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

王 亮，唐家財(cái)，王維東，喬凌云，王 超，姚愛(ài)國(guó)，李鴻斌，鮮林云

（1.中油國(guó)家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心有限公司，西安 710018；2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721008；3.陜西省高性能連續(xù)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 寶雞 721008；4.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司新疆分公司，新疆 克拉瑪依 834000；5.浙江金洲管道工業(yè)有限公司，浙江 湖州 313099）

0 前 言

隨著我國(guó)大位移水平井?dāng)?shù)量和水平井長(zhǎng)度的日益增加，作業(yè)壓力日益增大，對(duì)連續(xù)管的下入深度、高壓等方面提出了更高的要求。同時(shí)，隨著連續(xù)管長(zhǎng)度、單卷質(zhì)量不斷提高，增大了管材的運(yùn)輸難度，對(duì)連續(xù)管作業(yè)車承重能力、提拉能力提出了更高的要求。有資料顯示，塔里木盆地超深層油氣資源量豐富，埋深在6 000 m 以上的石油和天然氣資源分別占全國(guó)總資源的83.2%和63.9%，勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大[1-2]。因此，對(duì)屈服強(qiáng)度在130 ksi 鋼級(jí)以上的超高強(qiáng)度變壁厚連續(xù)管產(chǎn)品需求迫切。

CT130變壁厚連續(xù)管是一種外徑不變、壁厚沿長(zhǎng)度方向漸變的新型管材，與同鋼級(jí)等壁厚連續(xù)管相比，變壁厚連續(xù)管具有減輕管柱懸掛質(zhì)量、提高作業(yè)下入深度、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，因此，在深井、超深井、大位移水平井及頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的壓裂、鉆磨等作業(yè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3-7]。國(guó)內(nèi)此前尚無(wú)此類產(chǎn)品，川慶鉆探、中石化、新疆油田等根據(jù)開(kāi)發(fā)需要，近年相繼進(jìn)口了多盤(pán)NOV 公司生產(chǎn)的QT-1300 變壁厚連續(xù)油管(CT130 鋼級(jí))，但由于供貨周期長(zhǎng)，價(jià)格高，不能及時(shí)滿足油田開(kāi)發(fā)需求。

筆者對(duì)國(guó)產(chǎn)CT130連續(xù)管進(jìn)行了顯微組織及力學(xué)性能分析，并介紹其在某油田下井生產(chǎn)作業(yè)情況，為用戶全面了解國(guó)產(chǎn)CT130變壁厚連續(xù)管產(chǎn)品性能、合理制定生產(chǎn) 作業(yè)工藝及促進(jìn)該產(chǎn)品在油田的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 CT130變壁厚連續(xù)管性能分析

1.1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)選取5 m未經(jīng)卷曲的CT130變壁厚連續(xù)管實(shí)物管材，規(guī)格為Φ50.8 mm×（4.44～4.8）mm，管材化學(xué)成分見(jiàn)表1。使用Olympus GX71顯微鏡進(jìn)行金相及夾雜物分析；使用Durascan-70 試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行硬度檢測(cè)；使用ZIWCK1200 型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行整管拉伸性能檢測(cè)；使用WE-30B型液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓扁及擴(kuò)口檢測(cè)；使用SW-CPT-200 水壓系統(tǒng)進(jìn)行管材內(nèi)外壓測(cè)試；使用PLW-100型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲疲勞性能測(cè)試。

表1 CT130連續(xù)管化學(xué)成分 %

1.2 檢測(cè)結(jié)果與性能分析

1.2.1 微觀組織

管材焊縫和母材的金相照片如圖1 所示。由圖1（a）～圖1（d）可知，CT130 變壁厚連續(xù)管組織均勻，且HFW 焊縫、熱影響區(qū)、母材組織基本一致。由圖1（e）可知，母材以細(xì)晶板條鐵素體+粒狀貝氏體+珠光體組織為主。對(duì)管柱進(jìn)行晶粒度分析可知，焊縫和母材晶粒度均為12 級(jí)，帶狀組織小于1.5 級(jí)，夾雜物小于1.0 級(jí)，表明成品管的晶粒較細(xì)，帶狀組織和非金屬夾雜控制得當(dāng)。

圖1 CT130連續(xù)管管材金相組織形貌

1.2.2 管材強(qiáng)度

對(duì)CT130 變壁厚連續(xù)管進(jìn)行拉伸性能檢測(cè)，每組取3根試樣，檢測(cè)結(jié)果取平均值，見(jiàn)表2。結(jié)果表明，管體屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率均高于設(shè)計(jì)要求，管材具有良好的強(qiáng)塑性匹配，確保其具有更高的承載和解卡能力，在水平段作業(yè)時(shí)可以下入更長(zhǎng)距離。

