20钢+316L不锈钢双金属复合管的焊接技术和焊接方法

针对雅克拉凝析气田的强腐蚀性,结合目前双金属复合管的发展和现场应用试验,集输管道采用了抗腐蚀性能较好的20钢+316L双金属复合管。文章从复合管基管材料、内衬层材料及其焊接性能出发,介绍了20钢+316L双金属复合管的焊接工艺及焊接方法。     

双金属管极限弹性水压复合工艺研究

基于双金属管水压复合工艺,提出了一种利用材料极限弹性膨胀特征曲线控制双金属管水压复合效果的方法。复合管接触应力试验表明,为了获得最佳的复合效果,外基管材质级别要尽可能高,而内衬管材质也应采用刚度匹配的材料;在内衬管和外基管的材料既定的情况下,复合过程采用的水压越大,复合管获得的剩余弹性势能越多,复合效果越好。复合管水压膨胀试验结果表明,当外基管的膨胀过程处于由弹性变形向塑性变形阶段过渡的拐点时,复合管将获得最大剩余弹性势能,可确保复合管双金属层达到最佳贴合状态。     

双金属复合管鼓包机理分析和试验研究

机械式双金属复合管基/衬管之间为过盈贴合,衬管较薄且刚度较差,若工程应用中使用不当,易出现双金属复合管衬管鼓包失稳。从双金属复合管衬管鼓包失稳的机理研究,给出了适用于复合管衬管鼓包临界载荷估算的经验公式和发生衬管鼓包的力学条件。根据发生衬管鼓包的力学条件结合复合管设计、生产和使用过程,分析了可能影响复合管鼓包的主要因素。经理论分析与试验验证得出:双金属复合管结构设计及基/衬管结合强度值不合理,会导致衬管鼓包临界载荷降低,基/衬管之间进水且在高温下使用,衬管出现贯穿性缺陷导致输送介质进入基/衬管间隙是双金属复合管衬管鼓包失稳的主要因素。     

海底管线用双金属复合管3LPP防腐质量控制

针对双金属复合管的结构特性、海上特殊施焊条件以及对管端的高质量要求,分别从双金属复合管3LPP防腐前准备、喷涂、防腐后水冷、内壁检查和管端处理等环节探讨了防腐质量的控制,并提出了提高双金属复合管防腐质量的有效措施,即:采用防腐全过程管端保护;分段预热、使用2个或3个中频加热器逐步使双金属复合管表面温度达到环氧粉末喷涂要求,尽可能使温度变化缓慢,降低内衬管与基管松脱风险;严控水冷时机、水冷温度及水量;防腐后内壁空压机风干、通径检验、内窥镜检验、管端水性防锈油喷涂及保护套安装密封。质量控制措施应用于平北黄岩油气田群一期双金属复合管3LPP防腐项目上,防腐质量良好。     

双金属复合管液压成型有限元模拟与试验研究

双金属复合管是防止油气介质内腐蚀的新型防腐技术,其成型过程及成型后的力学特性是采用双金属复合管防腐的关键技术之一。针对双金属复合管液压成型的力学问题建立了有限元模型,根据碳钢管和不锈钢管的实际尺寸对复合管的液压成型过程进行了有限元模拟,得出了成型压力与复合管成型后力学特性的关系。开展了双金属复合管液压成型的实物试验,并采用电阻应变测试法测得了复合管成型后外管的残余变形。试验结果表明,有限元分析结果与试验值接近,其偏差范围满足工程要求,所建立的有限元模型是合理的。研究成果可为双金属复合管的生产和使用提供重要的理论参考。     

双金属复合管防腐技术研究进展

随着油田开发的延续,油田地面管线面,临的腐蚀环境越来越恶劣,特别在一些高酸性气田,地面管线的腐蚀问题十分严重.目前应根据油气田地面管线腐蚀环境特点和防腐技术要求,立足国内双金属复合管生产现状和技术水平,借鉴国外双金属复合管的应用经验和规范要求,开展双金属复合管及其焊缝在可能的腐蚀环境中的腐蚀行为与耐蚀性能研究,从而建立双金属复合管焊缝耐蚀性能评价方法,明确油气田地面管线用双金属复合管的技术规范和焊接工艺要求.     

