油田集输管网用非金属管存在问题分析及建议

非金属与复合材料管材成为油田地面集输管网防腐的重要解决方案之一,现已广泛应用于油田采油、采气、集输、注水等工程中。但由于非金属管产品种类繁多、结构形式各异、质量参差不齐,使得管材在设计、运输、施工、连接、应用等过程中存在较多的质量问题和使用问题,影响了非金属管的进一步推广应用。文章阐述了当前油田集输管网中用量最大的增强塑料管(玻璃钢管、塑料合金复合管、钢骨架复合管和柔性复合管)存在的典型问题,分析了产生以上问题的原因,并提出了相应的质量控制建议,为规范非金属管材的使用提供借鉴。     

非金属防腐管道的中试应用及性能评价

非金属管道因具有优良的耐腐蚀性,在油田得到广泛应用,但其物理机械性能较金属管道差,又限制了在油田的推广,因此有必要对非金属管道的性能进行综合评价,以达到合理选用非金属管道、充分发挥其防腐性能的目的。文章对玻璃钢管、钢骨架复合管、PE内衬管、玻璃釉内衬管和尼龙复合管进行了一年的中试应用及解剖试验评价,认为钢骨架复合管、尼龙复合管的防腐性能及整体性能较好,作为油田集输系统比较适宜的内防腐技术有较好的应用前景;玻璃钢管不适宜在较大压力下应用;PE内衬管防腐性能较好,但内衬与管道的结合力差,玻璃釉内衬管的防腐性能差,二者均不适宜在油田推广应用。     

油气集输用2205/X65双金属冶金复合管材及焊接工艺

为了提高油气田集输管道的抗腐蚀性能,开发了2205/X65双金属冶金复合板,设计了复合管TIG+MAG组合焊接工艺,制备了Φ610 mm×16(2+14)mm大直径2205/X65双金属复合管,并对复合板材及管材的力学性能、微观组织、耐腐蚀性进行了试验研究。结果表明,复合板材及管材的金相组织、夏比冲击、拉伸、剪切、DWTT、正反弯曲等指标满足相关标准要求;复合管理化性能和抗晶间腐蚀性能满足相关标准要求,可满足含H2S和CO2等腐蚀介质的油气集输要求。     

西部油田地面集输管线腐蚀穿孔及防治措施

地面集输管线的腐蚀穿孔是影响油气田安全生产的主要隐患之一。对西部某油田2013年度地面集输管线的腐蚀穿孔进行了统计和分析。注水管线的管材质量和结构、输送介质的腐蚀性、流体冲刷作用以及施工质量等是管线腐蚀穿孔的主要因素。为降低地面集输管线的腐蚀风险,提出"碳钢+缓蚀剂"防腐模式、使用非金属管线和管线定期检测的综合防治措施。从实用性和经济性考虑,缓蚀剂加注前一般要进行一次选型、分批次评价和定期清管预膜。非金属管线应重点关注选型和施工质量。     

芳纶纤维增强PE-RT管耐高温性能的试验研究

柔性复合管具有超高强度、高模量、耐酸碱腐蚀、重量轻等优良性能,但其耐高温性能却较差,存在一定的安全隐患。为此,以内衬层为高温聚乙烯（PE-RT）、增强层为芳纶纤维的柔性复合管为试验样品,利用高温高压釜、差热扫描仪等设备开展了不同工况、不同温度条件下的试验研究,以及整管承压能力和1 000 h存活试验。结果表明：①在环境相容性试验中,高温对柔性复合管内衬层PE-RT的重量、维卡软化温度、力学性能及结构组成影响不大,但是对增强层芳纶纤维的拉伸性能、整管水压爆破影响较明显;②导致整管承压能力下降的原因是增强层在受内压的过程中,芳纶纤维发生形变和断裂;③随着温度上升,会导致分子热运动的解取向和结晶,非晶取向降低,结晶度、晶区取向因子逐渐升高,大分子链的解取向增加,拉伸强度下降。结论认为,该类型柔性复合管能顺利通过1 000 h存活试验,推荐在工况介质温度不大于95 ℃、内压不大于4 MPa下使用。     

油田应用非金属管道的技术准入认证

非金属管道技术准入认证的关键是产品性能检验,该检验是对进入油田市场的非金属管道的综合检验,其目的是检验非金属管道是否满足油田安全生产的要求。非金属管道可从长期使用性能、短期强度性能、管材特性参数及管材外观尺寸几个方面进行性能检验。长期使用性能指标是反映管材长期使用条件的参数,主要包括长期静水压、短时循环压力等。短时水压失效压力(爆破或渗漏)试验是确定内压作用下非金属管道最大承载能力的方法,是确定管道使用压力及能否达到预期使用寿命的先决条件。     

