連續(xù)油管用鋼研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB北京科技大學材料科學與工程學院劉雅政Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB目錄一、連續(xù)油管概述三、連續(xù)油管及其用鋼發(fā)展趨勢二、馬鋼非調(diào)質(zhì)CT80連續(xù)油

2、管用鋼開發(fā)Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB一、連續(xù)油管概述連續(xù)油管（連續(xù)油管（Coiled Tubing，簡稱，簡稱CT） 由若干段長度在百米以上的柔性管通過對焊或斜焊工藝焊接而成的無接頭連續(xù)管，長度一般達幾百米至幾千米； 相對于常規(guī)單根螺紋連接油管而言的，又稱為撓性油管、蛇形管或盤管。 連續(xù)管在修井、測井、鉆井、完井，以及井場集輸管線、海洋管線等得到廣泛應用。連續(xù)油管與普通油井管相比

3、，連續(xù)管具有以下優(yōu)勢:u無螺紋連接，作業(yè)可靠性和安全性高；u搬遷安裝快捷，大幅提高作業(yè)效率；u可以不停產(chǎn)帶壓作業(yè)；u作業(yè)現(xiàn)場占地少，靈活方便u作業(yè)成本大幅降低，可節(jié)省50%-70的費用。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB鉆井分層酸化腐蝕沖洗洗井陸地海洋連續(xù)油管應用Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLa

4、b of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBl連續(xù)管技術(shù)在北美及發(fā)達地區(qū)得到了快速發(fā)展和廣泛應用。到2010年，全球已有1778余臺CTU，中國49臺。l在北美地區(qū)，連續(xù)油管應用最為廣泛，年消耗量占全球的60%以上，年增長率10%-15%。 國外快速發(fā)展、廣泛應用；國內(nèi)發(fā)展緩慢，但市場空間大，隨著連續(xù)油管技術(shù)發(fā)展，國產(chǎn)連續(xù)油管用鋼需求量勢必會逐漸增大。連續(xù)油管發(fā)展現(xiàn)狀Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials

5、Forming Theory and Quality Control MSE, USTB連續(xù)油管作業(yè)過程Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB第1次彎曲第2次彎曲第3次彎曲連續(xù)油管作業(yè)裝置（連續(xù)油管作業(yè)裝置（CTU）示意圖）示意圖連續(xù)石油管在使役時，承受著反復的彎曲變形，需要承受大量的塑性變形低屈強比連續(xù)油管在一次循環(huán)中應力都達到材料的屈服點，在這種交變應力（或應變）的反復作用下極易萌生裂紋

6、、擴展并導致斷裂，以低周疲勞失效方式而斷裂高的低周疲勞性能連續(xù)油管的壽命還與腐蝕因素有關(guān)高的抗腐蝕性能屈強比越低，材料從開始塑性變形到斷裂所需要的形變量越大，提高了塑性變形能力，可有效緩解因過載而產(chǎn)生的應力集中連續(xù)油管在使用時，承受著反復的彎曲變形，每次拉起、送入下井、使用完成這一過程都承受6次彎曲連續(xù)油管性能要求Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBCT80表示最小屈服強度為80000ps

7、i美制強度單位（80000psi相當于555MPa）的連續(xù)油管。鋼水、夾雜物控制純凈度鋼水、夾雜物控制純凈度 材料具有較高的抗疲勞開裂性能，因此要求鋼水的純凈度較高，A、B、C、D夾雜物級別均要求不大于0.5。力學性能指標力學性能指標屈服強度抗拉強度延伸率屈強比560MPa621MPa24.5%0.88關(guān)鍵控制技術(shù)關(guān)鍵控制技術(shù)（1）化學成分優(yōu)化設(shè)計；（2）滿足質(zhì)量要求的純凈度鋼生產(chǎn)、夾雜物控制技術(shù)；（3）滿足高強度、低屈強比性能的微觀組織結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制關(guān)鍵技術(shù)；（4）控軋控冷非調(diào)質(zhì)生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化；主要包括：加熱溫度、終軋溫度、軋后冷卻速度、變形量和變形速率等；CT80連續(xù)油管用鋼性能指標La

8、b of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB相變規(guī)律研究控軋控冷熱模擬實驗組織性能控制的中試軋制實驗成分設(shè)計現(xiàn)場大生產(chǎn)連續(xù)油管性能二、馬鋼非調(diào)質(zhì)CT80連續(xù)油管用鋼開發(fā)開發(fā)思路Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control M

9、SE, USTB連續(xù)油管反復彎曲要求其具有較好的塑性變形較好的塑性變形能力能力，因此連續(xù)油管用鋼應具有高強度、低屈高強度、低屈強比性能特點強比性能特點。是CT80板卷生產(chǎn)中的。高的屈服強度和抗拉強度；但通常兩者的差值不大，因此屈強比相對較高。單一組織的鋼兩種或多種不同強度相的鋼在塑性變形過程中軟相先發(fā)生屈服，在進一步的形變過程中硬相可提高抗拉強度，使鋼的屈服強度較低而抗拉強度較高，屈強比較低。顯微組織設(shè)計顯微組織設(shè)計兩相材料的應力-應變曲線（硬相及軟相應變過程的3階段模型）通過實驗室控軋控冷熱模擬實驗及實驗室軋制實驗結(jié)果，確定CT80連續(xù)油管由構(gòu)成。針對CT80連續(xù)油管的特殊性能要求，如何通過

