊缝局部加热到AC3以上，并采用挤压辊对其管材采用定径的方式对焊缝施加一定的形变量，随后对其淬火；淬火后，采用中频或其他快速加热方式，将整管加热到两相区，热透后对其进行控制冷却，从而达到改善整体性能的目的；最后，对管材进行去应力退火处理。