油管修復工藝及質量現狀研究

于愛云，王玉鵬

（中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心，山東 東營 257000）

油管修復工藝及質量現狀研究

于愛云，王玉鵬

（中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心，山東 東營 257000）

油管修復是采油廠降低生產綜合成本的重要措施。修復工藝調研包括工藝過程、各工藝過程所使用的檢測設備、加工設備型號等；修復質量檢驗包括修復油管清洗質量、舊螺紋質量、修復螺紋參數、上卸扣試驗、靜水壓試驗等。根據油管修復工藝調研結果，對目前修復油管的修復工藝水平和修復產品質量作出客觀評價，分析修復工藝和產品質量的不足，提出改進建議。

油管修復；工藝；修復質量

1 油管修復現狀及存在的問題

油管修復是采油廠降低生產綜合成本的重要措施。提高油管的修復質量，可以保證油水井作業(yè)質量，延長檢泵周期，減少作業(yè)返工，降低作業(yè)費用。修復油管廠的主要職責是油管的回收、檢查、修復、配送等工作。經調研，各修復單位修復工藝路線如圖1所示。

圖1 修復工藝路線

1.1 清洗

清洗是油管修復中最基礎、最關鍵的環(huán)節(jié)，清洗方式的合理與否不僅影響油管的清洗效果和修復質量，還涉及安全、環(huán)保等方面的問題，同時它也是體現油管廠修復水平和管理水平的一個主要方面。目前，常用的清洗方法有熱浸泡清洗，高壓水射流清洗和中頻加熱機械法清洗。每種清洗方法都有其自身的局限性。其中，熱浸泡清洗的缺點是工作環(huán)境污染嚴重，且存在一定安全隱患；高壓水射流清洗的缺點是對于黏度較大或者含蠟比較高原油的清洗效果不理想，冬季尤為明顯。中頻加熱機械法的缺點是鋼絲刷更換十分頻繁，動力消耗與高壓水射流清洗相差不大。經調研發(fā)現，非稠油油井管清洗效果都不錯，內外壁均未見油泥垢附著；稠油管清洗質量稍差，表面均存在少量油泥附著。

1.2 校直、通過性能

油管不僅是輸送井液的導管，也是抽油桿起下時的通道。井下工具不但具有一定的長度，其外徑與油管內孔隙也是有限的。因此，油管的通過性能直接影響其使用功能。

由于起下油管不當、作業(yè)事故等原因，會造成舊油管中有相當部分的彎管。由于彎曲程度不同，要根據其情況進行粗校與精校，使油管通過多次彈塑性彎曲實現校直。校直后的油管殘余應力低，直線度應符合油管相關技術要求。經調研發(fā)現，工作中僅靠人眼觀看來判斷油管的直線度與通過性，可靠性比較差。

1.3 管體無損探傷

對于舊油管修復來說，無損探傷是修復工藝中最關鍵的環(huán)節(jié)，也是對修復油管剩余壽命最高效的判斷手段。目前，對于管狀材料最行之有效的高速缺陷探傷方法是漏磁和渦流探傷方法。但由于此類修復產品探傷設備的用量較少，相關研究工作稍顯滯后。目前這兩種探傷方法還屬于比對法探傷，即通過探傷缺陷與標準缺陷當量的比較進行類型和大小判斷，屬于半定量的探傷方式，目前的通用做法是當缺陷信號幅值超過規(guī)定標準缺陷幅值時，即認為該缺陷超標。

通過對目前管體無損探傷工作的調研發(fā)現：

（1）部分修復單位對于標準缺陷管的作用認識不夠，沒有做到對探傷設備的定期校準，僅有部分修復單位配備了設備靈敏度校用標準管，但無法保障定期校準設備的檢測靈敏度，設備的準確率得不到有效保障。

（2）不能精確掌握探傷設備的檢測原理，對于探傷缺陷類型和大小不能做出準確分析。由于油管的腐蝕產生的凹坑麻點、摩擦產生的拉傷、承載所產生的裂紋等形成的缺陷都使油管內外表面質量變差，影響承載能力，甚至發(fā)生斷裂。由于其缺陷的復雜性、隨機性，定量分析還存在一定的難度，尤其是對于縱向缺陷（一般來說是偏磨缺陷）的定量檢測。目前比較有效的做法是通過超聲波測厚儀進行缺陷尺寸驗證。因此，目前的探傷設備未發(fā)揮應有的作用，對于缺陷的定量分析，還有待于提高。