10、及來控制以達到性能指標是課題開發(fā)的。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB第一輪現(xiàn)場試制成分 中試試驗中，在條件下均獲得了的成品； 第一輪現(xiàn)場試制中，所采用化學成分是根據(jù)對，實現(xiàn)，在2250生產(chǎn)線上生產(chǎn)出了的成品。中試實驗和現(xiàn)場試制化學成分對比（中試實驗和現(xiàn)場試制化學成分對比（wt，%）中試成分化學成分控制Lab of Materials Forming Theory and Quality

11、 Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB 通過對比可知對CT80連續(xù)油管用鋼，為后續(xù)連續(xù)油管用鋼現(xiàn)場生產(chǎn)提供依據(jù)。Mo元素含量提高實驗鋼淬透性提高，有利于獲得M/A島組織有利于獲得連續(xù)屈服型拉伸曲線作為實驗鋼中的硬相提高其抗拉強度可獲得較低的屈強比Mo元素促進針狀鐵素體轉(zhuǎn)變有利于獲得針狀鐵素體的目標組織Nb元素含量細晶強化和析出強化作用主要貢獻于材料的屈服強度現(xiàn)場試制中，鋼板屈服強度均能達到其性能指標Lab of Materials Forming Theory and Qua

12、lity Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB工藝參數(shù)控制 控制成品組織中，應保證，以保證成品獲得較高的屈服強度。 控制成品組織中，應選擇合理卷取溫度保證，避免卷取溫度過高發(fā)生珠光體或卷取溫度低發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，以保證成品獲得合格的強度要求。 在合理化學成分基礎(chǔ)上，通過調(diào)整，即調(diào)整和，獲得針狀鐵素體加貝氏體的雙相組織，進而可保證獲得連續(xù)油管用鋼高強度低屈強比的性能要求。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE

13、, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB馬鋼CT80連續(xù)油管用鋼2010.4 冶煉及實驗材料制備2010.5-7 實驗室材料基礎(chǔ)特性實驗及軋制實驗2010.8 中試實驗，3種達標的成分在對應工藝下均達到性能指標2010.12 第一輪現(xiàn)場生產(chǎn)，770卷和780卷各項性能滿足指標2011.7 780卷鋼板制管，寶管對各項結(jié)果比較滿意的產(chǎn)品開發(fā)思路 針對連續(xù)油管高強度低屈強比的性能特點，提出針狀鐵素體加貝氏體加少量M/A島的組織，通過成分及工藝調(diào)整，獲得綜合性能優(yōu)異的成品。馬鋼CT80連續(xù)油管用鋼研發(fā)過程L

14、ab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB2011年4月，馬鋼CT80級連續(xù)管卷板到達寶雞鋼管研究院，卷板信息如下：數(shù)量：2卷規(guī)格：5.21170mm爐號：10306700卷號：H101604770 酸洗卷號B130891 重量：20.03噸 卷號：H101604780 酸洗卷號B130892 重量：19.807噸 對780卷鋼板進行了規(guī)格的產(chǎn)品試制，對試制管進行了力學性能、壓扁、擴口、硬度及低周

15、疲勞檢測。馬鋼CT80連續(xù)油管用鋼制管情況一段一段780卷鋼板試驗管卷鋼板試驗管Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB 規(guī)格規(guī)格方向方向屈服強度屈服強度Rt0.5, MPa抗拉強度抗拉強度Rm, MPa屈強比屈強比60.35.2mm縱向縱向5656680.85要求要求5526210.85試驗管力學性能檢測結(jié)果試驗管硬度檢測結(jié)果 規(guī)格規(guī)格位置位置硬度值硬度值HV備注備注60.35.2mm母材母

16、材232235234焊縫焊縫245251249寶管檢驗寶管檢驗241243238北科大檢驗北科大檢驗要求要求248HV力學性能檢測結(jié)果合格母材硬度值檢測結(jié)果合格；寶管檢驗焊縫硬度平均值為248.3HV，認為焊縫硬度值不合格，而在北科大重新測量焊縫硬度平均值為241HV，。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB壓扁試驗試樣壓扁試驗設(shè)備試驗管壓扁試驗檢測試樣數(shù)量焊縫位置H1壓下時兩平行板間距離(

17、mm)合格數(shù)量H1 (連續(xù)油管規(guī)范)H2 (A450)H32051.232.2（壓至2t）229051.232.2（壓至2t）1壓扁試驗結(jié)果焊縫位置0和90兩個位置壓扁試驗焊縫位置90位置時有1個試樣壓至H2時焊縫出現(xiàn)極微小的點缺陷。正在進行復檢。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB試驗管擴口試驗檢測擴口試驗檢測結(jié)果合格擴口試驗試樣擴口試驗設(shè)備試樣數(shù)量壓頭錐度擴口率%（ID）合格試樣數(shù)量2