腐蚀介质下油气输送用N08825/L450MS冶金复合管的开发

针对含有腐蚀性介质的油气输送用石油管材,采用真空焊接+高温轧制的N08825/L450MS双金属冶金复合板,通过JCO钢管成型工艺及以ERNiCrMo-3为过渡填充金属的SAW+TIG焊接工艺,开发了Φ610 mm×(3+17.5)mm双金属冶金复合管。依据API SPEC 5LD—2015《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》和TTP-00000-MA-ETR-0004《UNS N08825合金内覆复合管技术规定》,对复合管管体和焊缝进行了性能检测。结果显示,管体屈服强度平均值508 MPa,抗拉强度634 MPa;-30℃冲击功平均值292 J,-15℃下DWTT的SA达到100%;剪切强度达到386 MPa;覆层焊缝晶间腐蚀平均腐蚀速率为0.710 mm/a,点蚀平均腐蚀速率为0.183 g/m2。研究结果表明,开发的N08825/L450MS双金属冶金复合管各项指标远优于标准要求,该管材具有较好的力学性能和耐蚀性能,可用于含H_2S、CO_2等强腐蚀介质的油气输送。     

增强热塑性复合管在酸性环境下的耐蚀性能

增强塑料复合管被认为是解决酸性气田地面集输管道腐蚀问题的有效手段之一,内衬层、增强层与金属连接接头的耐蚀性能是增强热塑性复合管整体防腐性能的决定性因素。为此,采用高温高压釜、材料试验机、维卡软化温度测定仪和红外光谱仪等设备,测试了一种玻纤增强热塑性复合管内衬层、增强层与金属连接接头在模拟酸性环境（总压为10 MPa,H₂S分压为0.6 MPa,CO₂分压为0.25 MPa,温度为80 ℃）下的耐腐蚀性能。结果表明：经高温高压环境浸泡试验后,内衬层材料PVDF及玻纤增强树脂层均发生了溶胀增重（增重率小于1％）,PVDF拉伸强度下降了3.15％,维卡软化温度下降了3.4 ℃,PVDF结构成分未发生明显变化,玻纤树脂增强层拉伸强度下降了13.11％,PVDF和玻纤增强树脂适合作为酸性环境下应用的复合管机构材料;3种金属接头材质在模拟环境中腐蚀速率高低次序为：L360NS＞316L＞Alloy825,镍基合金825和316L属于轻度腐蚀,适合作为连接接头材料     

非金属管材在油田集输系统的应用

在油田开发过程中，油田集输管线受输液介质的腐蚀和磨损使管线使用寿命缩短。为了正确了解油田集输管线使用情况，为制定油田管线下步发展规划提供依据，对孤岛采油厂地面输油管线的腐蚀原因从流体流速、矿化度、含水、含砂等情况进行了详细分析，认识到管线材质是管线腐蚀的内因，输液量的不断增加是管线腐蚀的外国。指出了非金属管材是油田管线更新换代的必然选择，详尽地介绍了非金属管材在孤岛采油厂的应用情况及使用效果，并对下一步工作提供了建设性意见。     

普光气田集输站场排污管线腐蚀与对策

普光气田是国内首次大规模开发的高酸性气田,H_2S体积分数平均为15%,CO_2体积分数平均为8.6%,且气井普遍产出地层水。溶解了H_2S和CO_2气体的产出水进入集输站场排污管道,再加上其中富含氯离子和微生物等腐蚀介质,使得该部位抗硫碳钢A333管材腐蚀条件恶劣。室内电化学和模拟工况试验评价分析表明,A333钢在该环境下耐蚀性较差。针对排污管线存在的腐蚀风险开展了防腐蚀试验,结果表明,A333钢须与缓蚀剂配合使用才能满足高酸性气体环境下的腐蚀控制要求。同时开展了替代管材(耐蚀合金、涂层和柔性复合管)的研究和筛选,为同类高酸性油气田集输站场排污管线的选材和防腐蚀方案制定提供借鉴和参考。     

双金属复合管受青睐

以不锈钢耐腐蚀合金作内衬、以新或旧的碳钢管为基材，采用燃爆加工技术完成的双金属复合管，覆盖厚度0．5～1．0mm。其防腐性能寿命近于合金管，较碳钢管的防腐寿命高4～6倍以上，适宜于多种石油管材防腐需求，已广泛用于国内油气田，生产厂将扩大到8个。已在国外申请专利，并成批出口北美和中东地区。     

