提高強度是調質型連續油管的發展方向

彭在美、孫永喜、張耀飛（上海鋼管行業協會 上海 200070）

上海鋼管行業協會在國內首先編制《調質型連續油管》團標，筆者在此談幾點認識與體會。

1.連續油管國內外發展簡述

連續油管（Coiled tubing，簡稱CT），是一種可以纏繞在大直徑卷筒上，長達數千米的，可以連續下入或從油井起出的，無螺紋連接的油管，因而實現了井下油管操作的自動化，并可以服務于油井的各種作業，是油管產品的一次技術革命。（圖1-圖5）連續油管鉆井技術是美國20世紀80年代開發的，目前國外主要生產連續油管的國家是美國、法國和加拿大。其中美國就是以連續油管鉆井技術大力開發頁巖油氣田，導致美國油氣產量爆發性增長，成為世界第一產油大國。美國連續油管產品的生產及配套的作業機的制造多集中在休斯頓。正由于連續油管作業的優勢明顯，世界連續油管及在役連續油管作業機增長迅猛。

國外制造連續油管的熱軋鋼帶其材質有碳素鋼、調質鋼和稀有合金，如鈦合金。我國各大油田自1977年-1999年引進連續油管作業機共18套，當時世界連續油管主要制造企業多集中在美國，引進美國連續油管費用昂貴，因此，連續油管國產化成為緊迫的科研和開發的課題。由于連續油管要求強度高、韌性好，而且在經受反復彎曲時耐疲勞性也好，所以用HFW焊管制成連續油管時需要在技術上的重大突破。首先連續油管用的材料是微合金化的熱軋板卷，按照目前國內板卷供應能力，生產一盤長5000m左右的連續油管，一般只需要7條環焊縫，容易實現其焊接接頭無縫化，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在核心技術上取得突破性進展之后，2009年6月成功試生產出CT80級7600m?31.8mm連續油管,是亞洲成功生產的第一根連續油管。自此，中國連續油管國產化進展日新月異，突飛猛進，在產品質量上實現了從追趕到超越。

我國連續油管技術的發展經歷了引進階段（1977-2006年），自主研發階段（2007-2010年）和推廣應用（2011年至今）三個階段，2011年以來的簡況是擴大應用范圍，例如鉆井、修井、完井、測井等井下作業，具有效率高、成本低、作業范圍廣、占地面積小等一系列技術優點和作業優勢，并逐步形成了以多個油田例如江漢油田、華北油田、中原油田、勝利油田等單位為主體的國產化制造應用基地，國產設備2016年已有116臺，形成5個系列（CT70/CT80/CT90/CT100/CT110）和8種管徑(?25.4-?88.9mm)的連續油管產品，國產連續油管成為國內市場的主體，國內市場份額國產連續油管約占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。由于有些高強度產品例如CT130還尚在進口，因此，開發高強度連續油管是市場的迫切需求。

2.《調質型連續油管》本團標編制的主要依據

2.1適應頁巖油氣市場的日益高漲的需求

隨著常規油氣井可采儲量的逐漸減少，頁巖氣等非常規油氣的地位日益凸現。中國已探明的非常規油氣藏分布廣泛，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。中國川渝地區頁巖氣資源潛力達12.75萬億m³，可采資源潛力達2.05萬億m³。我國頁巖氣產量2020年可達300億m³，于2030年要實現800-1000億m³。

隨著我國能源戰略持續推進，深層油氣資源占比日益增大，深井、超深井數量快速增長，四川盆地、塔里木、準格爾等油田的深井、超深井數量持續增加，最深井已達8418m，對連續管下井深度提出挑戰。頁巖氣井以大位移水平井為主，水平段的最大長度已達6000m以上，都對連續油管的強度和硬度提出了新的挑戰。產品要突破國際和國家標準中最高鋼級為CT110的范圍。連續油管下井深度與強度及硬度的關系見表1。

表1 連續油管下井深度與強度及硬度的關系（安全系數為1.5 n）

國產低鋼級連續油管已經不能滿足國內市場的需求，例如CT80連續油管中?31.8mm×2.77mm，最小屈服強度為552Mpa，最小抗拉強度為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的應用,往往很難滿足油田用戶的需求。因此，開發高鋼級連續油管，打破國外壟斷，從而增加作業深度和作業范圍，適應不斷發展的市場需求。

2.2連續油管材質需要向調質型發展的技術開發

連續油管的制造工藝是以HFW（高頻焊管）工藝為基礎，高頻焊接主要利用高頻電流的趨膚效應和鄰近效應，使焊管邊沿加熱到焊接溫度（1300℃-1500℃），在擠壓輥作用下完成熔融焊接。圖6。從而，焊縫及熱影響區的晶粒變得粗大，并在焊縫產生帶狀偏析，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——調質處理，調質工藝例如有采用（高溫）淬火+（中溫）回火，不僅消除了母材與焊縫之間的組織及晶粒狀態的差異，而且消除了焊縫金屬流線，消除了帶狀偏析，細化晶粒，使焊縫組織均勻，實現了焊縫、熱影響區和母材的組織性能的一致性，連續管沖擊韌性得到進一步完善，提高了屈服強度，從而能生產出高強度調質性連續油管，實現了焊管物理無縫化。同時，去除內外毛刺，實現了焊管幾何無縫化。

2.3高強度調質型油管產品在油井作業中經受了考驗，獲得用戶好評，為本團標制定奠定了實踐的基礎。

為了打破國外產品的壟斷，例如成功開發出國產CT130Q連續油管?50.8mm×4.44mm，長5700m，在某頁巖氣平臺開展下井作業，完成了刮洗井作業，傳輸分簇射孔作業，找漏堵漏作業。在高壓環境中累計安全起下油管49次，其中包括刮洗井作業12次，傳輸測井及射孔24次，下橋塞及鉆橋塞作業7次，堵漏找漏5次，強磁1次。管柱累計起下37×10⁴多米，累計作業超過600h，作業最高內壓68Mpa，平均45Mpa，整體作業過程順暢，滿足施工設計要求。

有關權威檢測部門對生產后的連續油管取樣進行服役后樣管性能檢測，強度、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連續油管的關鍵性指標，都滿足要求。因此，本團標制定的調質型連續油管的各項性能指標既趕超國內外先進水平，又符合當前國內實際。制定標準，既要體現先進性，又要確保適用性。

3.《調質型連續油管》團標主要內涵及其意義

3.1《調質型連續油管》團標主要內涵。本團標體現了連續油管向高鋼級發展的方向，形成了CT125Q、CT140Q等高鋼級產品，CT140Q屈服強度965Mpa，即140000psi，抗拉強度1000 Mpa，即145000psi。

3.2《調質型連續油管》團標的主要意義。①突破了國家標準GB/T 34204-2017《連續油管》和國際標準API SPEC 5ST《連續油管規范》中所涵蓋的連續油管產品最高鋼級CT110的范圍，填補了國內外連續油管產品的空白，②本團標的主要起草單位信達科創（唐山）石油設備有限公司及寶山鋼鐵股份有限公司為非傳統的石油行業的企業，這就符合國家關于鼓勵非石油行業的民營及國有企業參與石油天然氣行業的開發、生產的政策精神，從而促進石油天然氣行業的發展；③本團標的制定的基礎是源于信達科創（唐山）石油設備有限公司的企業標準，在企業標準多年執行的基礎上，在寶武中央研究院的技術支持下，經過改進、完善和提升，從而制定出本團標；④本團標通過對HFW焊管調質處理，制造出連續油管的高強度、高質量產品，這宣示了HFW高頻焊管提高產品質量的途徑是實施全管調質處理。