（3）部分操作人員屬無證上崗（無損探傷屬于特種作業(yè)，需要持有一定級別的技能證書，才可以上崗工作），操作技能停留在會使用上。部分修復單位的管理和操作人員對探傷的作用認識不夠深刻，仍然持懷疑態(tài)度，將質量控制完全寄希望于靜水壓試驗。

（4）現有探傷設備均采用接觸式探頭，對于表面潔凈的油管，應用效果較好。如果油管表面粘有油污，則會影響檢測效果。而且對于油管兩端變徑區(qū)的探傷至今仍沒有很好的解決。

1.4 油管分級

《Q／SH0180－2008修復油管質量要求》和《Q／SH1020 0088－2008油管修復與檢測技術條件》標準對于1、2級管作出了使用規(guī)定：1級管可以作為與新油管相同水平使用；2級管為降級管，只可以用于淺井，且承受介質壓力低于15 MPa。

調研發(fā)現目前大部分修復單位對于修復管質量分級都未按照標準的要求執(zhí)行，而是制定自己的分級規(guī)定，以壁厚減薄量的25%以內做為試壓管，即相當于標準的1級管，不做出使用條件的限制，油井必然存在安全隱患。減薄量為25%～35%的作為沖砂管，超過35%作為地面流程管，存在嚴重缺陷的報廢，由于目前無損探傷不具有定量檢測的水平，將壁厚區(qū)間分的過細，不具有實際意義。

1.5 螺紋加工

油管螺紋是保障油管使用性能的關鍵要素，是管柱中比較薄弱的環(huán)節(jié)，因此在修復工藝中是關鍵環(huán)節(jié)之一。經調研發(fā)現：

（1）部分修復單位沒有螺紋單項儀，無可靠的手段進行螺紋參數測量和控制，僅能通過螺紋量規(guī)進行綜合參數測量，而螺紋規(guī)又不能做到定期檢定，嚴重影響了螺紋加工質量水平。

（2）2008年，針對修復油管產品發(fā)布了 Q／SH0180－2008《修 復 油 管 質 量 要 求》、Q／SH1020 0088－2008《油管修復與檢測技術條件》標準，上述標準明確規(guī)定修復產品螺紋參數必須符合相應新產品的要求，存在輕微缺陷允許修磨，但修磨后綜合參數必須符合標準要求。在檢測中發(fā)現，部分修復單位修復油管的螺紋質量不滿足標準要求，存在粘扣、密封失效和連接強度降低的隱患。

油管外螺紋存在嚴重磨損，嚴重的“手緊緊密距”超過標準值的3倍以上，很可能造成有效連接螺紋長度不足而影響密封性能和連接強度，導致油管漏失和脫扣。調研中發(fā)現，超過半數的修復單位所加工的螺紋錐度不符合標準要求，而且錐度均為下偏差，當與接箍連接時，存在螺紋局部干涉嚴重而導致粘扣的隱患。

1.6 更換接箍

在檢測中發(fā)現，接箍端選配隨意性大。修復油管更換的接箍為供應部門統一采購，內外螺紋參數匹配不佳導致粘扣從而存在降低使用性能的隱患。螺紋緊密距、錐度和螺距與粘扣的關系較大，由檢測資料可知，修復單位新加工螺紋的“錐度”參數波動較大，而接箍的供應又存在隨機性，不同廠家生產的螺紋參數也存在較大波動，尤其是“錐度”參數，檢測中發(fā)現的極限配合是外螺紋的60.0 mm／m對內螺紋的66.0 mm／m，即螺紋錐度匹配嚴重不合理，將存在極大的粘扣隱患。

修復單位上接箍均使用液壓擰扣機，而目前的液壓擰扣機大部分無扭矩精確控制和顯示，需要通過馬達液壓值和扭矩換算表進行換算。實際操作時，操作人員完全憑經驗進行快慢擋轉換，以接箍相對于外螺紋的位置（無余扣）作為上扣扭矩的判斷依據。調查發(fā)現操作時普遍上扣速度快較快，超過25 r／min的標準要求，由于螺紋配合存在偏差，此種上扣方式極有可能因為扭矩過大而粘扣，或因扭矩過小而造成螺紋密封和連接失效。針對上扣扭矩控制，建議為擰扣機配置扭矩控制記錄儀，實現上扣扭矩的精確控制。