国产CT150连续管性能研究及应用

为满足超深井、超长水平井及高压井开发对连续管强度、下入深度、承压能力提出的要求，研制开发了目前世界最高强度CT150连续管，并在油田开展应用。通过金相、力学性能和低周疲劳等试验，研究了国产CT150连续管的强度、塑性、承压能力和弯曲疲劳寿命等性能。结果显示，国产CT150连续管屈服强度为1 078 MPa，抗拉强度为1 141 MPa，硬度<363HV_1.0，伸长率为21%；Φ50.8 mm×4.0 mm规格CT150连续管爆破压力达196.2 MPa，挤毁压力达161.4 MPa，疲劳寿命达到248次。研究表明，CT150连续管具有较好的强塑性，相比同规格CT110连续管，疲劳寿命提高了1倍，承载承压能力也大幅提升，相同条件下下入深度可提高36.4%。该产品在新疆油田总计应用28口井，下井作业51次，有效减少管材螺旋自锁现象发生，显著提升长水平段的下入深度，同时具有优异的承压性能，大幅提高了作业的安全性。     

车用35MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶自紧工艺研究

为了研究和分析玄武岩纤维增强金属内胆压力容器在自紧作用下的容器性能，以工作压力为35MPa的玄武岩纤维增强绕复合材料气瓶为研究对象，依据经典网格理论建立气瓶有限元模型，分析自紧工艺对玄武岩纤维增强复合材料气瓶应力大小及分布影响，根据《DOT-CFFC》标准，提出最佳自紧压力。研究表明：自紧后，玄武岩纤维增强复合气瓶纤维层在35MPa工作压力下的应力强度明显高于自紧前，气瓶纤维强度利用率大幅度提高；在60～80MPa工作压力下随着自紧压力增加，气瓶内衬的最大Von-Mises应力减小，内衬受力降低，纤维层最大Von-Mises应力增大，纤维增强作用提高；当自紧压力为64.89MPa时，气瓶的承载性能最佳，此时气瓶的内衬承载能力和纤维层利用率比自紧前分别提高了37.63%、33.22%；爆破压力下自紧压力不影响气瓶内衬和纤维层应力大小。该研究成果能大幅提高玄武岩复合材料气瓶的承载能力，有助于天然气汽车的应用推广。     

内衬不锈钢复合管在大港高腐蚀油田的试验应用

内衬不锈钢复合管防腐技术以普通碳素钢钢管或玻璃纤维增强塑料管作为基管,内衬厚度为0.8~1.0mm耐腐蚀性能好的304L不锈钢衬层,管端接头采用厚壁不锈钢短接焊接,形成管道全程对管内输送介质隔离,很好地解决了高腐蚀油田管道腐蚀漏失严重的问题,使管道寿命明显延长,可节省大量更换管道的费用。介绍了内衬不锈钢复合管防腐技术的结构、特点,以及在大港南部高腐蚀油田的试验应用情况。分析了2种内衬不锈钢复合管的优缺点、应用效果及应用经验,并结合应用经验提出了建议及要求,为高腐蚀油田解决地面管道腐蚀难题提供借鉴和参考。     

70 MPa微机控制管材静液压力试验机研究

根据国内石油管材发展的需要和管材静液压力试验机的技术现状，分析了其系统原理和设备要求，设计出了70MPa微机控制管材静液压力试验机系统，为管材耐压及爆破试验提供高性能的设备。     

2205/X65冶金复合管材焊接工艺及焊缝组织性能研究

为了开发抗H_2S、 CO_2强腐蚀性介质输送用复合管材,采用TIG+MAG焊接工艺对Φ610 mm×(2+14) mm 2205/X65冶金复合管(复层不锈钢厚2 mm,基层管线钢厚14 mm)进行了以ER309作为过渡填充金属的熔焊连接试验。利用OM、 SEM分析了焊缝区组织特征和相比例,并测试了力学性能和腐蚀性能。结果显示,该工艺方案有效抑制了合金元素稀释,使得焊缝金属合金成分保持在合理水平,呈铁素体(α)+奥氏体(γ)双相组织特征,复层焊缝铁素体含量平均值为45.62%,过渡层焊缝铁素体含量平均值为39.98%,均满足35%～65%要求。试制复合管焊缝抗拉强度达690～715 MPa,正反弯曲(弯轴直径70 mm)180°拉伸面无裂纹,-10℃下低温冲击功值达98～118 J。复层焊缝在腐蚀环境(H_2S分压0.8 MPa, CO_2分压1.5 MPa, Cl-浓度≤15%)中腐蚀速率均值仅为0.000 875 mm/a,远小于项目指标要求的0.15 mm/a; HIC试验裂纹敏感率CSR、裂纹长度率CLR和裂纹厚度率CTR均为0,且对SSCC不敏感;晶间腐蚀试验显示复层焊缝具有优良的抗晶间腐蚀性能。研究结果表明,采用本研究工艺技术试制的大直径2205/X65冶金复合管各项性能优于相关标准要求,可作为含有H_2S、 CO_2等腐蚀介质输送管道选材。     

