國產CT130 連續管性能及現場應用*

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任公司， 陜西 寶雞721008；2. 國家石油天然氣管材工程技術研究中心， 陜西 寶雞721008；3. 川慶鉆探工程有限公司井下作業公司， 成都610051）

0 前 言

連續管及其作業技術具有可帶壓作業、 連續起下、 作業快捷、 應用范圍廣、 綜合作業成本低等獨特優勢， 倍受油田用戶青睞。 特別是近幾年來， 隨著我國深層油氣資源及頁巖氣資源開發力度不斷加大， 連續管在油氣田勘探開發中發揮著越來越重要的作用[1-4]。 API SPEC 5ST 《連續油管規范》 中所涵蓋的連續管產品， 目前在我國已實現國產化， 其中最高鋼級為屈服強度大于758 MPa（110 ksi）、 抗拉強度大于793 MPa （115 ksi） 的CT110 連續管。

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

為滿足油田用戶對超高強度連續管的需求，同時打破國外對CT130 連續管產品及技術的壟斷， 國內某公司成功開發出國產CT130 連續管。本研究針對Φ50.8 mm×4.44 mm 規格國產CT130 連續管， 對其組織及力學性能進行了試驗分析， 并介紹了該連續管在某頁巖氣平臺開展下井作業的情況， 為用戶全面了解國產CT130 連續管， 合理制定現場作業工藝， 促進國產CT130 連續管產品在油田的推廣應用提供數據支撐。

1 國產CT130 連續管產品性能

強度、 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價連續管的關鍵性能指標， 現對國產CT130 連續管實物樣品性能進行研究。

1.1 試驗材料與方法

1.1.1 試驗材料

試驗材料是5 根長度5 m、 規格Φ50.8 mm×4.44 mm、 未經卷取的CT130 連續管直段實物管材， 該管材采用高強度、 低碳微合金熱軋卷板，經連續成型、 焊接、 熱處理后制成， 其主要化學成分見表1。

表1 CT130 連續管主要化學成分 %

1.1.2 試驗方法

本研究檢測項目包括CT130 連續管金相組織分析、 整管拉伸性能、 硬度檢測、 壓扁及擴口檢測、 水壓爆破、 外壓擠毀和彎曲疲勞試驗等。 具體試驗檢測項目、 檢測設備及相關標準見表2。

表2 CT130 連續管檢測項目及相關標準

1.2 檢測結果與分析

1.2.1 微觀組織

圖1 所示為CT130 連續管微觀組織形貌，由圖1 （a） ～ 圖1 （c） 可以看出， 焊縫、 熱影響區和母材組織均勻； 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， 帶狀組織小于1.5 級， 非金屬夾雜物最大為D 類1.0 級。 圖2 為母材的TEM 組織形貌， 由圖2 可以看出， CT130 連續管組織以板條狀鐵素體和粒狀貝氏體為主[11]。

圖1 CT130 連續管微觀組織形貌

圖2 CT130 連續管母材的TEM 組織形貌

1.2.2 強度

表3 CT130 連續管管體縱向拉伸性能試驗結果

表3 為CT130 連續管管體縱向拉伸性能試驗結果， 由表3 可以看出， CT130 連續管屈服強度為935 MPa， 抗拉強度為985 MPa， 斷后伸長率為20.4%， 其拉伸性能滿足設計要求。

1.2.3 硬度

表4 為CT130 連續管硬度檢測結果， 由表4可以看出， 管體硬度控制在281HV～330HV， 滿足設計要求， 且硬度波動較小， 表明管體母材及焊縫的組織均勻， 性能一致。

