连续油管用钢研究现状与发展趋势

1、Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB北京科技大学材料科学与工程学院刘雅政Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB目录一、连续油管概述三、连续油管及其用钢发展趋势二、马钢非调质CT80连续油

2、管用钢开发Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB一、连续油管概述连续油管（连续油管（Coiled Tubing，简称，简称CT）由若干段长度在百米以上的柔性管通过对焊或斜焊工艺焊接而成的无接头连续管，长度一般达几百米至几千米；相对于常规单根螺纹连接油管而言的，又称为挠性油管、蛇形管或盘管。连续管在修井、测井、钻井、完井，以及井场集输管线、海洋管线等得到广泛应用。连续油管与普通油井管相比

3、，连续管具有以下优势:u无螺纹连接，作业可靠性和安全性高；u搬迁安装快捷，大幅提高作业效率；u可以不停产带压作业；u作业现场占地少，灵活方便u作业成本大幅降低，可节省50%-70的费用。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB钻井分层酸化腐蚀冲洗洗井陆地海洋连续油管应用Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLa

4、b of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBl连续管技术在北美及发达地区得到了快速发展和广泛应用。到2010年，全球已有1778余台CTU，中国49台。l在北美地区，连续油管应用最为广泛，年消耗量占全球的60%以上，年增长率10%-15%。国外快速发展、广泛应用；国内发展缓慢，但市场空间大，随着连续油管技术发展，国产连续油管用钢需求量势必会逐渐增大。连续油管发展现状Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials

5、Forming Theory and Quality Control MSE, USTB连续油管作业过程Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB第1次弯曲第2次弯曲第3次弯曲连续油管作业装置（连续油管作业装置（CTU）示意图）示意图连续石油管在使役时，承受着反复的弯曲变形，需要承受大量的塑性变形低屈强比连续油管在一次循环中应力都达到材料的屈服点，在这种交变应力（或应变）的反复作用下极易萌生裂纹

6、、扩展并导致断裂，以低周疲劳失效方式而断裂高的低周疲劳性能连续油管的寿命还与腐蚀因素有关高的抗腐蚀性能屈强比越低，材料从开始塑性变形到断裂所需要的形变量越大，提高了塑性变形能力，可有效缓解因过载而产生的应力集中连续油管在使用时，承受着反复的弯曲变形，每次拉起、送入下井、使用完成这一过程都承受6次弯曲连续油管性能要求Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBCT80表示最小屈服强度为80000ps

7、i美制强度单位（80000psi相当于555MPa）的连续油管。钢水、夹杂物控制纯净度钢水、夹杂物控制纯净度材料具有较高的抗疲劳开裂性能，因此要求钢水的纯净度较高，A、B、C、D夹杂物级别均要求不大于0.5。力学性能指标力学性能指标屈服强度抗拉强度延伸率屈强比560MPa621MPa24.5%0.88关键控制技术关键控制技术（1）化学成分优化设计；（2）满足质量要求的纯净度钢生产、夹杂物控制技术；（3）满足高强度、低屈强比性能的微观组织结构设计及控制关键技术；（4）控轧控冷非调质生产工艺参数优化；主要包括：加热温度、终轧温度、轧后冷却速度、变形量和变形速率等；CT80连续油管用钢性能指标La

8、b of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB相变规律研究控轧控冷热模拟实验组织性能控制的中试轧制实验成分设计现场大生产连续油管性能二、马钢非调质CT80连续油管用钢开发开发思路Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control M

9、SE, USTB连续油管反复弯曲要求其具有较好的塑性变形较好的塑性变形能力能力，因此连续油管用钢应具有高强度、低屈高强度、低屈强比性能特点强比性能特点。是CT80板卷生产中的。高的屈服强度和抗拉强度；但通常两者的差值不大，因此屈强比相对较高。单一组织的钢两种或多种不同强度相的钢在塑性变形过程中软相先发生屈服，在进一步的形变过程中硬相可提高抗拉强度，使钢的屈服强度较低而抗拉强度较高，屈强比较低。显微组织设计显微组织设计两相材料的应力-应变曲线（硬相及软相应变过程的3阶段模型）通过实验室控轧控冷热模拟实验及实验室轧制实验结果，确定CT80连续油管由构成。针对CT80连续油管的特殊性能要求，如何通过

