國產CT130變壁厚連續管性能及現場應用*

王 亮，唐家財，王維東，喬凌云，王 超，姚愛國，李鴻斌，鮮林云

（1.中油國家石油天然氣管材工程技術研究中心有限公司，西安 710018；2.寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008；3.陜西省高性能連續管重點實驗室，陜西 寶雞 721008；4.中國石油集團測井有限公司新疆分公司，新疆 克拉瑪依 834000；5.浙江金洲管道工業有限公司，浙江 湖州 313099）

0 前 言

隨著我國大位移水平井數量和水平井長度的日益增加，作業壓力日益增大，對連續管的下入深度、高壓等方面提出了更高的要求。同時，隨著連續管長度、單卷質量不斷提高，增大了管材的運輸難度，對連續管作業車承重能力、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總資源的83.2%和63.9%，勘探開發潛力巨大[1-2]。因此，對屈服強度在130 ksi 鋼級以上的超高強度變壁厚連續管產品需求迫切。

CT130變壁厚連續管是一種外徑不變、壁厚沿長度方向漸變的新型管材，與同鋼級等壁厚連續管相比，變壁厚連續管具有減輕管柱懸掛質量、提高作業下入深度、便于運輸等特點，因此，在深井、超深井、大位移水平井及頁巖氣開發中的壓裂、鉆磨等作業中具有獨特的優勢[3-7]。國內此前尚無此類產品，川慶鉆探、中石化、新疆油田等根據開發需要，近年相繼進口了多盤NOV 公司生產的QT-1300 變壁厚連續油管(CT130 鋼級)，但由于供貨周期長，價格高，不能及時滿足油田開發需求。

筆者對國產CT130連續管進行了顯微組織及力學性能分析，并介紹其在某油田下井生產作業情況，為用戶全面了解國產CT130變壁厚連續管產品性能、合理制定生產 作業工藝及促進該產品在油田的推廣應用提供數據支撐。

1 CT130變壁厚連續管性能分析

1.1 試驗材料與方法

試驗選取5 m未經卷曲的CT130變壁厚連續管實物管材，規格為Φ50.8 mm×（4.44～4.8）mm，管材化學成分見表1。使用Olympus GX71顯微鏡進行金相及夾雜物分析；使用Durascan-70 試驗機進行硬度檢測；使用ZIWCK1200 型試驗機進行整管拉伸性能檢測；使用WE-30B型液壓式萬能試驗機進行壓扁及擴口檢測；使用SW-CPT-200 水壓系統進行管材內外壓測試；使用PLW-100型試驗機進行彎曲疲勞性能測試。

表1 CT130連續管化學成分 %

1.2 檢測結果與性能分析

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 變壁厚連續管組織均勻，且HFW 焊縫、熱影響區、母材組織基本一致。由圖1（e）可知，母材以細晶板條鐵素體+粒狀貝氏體+珠光體組織為主。對管柱進行晶粒度分析可知，焊縫和母材晶粒度均為12 級，帶狀組織小于1.5 級，夾雜物小于1.0 級，表明成品管的晶粒較細，帶狀組織和非金屬夾雜控制得當。

圖1 CT130連續管管材金相組織形貌

1.2.2 管材強度

對CT130 變壁厚連續管進行拉伸性能檢測，每組取3根試樣，檢測結果取平均值，見表2。結果表明，管體屈服強度、抗拉強度及斷后伸長率均高于設計要求，管材具有良好的強塑性匹配，確保其具有更高的承載和解卡能力，在水平段作業時可以下入更長距離。

表2 拉伸試驗檢測結果

1.2.3 硬度

對CT130變壁厚連續管進行硬度檢測，結果如圖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的設計要求。

圖2 CT130變壁厚連續管硬度試驗結果

1.2.4 塑性

參考API SPEC 5ST標準對CT130變壁厚連續管樣品開展塑性檢測。表3、表4分別為管材壓扁試驗和擴口試驗結果，由表3、表4可以看出，采用WE-30B 型液壓式萬能試驗機將試樣壓扁至43.2 mm時，焊縫在0°、90°時均未出現裂紋。對試樣擴口至19%時，端部焊縫母材未出現裂口。由此可知，CT130變壁厚連續管具有良好的塑性，可滿足現場服役過程中大應變彎曲變形要求。

表3 壓扁試驗結果

表4 擴口試驗結果

1.2.5 抗內、外壓性能

分別對Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 變壁厚連續管進行抗內壓爆破試驗，試驗結果如圖3 所示。從圖3 可以看出，Φ50.8 mm×4.44 mm 試樣升壓至176.4 MPa 時爆破失效，爆口位于堵頭環焊縫上，較理論計算值（162.7 MPa）提高8.4%；1302 試樣升壓至103.4 MPa，保壓15 min，保壓過程中無泄漏，繼續升壓至223.3 MPa 時爆破失效，爆口位于焊縫上，較理論計算值（175.9 MPa）提高26.9%。試驗結果表明，CT130 變壁厚連續管抗內壓性能優異。