表4 CT130 連續管硬度檢測結果

1.2.4 塑性

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

英語語篇的特點是盡量避免重復，需要反復強調某些內容的情況下我們通常用同義詞和近義詞來實現詞匯銜接。在此例中，restriction和limit是同義詞，兩者的意思同為限制，使用這對同義詞不僅說明了“限制”的程度，讓句子表意更加明確，增強句子間的緊密性，同時也避免了詞匯的單調重復，符合英語的行文特點。動物學中文語篇中常出現相同的詞表示動物的某種行為或某個實驗操作等等，用以加強語氣和句子的緊密性。而英語的行文特點則是要避免重復，所以在動物學英語語篇中，多用同義詞或近義詞實現語篇的連貫，避免重復使用單一的單詞，。

圖3 CT130 連續管拉伸曲線

參考API SPEC 5ST 標準進行壓扁試驗和擴口試驗。 表5 為CT130 連續管壓扁試驗結果，表6 為CT130 連續管擴口試驗結果。 由表5 和表6 可以看出， 試驗后其焊縫、 母材均未出現裂紋， 表明CT130 連續管樣品焊接質量較好， 且管材沿周向具有良好的塑性。

表5 CT130 連續管管體壓扁試驗結果

表6 CT130 連續管管體擴口試驗結果

1.2.5 抗內、外壓性能

評價管材抗內壓性能， 將CT130 連續管樣管內部注水加壓至212.1 MPa， 管體高頻焊的焊縫位置發生失效， 較理論計算壓力162.7 MPa 提高30.4%。 評價管材抗外壓性能， 對CT130 連續管樣管進行外壓擠毀試驗， 升壓至185.3 MPa 管材失效， 較理論計算值143.0 MPa 提高了29.6%。 表7 為CT130 連續管水壓爆破及外壓擠毀試驗結果， 表7 試驗結果表明， CT130 連續管具有良好的抗內壓和抗外壓能力， 為管材高壓射孔、 多段壓裂等復雜作業情況提供了可靠保障。

表7 CT130 連續管管體水壓爆破及外壓擠毀試驗結果

1.2.6 彎曲疲勞性能

連續管在起、 下作業過程中， 作業卷筒和導向拱上的連續管會在內壓條件下發生周期性的大應變彎曲變形， 而彎曲疲勞是導致連續管失效的主要因素[12-13]。 對Φ50.8 mm×4.44 mm×1 524 mm規格CT130 連續管在內壓34.47 MPa、 彎曲半徑1 828 mm 條件下進行實物彎曲疲勞試驗。 試驗結果表明， CT130 連續管樣品疲勞壽命均值為223 次， 相比同規格CT110 連續管， 疲勞壽命提高了35%。

2 國產CT130 連續管產品現場應用

2017 年， 我國頁巖氣產量為90 億m3， 成為僅次于美國、 加拿大之后第三個形成規模和產業的國家， 我國頁巖氣按可采儲量計算占據世界首位。 在國家政策大力支持和市場不斷開拓的驅動下， 我國頁巖氣產量有望于2020 年實現300 億m3， 于2030 年實現800～1 000 億m3[14-16]。由于頁巖氣藏具有儲層低孔、 特低滲透等特征，使得儲層改造成為提高單井產能的首選手段， 超高強度CT130 連續管具有承載、 解卡能力強和水平段下入深度深等優勢， 將成為頁巖氣儲層改造的一把利器。

采用國產5 700 m CT130 鋼級Φ50.8 mm×4.44mm 連續管及配套國產作業車， 能夠建立獨立循環通道， 同時實現帶壓作業， 使得其在頁巖氣藏儲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、 下橋塞等技術服務， 以奠定頁巖氣儲層改造的基礎。 該盤管柱在某頁巖氣平臺完成了多口井的下井作業， 典型作業類型介紹如下。

（1） 通刮洗井作業。 頁巖氣新井為快速實現儲層改造， 頁巖氣平臺的叢式井組采用連續管進行通刮洗井一趟作業， 擺脫了常規試氣工序對井架的依賴， 提高了自動化程度， 降低了作業強度， 最大限度地提高了設備利用率， 減少了井間工序等待時間。 連續管通刮洗一體化模式大幅縮短了新井作業周期， 提高了作業效率， 降本增效優勢明顯。 超高強度CT130 連續管能夠順利下入井底深處， 實現通井、 套管刮蠟刮削和洗井一趟作業， 保障了作業的效率及可靠性。