N08825/L450MS复合管焊缝组织性能及抗腐蚀特性研究

为了解决油田严苛服役条件下管材的耐腐蚀问题,采用拉伸试验、夏比冲击试验、DWTT、弯曲试验、硬度测试、金相分析以及晶间腐蚀试验、HIC试验、SSCC试验等方法 ,对Φ610 mm×20.5(3+17.5)mm规格N08825/L450MS双金属复合管焊缝的力学性能、微观组织和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,试验焊缝的各项力学性能均满足相关标准要求;覆层焊缝中心区金相组织呈等轴状树枝晶形态,边缘呈柱状树枝晶形态,均为奥氏体+铁素体;复合管覆层母材和焊缝抗晶间腐蚀和点蚀性能优良,基层母材及焊缝对HIC和SSCC不敏感,可满足含有H2S和CO2等强腐蚀油气介质的集输要求。     

玻璃钢复合钢管的制备及静水压爆破性能研究

为了探索玻璃钢复合钢管用于油气输送领域的可行性,对玻璃钢复合钢管的制备和静水压爆破性能进行了研究,包括玻璃钢复合层材料的选择、玻璃钢管复合钢管的制造以及玻璃钢复合钢管的水压爆破试验,并与普通输送钢管的水压爆破性能和生产成本进行了对比。结果显示,玻璃钢复合钢管相对于同钢级普通钢管的爆破压力值提高了约50%,复合管在水压爆破过程中没有明显的屈服过程,外径膨胀率仅为1.06%-1.20%。研究表明,玻璃钢复合层较大地提升了管体强度,具有较为明显的止裂能力,且具有较高的产品性价比。     

国产Φ280mm十一辊高钢级精密钢管矫直机组

我国自行开发的精密管材矫直机适用管材规格范围不断扩大(Φ3～Φ220 mm),但被矫管材的屈服强度均小于650 MPa,难以适应新近市场急需的高钢级精密管材高效矫直的要求。针对这一问题,开发了Φ280 mm十一辊高钢级精密钢管矫直机。该矫直机组为离线设备,用于退火之后或者不经退火的冷轧、冷拔钢管的矫直,被矫管材屈服强度达到850 MPa,矫后管材直线度小于0.25 mm/m,矫直盲区控制在400 mm以内。近两年生产实践表明,针对高钢级、大直径精密矫直工艺中的敏感因素,采用辊式多环节矫直的设备方案是可行的。同时对机组传动系统、前台C形套内衬材料、换辊机构及矫直辊喷淋系统存在的问题提出了改进方向。     

高承压、低成本的车用35 MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶

为了提高压缩天然气(CNG)汽车的续驶里程,将CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa,同时采用高强度、低成本、储量丰富的新型缠绕纤维——玄武岩纤维来替代传统碳纤维和玻璃纤维,设计出车用35 MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶。通过薄膜理论和网格分析法计算出复合材料气瓶内衬和纤维缠绕层基本结构参数,利用ANSYS Workbench ACP模块建立1/2气瓶模型,数值模拟了气瓶在各种工况下的强度和稳定性。结果表明:(1)铝合金内衬在35 MPa工作压力下,最大应力位于封头和筒身的过渡段,其值为166.19 MPa,小于铝合金内衬屈服强度的60%即177.6 MPa;(2)环向缠绕层和螺旋缠绕层在爆破压力119 MPa下的最大应力分别为3 742.6 MPa和3 490.6 MPa,满足玄武岩增强纤维抗拉强度(3 000～4 840 MPa)的范围,符合DOT-CFFC铝合金内衬全缠绕复合材料气瓶的相关要求;(3)新型材料玄武岩纤维可以替代碳纤维和玻璃纤维缠绕在CNG气瓶上,能够满足气瓶的承压要求,安全可靠。结论认为,将目前常用的车用CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa可行,该研究成果有助于天然气汽车的应用推广。