圖3 CT130變壁厚連續管爆破試驗曲線

對CT130 變壁厚連續管抗外壓性能，其規格Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 連續管樣管進行外壓擠毀試驗。試驗結果如圖4 所示，1303#試樣外壓失效壓力為165.2 MPa，較理論計算值（143 MPa）提高15.5%；1304#試樣外壓失效壓力為187.9 MPa，較理論計算值（153.4 MPa）提高22%。結果表明，CT130 變壁厚連續管抗擠毀性能優異。

圖4 CT130變壁厚連續管擠毀試驗曲線

試驗結果表明，CT130 變壁厚連續管具有良好的抗內壓和外壓能力，可大幅提高油田增產作業中高壓射孔、多段壓裂等復雜作業的安全性。

目前，各大高校轉專業大概可以分為三類：零門檻轉專業、在名額或成績上放寬和在條件或途徑上放寬；但浙江工業大學為全國高等院校開啟先河—從2016年起全面放開轉專業。那么，全面放開轉專業這一政策是否可以行呢？

1.2.6 彎曲疲勞性能

彎曲疲勞是導致連續管失效的主要因素，采用低周疲勞試驗機模擬連續管現場作業過程中的彎曲疲勞過程，在穩壓狀態下通過液壓缸推動，使試樣反復彎曲和矯直，直至失效[8-9]。

試驗中，彎曲模半徑與現場作業車導向拱和作業卷筒的最小半徑相同，取1 828 mm；管內相對壓力為34.47 MPa。對Φ50.8 mm×4.44 mm×1 524 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm×1 524 mm 樣管進行彎曲疲勞檢測。結果表明，Φ50.8 mm×4.44 mm樣品疲勞壽命均值為219 次，相比相同規格CT110連續管，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，相比相同規格CT110連續管，疲勞壽命提高了34%。由結果可知，國產CT130變壁厚連續管在帶壓條件下表現出較好的抗彎曲疲勞性能，現場作業中可大幅提升管材的起下次數，從而提高施工的安全性及經濟性。

2 CT130變壁厚連續管現場應用情況

新疆油田近年來水平井呈規模化開發，非常規油氣藏成為勘探開發主力，橋射聯作、大型分段水力壓裂成為開發的必要手段，在環瑪湖區塊、吉木薩爾頁巖油區塊井深超過5 000 m，水平井水平段大多在1 500 m以上，最長超過3 500 m。超高強度CT130變壁厚連續管具有承載、解卡能力強等優勢，必然成為深井、超深井、長水平段井儲層改造的一把利器[10-13]。

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

（1）通洗井+首段射孔作業。對于需要儲層改造的非常規油氣新井，為了快速實現儲層改造，采用連續油管首先進行一趟通洗井作業，為后續首段射孔以及橋射聯作提供井筒安全性保障。通過連續油管傳輸進行分簇首段射孔溝通儲層，為泵送橋塞提供液體通道。利用CT130變壁厚連續管下入水平段深的優勢擺脫了對井架的依賴，提高了自動化程度和作業效率，降低了作業勞動強度，為油田增儲上產保駕護航。

（2）鉆磨橋塞作業。對于新疆油田非常規油氣開發采用的密切割、強加砂分段壓裂的方式，在完成橋射聯作和體積壓裂之后，連續油管將鉆除井內橋塞，清理干凈井筒為油氣井投產清除障礙。利用國產CT130變壁厚連續管高強度的優勢，有效克服新疆油田單井橋塞數量多、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。

目前該盤連續管在高壓環境下累計安全起下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，累計作業超過480 h。最高施工壓力58 MPa，平均施工壓力42 MPa，滿足施工設計要求。疲勞軟件模擬預測顯示，該盤連續管的平均累計疲勞損傷率為29%，高于預期，且對比其他鋼級連續管優勢明顯。

3 結 論

（1）通過對CT130變壁厚連續管不同壁厚微觀組織分析，發現其母材、焊縫微觀組織均一性較好，且不同壁厚組織基本一致，且其組織為細晶板條鐵素體+粒狀貝氏體。管材強度高，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、非常規油氣藏對連續管承載能力、承內外壓能力、水平下入深度等作業要求。

（2）通過現場應用，CT130變壁厚連續管在高壓環境中累計起下37次，作業過程順利，各項性能指標完全符合施工設計和現場作業要求。

（3）CT130變壁厚連續管的性能分析及現場應用，充分驗證了國產連續管過硬的品質，可替代同類型進口連續管產品，將促進超深井、長段水平井等非常規油氣藏的低成本開發，為油田增儲上產保駕護航。