國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管性能及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用*

李鴻斌， 任 能， 鮮林云， 趙良玉， 黃裕航，余 晗， 謝海寧， 畢宗岳， 劉 云

（1. 寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司， 陜西 寶雞721008；2. 國(guó)家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心， 陜西 寶雞721008；3. 川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司， 成都610051）

0 前 言

連續(xù)管及其作業(yè)技術(shù)具有可帶壓作業(yè)、 連續(xù)起下、 作業(yè)快捷、 應(yīng)用范圍廣、 綜合作業(yè)成本低等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)， 倍受油田用戶青睞。 特別是近幾年來， 隨著我國(guó)深層油氣資源及頁巖氣資源開發(fā)力度不斷加大， 連續(xù)管在油氣田勘探開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用[1-4]。 API SPEC 5ST 《連續(xù)油管規(guī)范》 中所涵蓋的連續(xù)管產(chǎn)品， 目前在我國(guó)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化， 其中最高鋼級(jí)為屈服強(qiáng)度大于758 MPa（110 ksi）、 抗拉強(qiáng)度大于793 MPa （115 ksi） 的CT110 連續(xù)管。

我國(guó)新疆、 塔里木、 西南等油田的超深井（6 000～9 000 m） 數(shù)量快速增長(zhǎng)， CT110 連續(xù)管已經(jīng)不能完全滿足超深井對(duì)下入深度、 承載等方面的作業(yè)需求[5-6]； 此外， 我國(guó)頁巖氣井主要以大位移水平井為主， 且水平段的長(zhǎng)度、 水平段的壓裂段數(shù)和壓裂壓力不斷提高， 最大水平段長(zhǎng)度已達(dá)6 000 m 以上[7-8]。 連續(xù)管作為水平井通（洗） 井、 傳輸射孔、 鉆磨橋塞等作業(yè)的重要工具， 對(duì)連續(xù)管的強(qiáng)度、 承壓、 下入深度等方面提出了更高的要求[9-10]。 前期， 國(guó)內(nèi)油田為滿足作業(yè)需求， 對(duì)CT130 連續(xù)管產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口。

為滿足油田用戶對(duì)超高強(qiáng)度連續(xù)管的需求，同時(shí)打破國(guó)外對(duì)CT130 連續(xù)管產(chǎn)品及技術(shù)的壟斷， 國(guó)內(nèi)某公司成功開發(fā)出國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管。本研究針對(duì)Φ50.8 mm×4.44 mm 規(guī)格國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管， 對(duì)其組織及力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析， 并介紹了該連續(xù)管在某頁巖氣平臺(tái)開展下井作業(yè)的情況， 為用戶全面了解國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管， 合理制定現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工藝， 促進(jìn)國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管產(chǎn)品在油田的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管產(chǎn)品性能

強(qiáng)度、 塑性、 硬度、 顯微組織、 焊接性能、低周疲勞壽命以及承壓能力均是評(píng)價(jià)連續(xù)管的關(guān)鍵性能指標(biāo)， 現(xiàn)對(duì)國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管實(shí)物樣品性能進(jìn)行研究。

1.1 試驗(yàn)材料與方法

1.1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料是5 根長(zhǎng)度5 m、 規(guī)格Φ50.8 mm×4.44 mm、 未經(jīng)卷取的CT130 連續(xù)管直段實(shí)物管材， 該管材采用高強(qiáng)度、 低碳微合金熱軋卷板，經(jīng)連續(xù)成型、 焊接、 熱處理后制成， 其主要化學(xué)成分見表1。

表1 CT130 連續(xù)管主要化學(xué)成分 %

1.1.2 試驗(yàn)方法

本研究檢測(cè)項(xiàng)目包括CT130 連續(xù)管金相組織分析、 整管拉伸性能、 硬度檢測(cè)、 壓扁及擴(kuò)口檢測(cè)、 水壓爆破、 外壓擠毀和彎曲疲勞試驗(yàn)等。 具體試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目、 檢測(cè)設(shè)備及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 CT130 連續(xù)管檢測(cè)項(xiàng)目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 檢測(cè)結(jié)果與分析