18、60252擴口試驗結(jié)果Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB低周疲勞試驗低周疲勞試驗方法：試驗壓力約35MPa試樣長1500mm密封后充入高壓水，在半徑為1219 mm的彎曲模具下反復進行“彎曲-拉直-彎曲”疲勞試驗檢測平均疲勞次數(shù)寶管低周疲勞試驗設(shè)備Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Mat

19、erials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB低周疲勞試驗前后試樣形貌（a）試驗前形貌；（b）試驗后形貌(a)(b)2#試樣疲勞裂紋低周疲勞檢測結(jié)果合格Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB （1）780#板卷力學性能檢測：由于取樣位置不對，供貨酸洗板卷外圈1-10米為熱軋帶頭前10米未冷段，所測性能不能作為實際板卷性能。建議下次供貨把

20、酸洗板卷后10米切除； （2）板卷180彎曲試驗合格、顯微硬度、帶狀組織、夾雜、晶粒度均滿足協(xié)議要求； （3）試驗管壓扁試驗焊縫位置90位置時有1個試樣壓至H2時焊縫出現(xiàn)極微小的點缺陷，正在進行復檢；擴口試驗和低周疲勞試驗結(jié)果均合格； （4）試驗管力學性能檢測結(jié)果滿足寶管要求；試驗管母材硬度值滿足指標要求；寶管檢驗焊縫硬度平均值為248.3HV，認為焊縫硬度值不合格，而在北科大重新測量焊縫硬度平均值為241HV，硬度值滿足指標要求。馬鋼CT80連續(xù)油管用鋼及制管情況總結(jié)目前寶管只進行了780卷鋼板試制管，770卷鋼板還未進行制管；770卷鋼板綜合力學性能優(yōu)于780卷鋼板，770卷鋼板試制管性能

21、結(jié)果應能完全滿足管材指標要求。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB級別級別屈服強度，屈服強度，MPa抗拉強度，抗拉強度，MPa伸長率, %硬度，硬度，HRCCT553794833022CT704835523022CT805516212722CT906206692222CT1006897582228CT1107587932030高強度級別連續(xù)油管三、連續(xù)油管及其用鋼發(fā)展趨勢 目前，國內(nèi)外連續(xù)

22、油管多采用CT80級別。而美國QT公司和Tenaris已經(jīng)開發(fā)出CT110鋼級連續(xù)管，CT90實現(xiàn)批量應用；將會是近期連續(xù)油管技術(shù)發(fā)展的重點。對于連續(xù)油管用鋼，其后續(xù)開發(fā)目標應以。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB寶鋼連續(xù)油管用鋼情況 目前已開發(fā)了CT80、CT90、CT100三個牌號高強度連續(xù)油管用鋼，并出口批量到海外，但。CSiMnNbTiCuNiCrMo1#0.040.241.38

23、0.110.0120.240.150.580.332#0.050.561.130.090.0150.450.250.630.16終軋溫度，終軋溫度，冷卻速度，冷卻速度，/s卷取溫度，卷取溫度，1#8008-14450-5002#84012-18500-550屈服強度，屈服強度，MPa抗拉強度，抗拉強度，MPa伸長率，伸長率，%1#65071023.42#62568125寶鋼CT90連續(xù)油管用鋼化學成分寶鋼CT90連續(xù)油管用鋼工藝參數(shù)寶鋼CT90連續(xù)油管用鋼力學性能Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab o

24、f Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB武鋼連續(xù)油管用鋼情況u武鋼從2006年就開始進行研制連續(xù)油管用鋼，先后進行了6、7輪現(xiàn)場試制，每輪進行2爐冶煉，到2009年底才研制成功；uCT70和CT80級別連續(xù)油管用鋼可以穩(wěn)定生產(chǎn)；u寶雞鋼管研究院所生產(chǎn)連續(xù)油管用鋼均為武鋼供貨；u武鋼供CT80連續(xù)油管用鋼規(guī)格均在4mm以下，且生產(chǎn)連續(xù)油管直徑規(guī)格多為31.75mm以下；u目前在進行CT90連續(xù)油管用鋼開發(fā)。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB壁厚直徑大壁厚大直徑連續(xù)油管 目前，武鋼供寶雞鋼管CT80連續(xù)油管用鋼均為4mm以下厚度規(guī)格。馬鋼780卷鋼板制管尺寸為：5.2mm壁厚60.3mm直徑，壁厚和直徑均為寶管生產(chǎn)最大尺寸。 對于CT80級別連續(xù)油管，壁厚和直徑規(guī)格也越來越大，大壁厚大直徑也是連續(xù)油管的發(fā)展及應用趨勢。對于CT80級別連續(xù)油管用鋼，其后續(xù)開發(fā)應以的成品。Lab of Materials Forming Theory and Qua