10、及来控制以达到性能指标是课题开发的。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB第一轮现场试制成分中试试验中，在条件下均获得了的成品；第一轮现场试制中，所采用化学成分是根据对，实现，在2250生产线上生产出了的成品。中试实验和现场试制化学成分对比（中试实验和现场试制化学成分对比（wt，%）中试成分化学成分控制Lab of Materials Forming Theory and Quality

11、 Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB 通过对比可知对CT80连续油管用钢，为后续连续油管用钢现场生产提供依据。Mo元素含量提高实验钢淬透性提高，有利于获得M/A岛组织有利于获得连续屈服型拉伸曲线作为实验钢中的硬相提高其抗拉强度可获得较低的屈强比Mo元素促进针状铁素体转变有利于获得针状铁素体的目标组织Nb元素含量细晶强化和析出强化作用主要贡献于材料的屈服强度现场试制中，钢板屈服强度均能达到其性能指标Lab of Materials Forming Theory and Qua

12、lity Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB工艺参数控制控制成品组织中，应保证，以保证成品获得较高的屈服强度。控制成品组织中，应选择合理卷取温度保证，避免卷取温度过高发生珠光体或卷取温度低发生马氏体转变，以保证成品获得合格的强度要求。在合理化学成分基础上，通过调整，即调整和，获得针状铁素体加贝氏体的双相组织，进而可保证获得连续油管用钢高强度低屈强比的性能要求。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE

13、, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB马钢CT80连续油管用钢2010.4 冶炼及实验材料制备2010.5-7 实验室材料基础特性实验及轧制实验2010.8 中试实验，3种达标的成分在对应工艺下均达到性能指标2010.12 第一轮现场生产，770卷和780卷各项性能满足指标2011.7 780卷钢板制管，宝管对各项结果比较满意的产品开发思路针对连续油管高强度低屈强比的性能特点，提出针状铁素体加贝氏体加少量M/A岛的组织，通过成分及工艺调整，获得综合性能优异的成品。马钢CT80连续油管用钢研发过程L

14、ab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB2011年4月，马钢CT80级连续管卷板到达宝鸡钢管研究院，卷板信息如下：数量：2卷规格：5.21170mm炉号：10306700卷号：H101604770 酸洗卷号B130891 重量：20.03吨卷号：H101604780 酸洗卷号B130892 重量：19.807吨对780卷钢板进行了规格的产品试制，对试制管进行了力学性能、压扁、扩口、硬度及低周

15、疲劳检测。马钢CT80连续油管用钢制管情况一段一段780卷钢板试验管卷钢板试验管Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB 规格规格方向方向屈服强度屈服强度Rt0.5, MPa抗拉强度抗拉强度Rm, MPa屈强比屈强比60.35.2mm纵向纵向5656680.85要求要求5526210.85试验管力学性能检测结果试验管硬度检测结果规格规格位置位置硬度值硬度值HV备注备注60.35.2mm母材母

16、材232235234焊缝焊缝245251249宝管检验宝管检验241243238北科大检验北科大检验要求要求248HV力学性能检测结果合格母材硬度值检测结果合格；宝管检验焊缝硬度平均值为248.3HV，认为焊缝硬度值不合格，而在北科大重新测量焊缝硬度平均值为241HV，。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB压扁试验试样压扁试验设备试验管压扁试验检测试样数量焊缝位置H1压下时两平行板间距离(

17、mm)合格数量H1 (连续油管规范)H2 (A450)H32051.232.2（压至2t）229051.232.2（压至2t）1压扁试验结果焊缝位置0和90两个位置压扁试验焊缝位置90位置时有1个试样压至H2时焊缝出现极微小的点缺陷。正在进行复检。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB试验管扩口试验检测扩口试验检测结果合格扩口试验试样扩口试验设备试样数量压头锥度扩口率%（ID）合格试样数量2