1.2.1 微觀組織

圖1 所示為CT130 連續(xù)管微觀組織形貌，由圖1 （a） ～ 圖1 （c） 可以看出， 焊縫、 熱影響區(qū)和母材組織均勻； 由圖1 （d） 可以看出，M/A 組元彌散分布， 母材晶粒度均為13 級(jí)， 帶狀組織小于1.5 級(jí)， 非金屬夾雜物最大為D 類1.0 級(jí)。 圖2 為母材的TEM 組織形貌， 由圖2 可以看出， CT130 連續(xù)管組織以板條狀鐵素體和粒狀貝氏體為主[11]。

圖1 CT130 連續(xù)管微觀組織形貌

圖2 CT130 連續(xù)管母材的TEM 組織形貌

1.2.2 強(qiáng)度

表3 CT130 連續(xù)管管體縱向拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 為CT130 連續(xù)管管體縱向拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果， 由表3 可以看出， CT130 連續(xù)管屈服強(qiáng)度為935 MPa， 抗拉強(qiáng)度為985 MPa， 斷后伸長(zhǎng)率為20.4%， 其拉伸性能滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2.3 硬度

表4 為CT130 連續(xù)管硬度檢測(cè)結(jié)果， 由表4可以看出， 管體硬度控制在281HV～330HV， 滿足設(shè)計(jì)要求， 且硬度波動(dòng)較小， 表明管體母材及焊縫的組織均勻， 性能一致。

表4 CT130 連續(xù)管硬度檢測(cè)結(jié)果

1.2.4 塑性

圖3 為CT130 連續(xù)管拉伸曲線， 由圖3 可以看出， 連續(xù)管斷后均勻延伸率為8.0% （試樣標(biāo)距為50.8 mm）， 表明管材沿軸向具有良好的塑性。

英語語篇的特點(diǎn)是盡量避免重復(fù)，需要反復(fù)強(qiáng)調(diào)某些內(nèi)容的情況下我們通常用同義詞和近義詞來實(shí)現(xiàn)詞匯銜接。在此例中，restriction和limit是同義詞，兩者的意思同為限制，使用這對(duì)同義詞不僅說明了“限制”的程度，讓句子表意更加明確，增強(qiáng)句子間的緊密性，同時(shí)也避免了詞匯的單調(diào)重復(fù)，符合英語的行文特點(diǎn)。動(dòng)物學(xué)中文語篇中常出現(xiàn)相同的詞表示動(dòng)物的某種行為或某個(gè)實(shí)驗(yàn)操作等等，用以加強(qiáng)語氣和句子的緊密性。而英語的行文特點(diǎn)則是要避免重復(fù)，所以在動(dòng)物學(xué)英語語篇中，多用同義詞或近義詞實(shí)現(xiàn)語篇的連貫，避免重復(fù)使用單一的單詞，。

圖3 CT130 連續(xù)管拉伸曲線

參考API SPEC 5ST 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)和擴(kuò)口試驗(yàn)。 表5 為CT130 連續(xù)管壓扁試驗(yàn)結(jié)果，表6 為CT130 連續(xù)管擴(kuò)口試驗(yàn)結(jié)果。 由表5 和表6 可以看出， 試驗(yàn)后其焊縫、 母材均未出現(xiàn)裂紋， 表明CT130 連續(xù)管樣品焊接質(zhì)量較好， 且管材沿周向具有良好的塑性。

表5 CT130 連續(xù)管管體壓扁試驗(yàn)結(jié)果

表6 CT130 連續(xù)管管體擴(kuò)口試驗(yàn)結(jié)果

1.2.5 抗內(nèi)、外壓性能

評(píng)價(jià)管材抗內(nèi)壓性能， 將CT130 連續(xù)管樣管內(nèi)部注水加壓至212.1 MPa， 管體高頻焊的焊縫位置發(fā)生失效， 較理論計(jì)算壓力162.7 MPa 提高30.4%。 評(píng)價(jià)管材抗外壓性能， 對(duì)CT130 連續(xù)管樣管進(jìn)行外壓擠毀試驗(yàn)， 升壓至185.3 MPa 管材失效， 較理論計(jì)算值143.0 MPa 提高了29.6%。 表7 為CT130 連續(xù)管水壓爆破及外壓擠毀試驗(yàn)結(jié)果， 表7 試驗(yàn)結(jié)果表明， CT130 連續(xù)管具有良好的抗內(nèi)壓和抗外壓能力， 為管材高壓射孔、 多段壓裂等復(fù)雜作業(yè)情況提供了可靠保障。