表2 拉伸試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

1.2.3 硬度

對(duì)CT130變壁厚連續(xù)管進(jìn)行硬度檢測(cè)，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可以看出，焊縫和母材硬度基本一致，均在306HV1.0～336HV1.0之間，硬度控制合理，滿足≤ 382HV1.0的設(shè)計(jì)要求。

圖2 CT130變壁厚連續(xù)管硬度試驗(yàn)結(jié)果

1.2.4 塑性

參考API SPEC 5ST標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CT130變壁厚連續(xù)管樣品開(kāi)展塑性檢測(cè)。表3、表4分別為管材壓扁試驗(yàn)和擴(kuò)口試驗(yàn)結(jié)果，由表3、表4可以看出，采用WE-30B 型液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)將試樣壓扁至43.2 mm時(shí)，焊縫在0°、90°時(shí)均未出現(xiàn)裂紋。對(duì)試樣擴(kuò)口至19%時(shí)，端部焊縫母材未出現(xiàn)裂口。由此可知，CT130變壁厚連續(xù)管具有良好的塑性，可滿足現(xiàn)場(chǎng)服役過(guò)程中大應(yīng)變彎曲變形要求。

表3 壓扁試驗(yàn)結(jié)果

表4 擴(kuò)口試驗(yàn)結(jié)果

1.2.5 抗內(nèi)、外壓性能

分別對(duì)Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 變壁厚連續(xù)管進(jìn)行抗內(nèi)壓爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。從圖3 可以看出，Φ50.8 mm×4.44 mm 試樣升壓至176.4 MPa 時(shí)爆破失效，爆口位于堵頭環(huán)焊縫上，較理論計(jì)算值（162.7 MPa）提高8.4%；1302 試樣升壓至103.4 MPa，保壓15 min，保壓過(guò)程中無(wú)泄漏，繼續(xù)升壓至223.3 MPa 時(shí)爆破失效，爆口位于焊縫上，較理論計(jì)算值（175.9 MPa）提高26.9%。試驗(yàn)結(jié)果表明，CT130 變壁厚連續(xù)管抗內(nèi)壓性能優(yōu)異。

圖3 CT130變壁厚連續(xù)管爆破試驗(yàn)曲線

對(duì)CT130 變壁厚連續(xù)管抗外壓性能，其規(guī)格Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 連續(xù)管樣管進(jìn)行外壓擠毀試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示，1303#試樣外壓失效壓力為165.2 MPa，較理論計(jì)算值（143 MPa）提高15.5%；1304#試樣外壓失效壓力為187.9 MPa，較理論計(jì)算值（153.4 MPa）提高22%。結(jié)果表明，CT130 變壁厚連續(xù)管抗擠毀性能優(yōu)異。

圖4 CT130變壁厚連續(xù)管擠毀試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)結(jié)果表明，CT130 變壁厚連續(xù)管具有良好的抗內(nèi)壓和外壓能力，可大幅提高油田增產(chǎn)作業(yè)中高壓射孔、多段壓裂等復(fù)雜作業(yè)的安全性。

目前，各大高校轉(zhuǎn)專業(yè)大概可以分為三類：零門(mén)檻轉(zhuǎn)專業(yè)、在名額或成績(jī)上放寬和在條件或途徑上放寬；但浙江工業(yè)大學(xué)為全國(guó)高等院校開(kāi)啟先河—從2016年起全面放開(kāi)轉(zhuǎn)專業(yè)。那么，全面放開(kāi)轉(zhuǎn)專業(yè)這一政策是否可以行呢？

1.2.6 彎曲疲勞性能

彎曲疲勞是導(dǎo)致連續(xù)管失效的主要因素，采用低周疲勞試驗(yàn)機(jī)模擬連續(xù)管現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中的彎曲疲勞過(guò)程，在穩(wěn)壓狀態(tài)下通過(guò)液壓缸推動(dòng)，使試樣反復(fù)彎曲和矯直，直至失效[8-9]。

試驗(yàn)中，彎曲模半徑與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)車導(dǎo)向拱和作業(yè)卷筒的最小半徑相同，取1 828 mm；管內(nèi)相對(duì)壓力為34.47 MPa。對(duì)Φ50.8 mm×4.44 mm×1 524 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm×1 524 mm 樣管進(jìn)行彎曲疲勞檢測(cè)。結(jié)果表明，Φ50.8 mm×4.44 mm樣品疲勞壽命均值為219 次，相比相同規(guī)格CT110連續(xù)管，疲勞壽命提高了33%；Φ50.8 mm×4.80 mm 樣品疲勞壽命均值為260 次，相比相同規(guī)格CT110連續(xù)管，疲勞壽命提高了34%。由結(jié)果可知，國(guó)產(chǎn)CT130變壁厚連續(xù)管在帶壓條件下表現(xiàn)出較好的抗彎曲疲勞性能，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中可大幅提升管材的起下次數(shù)，從而提高施工的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