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。     

Y油田CO2驱区块原油集输工艺腐蚀防护技术应用

随着油田从传统高耗能生产模式向绿色低碳模式转型,CCUS-EOR技术逐步成为技术攻关与应用的新方向。在CO₂驱采出液中,高浓度的CO₂与水结合会对集输系统的碳钢管道、设备等造成一定的腐蚀,减少管道和设备的使用寿命。为了解决集输系统腐蚀问题并降低建设投资,通过室内模拟实验,明确了CO₂驱集输系统各节点腐蚀特点;通过对现场监测集输节点油井、集油管道、计量间、转油站、联合站等腐蚀数据分析,证明了CO₂含量越高,腐蚀性越强,验证了碳钢、不锈钢、双金属、玻璃钢、复合管等多种材质在CO₂驱集输工况下的腐蚀特点,提出了材质、涂层、缓蚀剂等适用的防腐技术。2014年开始在Y油田S16区块进行了CO₂驱集输系统腐蚀防护技术应用,该技术防腐效果较好,大幅降低了建设投资,具有一定的推广应用价值。     

双金属复合管内衬塌陷问题与建议

双金属复合管在油气生产集输现场应用过程中较易出现内衬层塌陷问题,使得管道通球作业和管道预防性内检测无法进行,难以掌握管道运行状况;同时,内衬塌陷使得管道运输能力降低,严重影响管道正常运行。介绍了塔里木油田应用的双金属复合管所采用的三种复合制造工艺,通过对比分析不同工艺制造的复合管运行情况,得出内衬层塌陷主要原因为水下复合制造工艺的缺陷,制造过程中内衬层与基管之间存在未排尽的水蒸汽与空气,在管道受热时水蒸汽与空气膨胀引起内衬塌陷;而采取液压法与旋压法制造的复合管暂未发现内衬塌陷。提出了后续站场建设采用液压法与旋压法制造的复合管,并采用机械性能更好的双相不锈钢2205材质作为内衬的建议。     

双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法

目的建立双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,为双金属复合管在高酸性气田现场应用提供依据。 方法针对双金属复合管环焊缝在高酸性环境中的主要腐蚀类型,参考标准Q/SY 06018-2016中冶金复合管直焊缝和堆焊层腐蚀评价内容,确定以晶间腐蚀、抗SCC/SSC性能、点腐蚀、模拟工况腐蚀为评价指标,并通过整管段试验验证评价结果的双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,同时以国产L360/825冶金复合管环焊缝为例对建立的评价方法进行验证。 结果通过使用建立的方法对L360/825双金属复合管环焊缝耐蚀性能进行评价,验证了评价方法有效可靠,评价结果显示L360/825双金属复合管环焊缝具有良好的耐蚀性能。 结论建立的评价方法可以直接应用于高酸性气田用双金属复合管的环焊缝耐蚀性能评价,为双金属复合管的现场应用提供依据。      

国内油田地面系统防腐研究与应用进展

做好油田地面系统腐蚀研究与防护工作,选择合理有效的防腐技术手段对保障油田安全生产具有重要意义。针对油田地面系统防腐技术的研究与应用,从管道与设备的选材、加注缓蚀剂、防腐涂层、双金属复合管、非金属管、外防腐层、阴极保护、腐蚀监检测、清管预膜和管道修复补强等内外防腐及其辅助技术方面,概述了油田地面系统腐蚀与防护的研究与应用新进展,对从事油田地面防腐研究与应用的技术人员具有一定的参考价值。     

双金属复合管塑性成型有限元模拟

随着高含二氧化碳、硫化氢及元素硫等油气田的相继出现，油管、套管的腐蚀问题越来越突出，并直接影响到油气田的经济开发和安全开采。针对机械复合管塑性成型过程中的力学问题进行了有限元模拟研究，建立了模拟双金属复合管塑性成型的参数化有限元力学模型。通过有限元模拟研究，得出了双金属复合管所需的最小成型压力和成型后内外管间的结合力，分析了双金属复合管在塑性成型过程中内外管的接触压力、径向应力应变等力学特性。计算实例表明，该模型的几何尺寸、材料模型以及加载压力等参数均可以根据计算需要设定，可用于模拟不同材质和不同尺寸的双金属管在塑性成型过程中的力学特性研究。     

Reel-Lay在铺设海底机械复合管中的应用

对于铺设双金属机械复合海底管道,应用Reel-Lay铺管方法比其他铺管方法可以大大缩短海上作业时间,节省工程费用。但因为该方法技术含量高,在铺管过程中易造成基管与衬管分离,所以一直被国外公司垄断。从Reel-Lay铺管法的技术难点、优化措施、国内外发展现状等方面阐述了该技术在我国应用的可行性和必要性。研究结果表明:我国已经具备Reel-Lay铺设机械复合管的2个必要条件,该技术的应用将会带来巨大的经济价值。研究结果可为实现Reel-Lay铺设机械复合管国产化提供参考。     