表7 CT130 連續(xù)管管體水壓爆破及外壓擠毀試驗(yàn)結(jié)果

1.2.6 彎曲疲勞性能

連續(xù)管在起、 下作業(yè)過程中， 作業(yè)卷筒和導(dǎo)向拱上的連續(xù)管會(huì)在內(nèi)壓條件下發(fā)生周期性的大應(yīng)變彎曲變形， 而彎曲疲勞是導(dǎo)致連續(xù)管失效的主要因素[12-13]。 對(duì)Φ50.8 mm×4.44 mm×1 524 mm規(guī)格CT130 連續(xù)管在內(nèi)壓34.47 MPa、 彎曲半徑1 828 mm 條件下進(jìn)行實(shí)物彎曲疲勞試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果表明， CT130 連續(xù)管樣品疲勞壽命均值為223 次， 相比同規(guī)格CT110 連續(xù)管， 疲勞壽命提高了35%。

2 國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017 年， 我國(guó)頁巖氣產(chǎn)量為90 億m3， 成為僅次于美國(guó)、 加拿大之后第三個(gè)形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)的國(guó)家， 我國(guó)頁巖氣按可采儲(chǔ)量計(jì)算占據(jù)世界首位。 在國(guó)家政策大力支持和市場(chǎng)不斷開拓的驅(qū)動(dòng)下， 我國(guó)頁巖氣產(chǎn)量有望于2020 年實(shí)現(xiàn)300 億m3， 于2030 年實(shí)現(xiàn)800～1 000 億m3[14-16]。由于頁巖氣藏具有儲(chǔ)層低孔、 特低滲透等特征，使得儲(chǔ)層改造成為提高單井產(chǎn)能的首選手段， 超高強(qiáng)度CT130 連續(xù)管具有承載、 解卡能力強(qiáng)和水平段下入深度深等優(yōu)勢(shì)， 將成為頁巖氣儲(chǔ)層改造的一把利器。

采用國(guó)產(chǎn)5 700 m CT130 鋼級(jí)Φ50.8 mm×4.44mm 連續(xù)管及配套國(guó)產(chǎn)作業(yè)車， 能夠建立獨(dú)立循環(huán)通道， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶壓作業(yè)， 使得其在頁巖氣藏儲(chǔ)層改造中能夠提供壓裂前及壓裂過程中所需要的通（洗） 井、 傳輸射孔、 下橋塞等技術(shù)服務(wù)， 以奠定頁巖氣儲(chǔ)層改造的基礎(chǔ)。 該盤管柱在某頁巖氣平臺(tái)完成了多口井的下井作業(yè)， 典型作業(yè)類型介紹如下。

（1） 通刮洗井作業(yè)。 頁巖氣新井為快速實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造， 頁巖氣平臺(tái)的叢式井組采用連續(xù)管進(jìn)行通刮洗井一趟作業(yè)， 擺脫了常規(guī)試氣工序?qū)艿囊蕾嚕?提高了自動(dòng)化程度， 降低了作業(yè)強(qiáng)度， 最大限度地提高了設(shè)備利用率， 減少了井間工序等待時(shí)間。 連續(xù)管通刮洗一體化模式大幅縮短了新井作業(yè)周期， 提高了作業(yè)效率， 降本增效優(yōu)勢(shì)明顯。 超高強(qiáng)度CT130 連續(xù)管能夠順利下入井底深處， 實(shí)現(xiàn)通井、 套管刮蠟刮削和洗井一趟作業(yè)， 保障了作業(yè)的效率及可靠性。

（2） 傳輸分簇射孔作業(yè)。 連續(xù)管傳輸射孔技術(shù)通過近年來在頁巖氣開發(fā)過程中大量的實(shí)踐應(yīng)用， 具有施工效率高， 作業(yè)安全、 可靠性高等優(yōu)點(diǎn)， 成為水平井橋塞分段壓裂中不可缺少的工藝[17]。 隨著超高強(qiáng)度連續(xù)管的應(yīng)用， 以及傳輸射孔工藝的不斷進(jìn)步完善， 采用連續(xù)管傳輸分簇射孔工藝， 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)管單趟下井， 完成施工段多個(gè)位置射孔的工藝要求， 可有效減少管材起下頻次， 延長(zhǎng)連續(xù)管使用壽命， 節(jié)約連續(xù)管使用成本； 同時(shí)， 可以大幅縮短連續(xù)管傳輸射孔施工的總時(shí)間， 從而大幅提高新井儲(chǔ)層改造效率。