（2） 傳輸分簇射孔作業。 連續管傳輸射孔技術通過近年來在頁巖氣開發過程中大量的實踐應用， 具有施工效率高， 作業安全、 可靠性高等優點， 成為水平井橋塞分段壓裂中不可缺少的工藝[17]。 隨著超高強度連續管的應用， 以及傳輸射孔工藝的不斷進步完善， 采用連續管傳輸分簇射孔工藝， 可實現連續管單趟下井， 完成施工段多個位置射孔的工藝要求， 可有效減少管材起下頻次， 延長連續管使用壽命， 節約連續管使用成本； 同時， 可以大幅縮短連續管傳輸射孔施工的總時間， 從而大幅提高新井儲層改造效率。

采用國產CT130 連續管， 在某頁巖氣井開展傳輸射孔作業， 成功實現管柱下井一趟射孔11 簇， 創造了頁巖氣開發以來傳輸射孔的一項紀錄， 射孔施工曲線如圖4 所示。

圖4 CT130 連續管單趟下井傳輸射孔11 簇施工曲線

（3） 找漏堵漏作業。 國產CT130 連續管在某井完成通刮洗作業后， 全井筒試壓不合格， 試壓期間發生環空出水。 隨后采用封隔器試壓找漏方法， 將CT130 連續管帶底封工具分別試壓，確定破漏點位置。 采用連續管及化學堵劑堵漏工藝， 成功完成堵漏作業。 全井筒試壓合格， 施工效果及質量達到設計要求。 CT130 連續管的高強度有效防止了管材下井過程中的管材屈曲， 為準確找漏、 堵漏作業提供了有利條件。

目前， 該盤連續管在高壓環境中累計安全起下油管49 次， 其中包括通刮洗井作業12 次， 傳輸測井及傳輸射孔作業24 次， 下橋塞及鉆橋塞作業7 次， 堵漏找漏5 次， 強磁打撈1 次。 管柱累計起下達37×104多米， 累計作業超過600 h，作業最高內壓68 MPa， 平均內壓45 MPa， 整體作業過程順暢， 滿足施工設計要求。 連續管作業車上配套的疲勞壽命預測軟件顯示， 該盤連續管的平均累計疲勞損傷率為33%。

對起、 下49 次的連續管端部位置取樣進行服役后樣管性能檢測， 結果見表8。 由表8 可知， 服役后的管材屈服強度為880 MPa， 較服役前管材屈服強度降低6%； 管材抗拉強度無明顯降低 （服役前管材性能見表3）； 管材壓扁、 擴口、 硬度檢測均滿足要求。 由于包辛格效應， 一般連續管經卷取彎曲后屈服強度會下降5%～10%。 由此可見， CT130 連續管經現場作業起、下49 次后， 管材屈服強度降低屬于正常現象，管材整體性能無明顯降低。

表8 服役后連續管性能檢測結果

3 結 論

（1） 通過性能分析， 國產CT130 連續管強度高， 管材焊接質量、 塑性、 硬度控制較好， 具有較高的抗內、 外壓能力和彎曲疲勞壽命， 產品綜合性能較好， 可滿足超深井、 頁巖氣井對連續管承載能力、 承內外壓、 水平下入深度等作業要求。

（2） 通過現場應用， 國產CT130 連續管在高壓環境中累計安全起、 下油管49 次， 作業車配套疲勞壽命預測軟件顯示管材平均累計疲勞損傷率為33%， 而對服役后樣管檢測結果表明管材整體性能無明顯衰減。

（3） 對國產CT130 連續管的性能分析及現場應用， 充分驗證了國產油管過硬的品質， 可替代同類型進口連續管產品， 而CT130 連續管的國產化無疑將促進非常規氣藏的低成本開發， 促進油田實現降本增效。