2 CT130變壁厚連續(xù)管現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

新疆油田近年來(lái)水平井呈規(guī)?；_(kāi)發(fā)，非常規(guī)油氣藏成為勘探開(kāi)發(fā)主力，橋射聯(lián)作、大型分段水力壓裂成為開(kāi)發(fā)的必要手段，在環(huán)瑪湖區(qū)塊、吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)塊井深超過(guò)5 000 m，水平井水平段大多在1 500 m以上，最長(zhǎng)超過(guò)3 500 m。超高強(qiáng)度CT130變壁厚連續(xù)管具有承載、解卡能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，必然成為深井、超深井、長(zhǎng)水平段井儲(chǔ)層改造的一把利器[10-13]。

采用7 000 m CT130 鋼級(jí)Φ50.8 mm×（4.44～4.80）mm 變壁厚連續(xù)油管配套LG450-7000連續(xù)油管作業(yè)車組，在頁(yè)巖油、瑪湖凹陷等自生自儲(chǔ)致密油氣儲(chǔ)層改造中提供通洗井、首段射孔、沖砂、鉆磨橋塞等技術(shù)服務(wù)。該盤(pán)管柱已在新疆油田各個(gè)區(qū)域完成多口井作業(yè)。典型作業(yè)情況如下：

（1）通洗井+首段射孔作業(yè)。對(duì)于需要儲(chǔ)層改造的非常規(guī)油氣新井，為了快速實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造，采用連續(xù)油管首先進(jìn)行一趟通洗井作業(yè)，為后續(xù)首段射孔以及橋射聯(lián)作提供井筒安全性保障。通過(guò)連續(xù)油管傳輸進(jìn)行分簇首段射孔溝通儲(chǔ)層，為泵送橋塞提供液體通道。利用CT130變壁厚連續(xù)管下入水平段深的優(yōu)勢(shì)擺脫了對(duì)井架的依賴，提高了自動(dòng)化程度和作業(yè)效率，降低了作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)保駕護(hù)航。

（2）鉆磨橋塞作業(yè)。對(duì)于新疆油田非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)采用的密切割、強(qiáng)加砂分段壓裂的方式，在完成橋射聯(lián)作和體積壓裂之后，連續(xù)油管將鉆除井內(nèi)橋塞，清理干凈井筒為油氣井投產(chǎn)清除障礙。利用國(guó)產(chǎn)CT130變壁厚連續(xù)管高強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)，有效克服新疆油田單井橋塞數(shù)量多、出砂量大、施工壓力高、施工難度大的難題，提高了施工效率和施工安全性。

目前該盤(pán)連續(xù)管在高壓環(huán)境下累計(jì)安全起下37 次，其中包括通洗井12 次、首段射孔10 次、鉆磨橋塞15 次、鉆除橋塞128 級(jí)，累計(jì)作業(yè)超過(guò)480 h。最高施工壓力58 MPa，平均施工壓力42 MPa，滿足施工設(shè)計(jì)要求。疲勞軟件模擬預(yù)測(cè)顯示，該盤(pán)連續(xù)管的平均累計(jì)疲勞損傷率為29%，高于預(yù)期，且對(duì)比其他鋼級(jí)連續(xù)管優(yōu)勢(shì)明顯。

3 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)CT130變壁厚連續(xù)管不同壁厚微觀組織分析，發(fā)現(xiàn)其母材、焊縫微觀組織均一性較好，且不同壁厚組織基本一致，且其組織為細(xì)晶板條鐵素體+粒狀貝氏體。管材強(qiáng)度高，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、非常規(guī)油氣藏對(duì)連續(xù)管承載能力、承內(nèi)外壓能力、水平下入深度等作業(yè)要求。

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，CT130變壁厚連續(xù)管在高壓環(huán)境中累計(jì)起下37次，作業(yè)過(guò)程順利，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合施工設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

（3）CT130變壁厚連續(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)連續(xù)管過(guò)硬的品質(zhì)，可替代同類型進(jìn)口連續(xù)管產(chǎn)品，將促進(jìn)超深井、長(zhǎng)段水平井等非常規(guī)油氣藏的低成本開(kāi)發(fā)，為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)保駕護(hù)航。