采用國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管， 在某頁巖氣井開展傳輸射孔作業(yè)， 成功實(shí)現(xiàn)管柱下井一趟射孔11 簇， 創(chuàng)造了頁巖氣開發(fā)以來傳輸射孔的一項(xiàng)紀(jì)錄， 射孔施工曲線如圖4 所示。

圖4 CT130 連續(xù)管單趟下井傳輸射孔11 簇施工曲線

（3） 找漏堵漏作業(yè)。 國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管在某井完成通刮洗作業(yè)后， 全井筒試壓不合格， 試壓期間發(fā)生環(huán)空出水。 隨后采用封隔器試壓找漏方法， 將CT130 連續(xù)管帶底封工具分別試壓，確定破漏點(diǎn)位置。 采用連續(xù)管及化學(xué)堵劑堵漏工藝， 成功完成堵漏作業(yè)。 全井筒試壓合格， 施工效果及質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 CT130 連續(xù)管的高強(qiáng)度有效防止了管材下井過程中的管材屈曲， 為準(zhǔn)確找漏、 堵漏作業(yè)提供了有利條件。

目前， 該盤連續(xù)管在高壓環(huán)境中累計(jì)安全起下油管49 次， 其中包括通刮洗井作業(yè)12 次， 傳輸測(cè)井及傳輸射孔作業(yè)24 次， 下橋塞及鉆橋塞作業(yè)7 次， 堵漏找漏5 次， 強(qiáng)磁打撈1 次。 管柱累計(jì)起下達(dá)37×104多米， 累計(jì)作業(yè)超過600 h，作業(yè)最高內(nèi)壓68 MPa， 平均內(nèi)壓45 MPa， 整體作業(yè)過程順暢， 滿足施工設(shè)計(jì)要求。 連續(xù)管作業(yè)車上配套的疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件顯示， 該盤連續(xù)管的平均累計(jì)疲勞損傷率為33%。

對(duì)起、 下49 次的連續(xù)管端部位置取樣進(jìn)行服役后樣管性能檢測(cè)， 結(jié)果見表8。 由表8 可知， 服役后的管材屈服強(qiáng)度為880 MPa， 較服役前管材屈服強(qiáng)度降低6%； 管材抗拉強(qiáng)度無明顯降低 （服役前管材性能見表3）； 管材壓扁、 擴(kuò)口、 硬度檢測(cè)均滿足要求。 由于包辛格效應(yīng)， 一般連續(xù)管經(jīng)卷取彎曲后屈服強(qiáng)度會(huì)下降5%～10%。 由此可見， CT130 連續(xù)管經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)起、下49 次后， 管材屈服強(qiáng)度降低屬于正?，F(xiàn)象，管材整體性能無明顯降低。

表8 服役后連續(xù)管性能檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 論

（1） 通過性能分析， 國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管強(qiáng)度高， 管材焊接質(zhì)量、 塑性、 硬度控制較好， 具有較高的抗內(nèi)、 外壓能力和彎曲疲勞壽命， 產(chǎn)品綜合性能較好， 可滿足超深井、 頁巖氣井對(duì)連續(xù)管承載能力、 承內(nèi)外壓、 水平下入深度等作業(yè)要求。

（2） 通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用， 國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管在高壓環(huán)境中累計(jì)安全起、 下油管49 次， 作業(yè)車配套疲勞壽命預(yù)測(cè)軟件顯示管材平均累計(jì)疲勞損傷率為33%， 而對(duì)服役后樣管檢測(cè)結(jié)果表明管材整體性能無明顯衰減。

（3） 對(duì)國(guó)產(chǎn)CT130 連續(xù)管的性能分析及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用， 充分驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)油管過硬的品質(zhì)， 可替代同類型進(jìn)口連續(xù)管產(chǎn)品， 而CT130 連續(xù)管的國(guó)產(chǎn)化無疑將促進(jìn)非常規(guī)氣藏的低成本開發(fā)， 促進(jìn)油田實(shí)現(xiàn)降本增效。