18、60252扩口试验结果Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB低周疲劳试验低周疲劳试验方法：试验压力约35MPa试样长1500mm密封后充入高压水，在半径为1219 mm的弯曲模具下反复进行“弯曲-拉直-弯曲”疲劳试验检测平均疲劳次数宝管低周疲劳试验设备Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Mat

19、erials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB低周疲劳试验前后试样形貌（a）试验前形貌；（b）试验后形貌(a)(b)2#试样疲劳裂纹低周疲劳检测结果合格Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB （1）780#板卷力学性能检测：由于取样位置不对，供货酸洗板卷外圈1-10米为热轧带头前10米未冷段，所测性能不能作为实际板卷性能。建议下次供货把

20、酸洗板卷后10米切除；（2）板卷180弯曲试验合格、显微硬度、带状组织、夹杂、晶粒度均满足协议要求；（3）试验管压扁试验焊缝位置90位置时有1个试样压至H2时焊缝出现极微小的点缺陷，正在进行复检；扩口试验和低周疲劳试验结果均合格；（4）试验管力学性能检测结果满足宝管要求；试验管母材硬度值满足指标要求；宝管检验焊缝硬度平均值为248.3HV，认为焊缝硬度值不合格，而在北科大重新测量焊缝硬度平均值为241HV，硬度值满足指标要求。马钢CT80连续油管用钢及制管情况总结目前宝管只进行了780卷钢板试制管，770卷钢板还未进行制管；770卷钢板综合力学性能优于780卷钢板，770卷钢板试制管性能

21、结果应能完全满足管材指标要求。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB级别级别屈服强度，屈服强度，MPa抗拉强度，抗拉强度，MPa伸长率, %硬度，硬度，HRCCT553794833022CT704835523022CT805516212722CT906206692222CT1006897582228CT1107587932030高强度级别连续油管三、连续油管及其用钢发展趋势目前，国内外连续

22、油管多采用CT80级别。而美国QT公司和Tenaris已经开发出CT110钢级连续管，CT90实现批量应用；将会是近期连续油管技术发展的重点。对于连续油管用钢，其后续开发目标应以。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB宝钢连续油管用钢情况目前已开发了CT80、CT90、CT100三个牌号高强度连续油管用钢，并出口批量到海外，但。CSiMnNbTiCuNiCrMo1#0.040.241.38

23、0.110.0120.240.150.580.332#0.050.561.130.090.0150.450.250.630.16终轧温度，终轧温度，冷却速度，冷却速度，/s卷取温度，卷取温度，1#8008-14450-5002#84012-18500-550屈服强度，屈服强度，MPa抗拉强度，抗拉强度，MPa伸长率，伸长率，%1#65071023.42#62568125宝钢CT90连续油管用钢化学成分宝钢CT90连续油管用钢工艺参数宝钢CT90连续油管用钢力学性能Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab o

24、f Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB武钢连续油管用钢情况u武钢从2006年就开始进行研制连续油管用钢，先后进行了6、7轮现场试制，每轮进行2炉冶炼，到2009年底才研制成功；uCT70和CT80级别连续油管用钢可以稳定生产；u宝鸡钢管研究院所生产连续油管用钢均为武钢供货；u武钢供CT80连续油管用钢规格均在4mm以下，且生产连续油管直径规格多为31.75mm以下；u目前在进行CT90连续油管用钢开发。Lab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTBLab of Materials Forming Theory and Quality Control MSE, USTB壁厚直径大壁厚大直径连续油管目前，武钢供宝鸡钢管CT80连续油管用钢均为4mm以下厚度规格。马钢780卷钢板制管尺寸为：5.2mm壁厚60.3mm直径，壁厚和直径均为宝管生产最大尺寸。对于CT80级别连续油管，壁厚和直径规格也越来越大，大壁厚大直径也是连续油管的发展及应用趋势。对于CT80级别连续油管用钢，其后续开发应以的成品。Lab of Materials Forming Theory and Qua