1.7 靜水壓試驗

靜水壓試驗也是油管修復的關鍵環(huán)節(jié)之一，是對無損探傷檢測的補充試驗，也是對油管承壓性能的綜合驗證。調研發(fā)現大部分修復單位的修復油管靜水壓試驗都不滿足標準和實際安全生產的要求，存在斷、裂隱患。目前大部分修復單位所用水壓試驗機的額定載荷為40 MPa，設備本身已不能滿足試驗要求。更嚴重的問題是所有的修復單位并沒有對新標準進行深入學習和掌握，仍然執(zhí)行作廢的標準，按照20～25 MPa（保持時間設定為5 s或10 s）的試驗壓力進行靜水壓試驗。

靜水壓試驗屬于短期承壓能力的考核，油管在井下承受著拉伸、內壓、彎扭、甚至交變載荷等復雜應力，修復油管不可避免地存在各種缺陷（腐蝕、磨損、液壓鉗咬痕、磕碰損傷等），目前的無損探傷又是半定量檢測，在20～25 MPa的試驗壓力下進行靜水壓試驗，時常有管體爆裂情況發(fā)生。靜水壓試驗對于修復油管特別重要，是防范油水井作業(yè)失效和重復作業(yè)的必要手段。

1.8 檢驗

油管修復工藝必須嚴把檢驗關，一般設置3個檢驗環(huán)節(jié)。第一是清洗前的挑選檢驗，將明顯存在不可修復缺陷的管直接報廢；第二是清洗后的外觀檢驗，將管兩端存在可見缺陷的選出報廢或轉入切頭、車螺紋工序；第三是成品出廠（含外觀、螺紋綜合參數、通徑等）檢驗，將檢驗合格的管子，按照各采油廠的管理規(guī)定分門別類地排放于相應的排架，不合格的管子返回到修復流程重新修復或報廢。

2 熱軋修復工藝的探討

在調研中發(fā)現，目前對于油管修復，出現了新的修復工藝——熱軋修復工藝。該工藝是通過熱軋的方式對缺陷進行熱修復，依據金屬的高溫流動性，將完好基體向缺陷處補充，在損失部分壁厚（內徑變大）的基礎上，將缺陷修補完好，該工藝大大提高了舊產品可修復比例。經抽樣檢測，該工藝修復的油管材質性能、基體金相組織、壁厚均勻性以及靜水壓試驗（35 MPa）符合標準要求，能夠滿足油田的需要。

但是，調研中發(fā)現，此類修復工藝尚不夠成熟，前期處理（除銹）工序還不夠完善，存在缺陷處管體在軋制后出現重皮、未熔合、夾渣等隱患，可能導致修復失敗。因此，認為該工藝的施行需進行大量的研究工作，特別是避免缺陷的偽焊合，需要嚴格控制前處理和熱軋后的無損檢測和靜水壓試驗，才可以保證修復的可靠性，熱軋修復產品的應用效果還需要通過長期實踐的檢驗。據了解，熱軋修復的成本約為新油管的30%，若該技術能夠成熟應用，將為油田帶來不可估量的經濟效益。

3 建 議

3.1 清洗

根據調研分析，3種清洗工藝盡管都存在一些問題，但如果操作合理，都能取得滿意的清洗效果。從能耗和環(huán)保兩方面考慮，建議油管清洗系統以高壓水射流清洗裝置為主，并在該裝置上加載中頻加熱裝置，以提高清洗效果。其主要優(yōu)點有：清洗效果比較好，自動化程度比較高，運行成本低。對于黏度較高的油或者是含蠟原油清洗效果較好。不受環(huán)境溫度的影響，一年四季均可獲得滿意的清理效果。

3.2 校直、通過性能

由于管內結垢等原因，影響油管通過性能，因此可用通徑方式來檢驗油管圓柱度和油管直線度，其可用來清理油管內壁的結垢物，如果與高壓水射流相結合，可以根據油管內壁的清潔程度來調節(jié)高壓泵的壓力，以提高工作效率。

3.3 管體無損探傷

按照《Q／SH0180－2008修復油管質量要求》和《Q／SH1020 0088－2008油管修復與檢測技術條件》標準對油管做出分級。對修復單位配備校準用標準管，對探傷設備進行定期校準。操作工人應掌握探傷設備的檢測原理，并能夠對探傷缺陷類型和大小做出準確解釋分析。

改進探傷設備，能夠對表面粘有油污的油管進行有效檢測，消除探傷盲區(qū)。據調研，修復油管的主要失效形式是管體裂、斷、螺紋脫扣、漏失等，開裂主要發(fā)生在管體偏磨和腐蝕區(qū)域，斷、脫扣、漏失發(fā)生在螺紋部位（由于磨損、腐蝕造成壁厚減薄螺紋連接強度降低）。各類缺陷對材料失效的作用，或者說是破壞力各不相同。材料的失效與缺陷（裂紋）的門坎尺寸和臨界尺寸有關，當缺陷小于門坎尺寸時，缺陷不擴展；當缺陷超過臨界尺寸時將發(fā)生迅速擴展，直至失效。因此對于材料的剩余壽命的預測可以依據缺陷的定量分析。無損探傷是缺陷檢測的有效手段，而標準規(guī)定了缺陷的門坎尺寸。標準對新油管的探傷靈敏度作出了明確規(guī)定（12.5%壁厚的刻槽、3.2 mm的孔），當探傷信號超過報警限時即認為缺陷超標，管子拒收。而對舊油管的探傷存在更多、更復雜的缺陷，對探傷設備和缺陷的報警限提出更高、更復雜的要求，既要保證管子具有足夠的安全系數，又要提高可修復率，這就提出了缺陷定量分析的概念。據調研，目前修復單位所有的探傷設備均不具備定量分析能力。造成的結果是，可能將超標缺陷顯示為合格，而造成漏判，尤其是對于內壁的偏磨缺陷?？梢姳苊馀f油管失效或者舊油管修復的重點是對缺欠的檢測判斷和修復，在界定剩余壁厚的情況下，還應提供使用工況說明，例如何種壁厚級別可作為生產管柱、作業(yè)管柱或是尾管、沖砂管等。上述界定工作的前提是有能力對舊油管的缺陷類型和大小作出科學準確的檢測。因此，修復油管級別區(qū)分應將使用年限的區(qū)分、表面缺陷的檢測和缺陷的有效修復結合起來。

3.4 螺紋加工

對修復單位配備螺紋單項儀，對螺紋進行綜合參數測量。要做到定期檢定螺紋規(guī)，保證螺紋加工質量水平。

控制好螺紋的“錐度”，與接箍端達到最佳配合。配備有扭矩精確控制和顯示的液壓擰扣機，防止上扣速度過快或扭矩過大導致粘扣。

3.5 靜水壓試驗

嚴格按照標準執(zhí)行，提高試驗壓力，保障油管具備足夠的安全承壓域度，將修復油管事故隱患降低至最低限度。

目前，油管試壓設備多采用單管試壓形式，其勞動強度較大，工作效率較低。建議以后推行多管試壓技術，可以根據需要多根油管為一組，進入試壓系統試壓，由公共端統一供水，進行試壓。多管試壓設備是半自動化設備，可使油管試壓工作勞動強度降低，改善勞動環(huán)境，提高試壓效率。建議油管試壓采用非螺紋連接方式，避免在試壓過程中損壞油管螺紋。

4 結束語

根據油井管使用條件，目前舊油管修復技術的關鍵環(huán)節(jié)是無損探傷、靜水壓試驗和螺紋質量控制，通過調研發(fā)現，修復單位對上述關鍵環(huán)節(jié)的認識程度和工藝控制及質量水平均需提高。對于探傷缺陷的定量分析，應作為目前的關鍵問題加以解決。實現定量分析，需要進行大量的基礎研究。首先要建立各類尺寸人工標準缺陷的探傷波形數據庫，通過有限元分析（ANSYS軟件）建立缺陷計算模型，通過計算得到模擬缺陷形狀或大小，然后收集大量的實物缺陷，并將模擬缺陷與實物缺陷顯示波形進行擬合，通過不斷地調整計算模型，得到各類實際缺陷的擬合波形，實現缺陷的定量分析。

［1］ 鄭文照，王峰，任淑萍，等.舊油管檢測修復技術的現狀與對策［J］.石油礦場機械，2003，32（3）：54－56.

TE931.＋2 < class="emphasis_bold">［文獻標識碼］A［文章編號］

1673－5935（2012）01－0011－04

2011－12－28

于愛云（1966－），女，山東平陰人，中國石化勝利油田分公司技術檢測中心助理工程師，主要從事質量監(jiān)督檢驗研究。

［責任編輯］ 辛艷萍