海底油气输送管道材料开发和应用现状

阐述了国内外海底油气输送管道的发展现状,分析了海底油气管道材料的发展趋势和技术需求。针对海底油气管道的特点,指出抗大变形、高疲劳性能、大径厚比是未来海底管道低碳合金钢材料的主要发展方向;在海底油气管道的腐蚀方面,以耐蚀合金为衬里的双金属复合管及非金属柔性管是耐H₂S/CO₂气田集输管线材料的主要发展方向;未来冶金复合管和机械复合管的优选,需要根据两种产品的研究发展情况来确定;应提高柔性管的自主开发和制造能力,加强对柔性管设计和生产装备的研究。     

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。     

集输系统机械复合管紧密度性能探讨

机械复合管具备良好的抗腐蚀性能和经济性能,具有广阔的应用前景。目前,在集输系统中,机械复合管选用条件主要考虑为运行温度、压力和介质特性对内衬抗高温氯离子开裂风险的影响。为保证机械复合管应用效果可靠,现行制造规范进行了基管-内衬紧密度规定。实际投产后,管道运行状态复杂,但现行设计规范尚未量化保证机械复合管紧密度的具体指标。为进一步保证高温、高压集输系统合理使用机械复合管,有必要深入探讨在运机械复合管适用工况。基于机械复合管制造阶段紧密度测试方法和指标,结合钢制管道强度理论和自然锚固规律,推导了制造和运行情况下内衬不锈钢的应力计算式,探索性地提出了机械复合管紧密度校核方法,并结合算例进行了探讨与分析。结果表明,机械复合管在制造阶段的坍塌试验产生的内衬轴向压应力较高,超过屈服极限,导致试验后机械复合管紧密度大幅降低;为保证机械复合管紧密度,运行状态下内衬轴向压应力不应超过坍塌试验工况;操作-安装温度差和弹性敷设是影响机械复合管紧密度的主要因素。研究成果为油气集输系统机械复合管的精细化设计提供了一定的参考。     

双金属复合管管流摩阻分析

随着石油天然气勘探开发的发展,油气开采面临的腐蚀环境越来越恶劣,使石油管柱的腐蚀问题越来越突出,并直接影响到油气田勘探开发的经济效益。双金属复合管防腐性能可靠,材料成本较低,内径比目前使用的碳钢石油管内径小,其管流摩阻及与之相关的使用工艺性能可能发生改变。为此,对双金属复合管的管流摩阻问题进行了研究,并对其作为采气管和天然气输送管的相关工艺参数进行了分析计算。研究结果表明:在相同压降情况下,复合管输送量更大,输送距离更长;复合管内径的减小一般不会引起管流摩阻的增加,当内管厚度不大时,复合管的流动摩阻更小。双金属复合管不仅防腐性能可靠,而且水力摩阻小,是石油管防腐工程的极佳选择,值得推广应用。     

脉冲钨极氩弧焊技术在双金属复合管中的应用

为了提高双金属复合管管端堆焊质量,获得高强度、高塑韧性的焊缝组织,通过分析脉冲钨极氩弧焊堆焊工艺参数对双金属复合管焊缝成形的影响,制定了相应的焊接工艺。焊接工艺试验完成后,按照DNV-OS-F101《海底石油管线》要求进行了焊接工艺试验评定。评定结果显示,无损检测Ⅰ级合格,焊缝与母材未发现气孔、显微裂纹和异常组织,拉伸及弯曲试验合格,堆焊层冲击功平均值达到259.4 J,无晶间裂纹。结果表明,该堆焊工艺在双金属复合管管端堆焊中可获得优质堆焊层,脉冲钨极氩弧焊工艺可在双金属复合管管端堆焊领域应用。     

在役双金属复合管道失效机制及控制措施分析

双金属复合管被认为是解决高腐蚀性气田地面集输管线腐蚀问题的一种相对安全和经济的办法,但目前国内应用过程中发生了多起失效案例。针对近年来316L内衬机械复合管发生环焊缝开裂、环焊缝腐蚀和衬层塌陷三类典型失效问题,分析失效原因,梳理失效风险,剖析了失效风险控制面临的挑战问题和提出可行性的解决措施。分析指出,316L内衬机械复合管存在双层结构和结合强度低的固有特性,衬层塌陷失效风险不可避免,使用的主要对接焊接工艺不够成熟,焊接失效隐患将会长期存在。进一步明确了可行的316L内衬机械复合管失效风险控制技术,基于肯特打分的半定量风险评估与开挖检查,可作为主要失效控制手段之一,同时内部涡流检测和漏磁检测技术集成已能够检出大面积的金属损伤,为双金属复合管开展内检、排查失效风险提供了可能。     

高强钢L485MB+316L双金属复合管的对接焊工艺验证

针对高强钢L485MB+316L双金属复合管钢级的的提升、尺寸增大,导致传统的手工氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面焊接方法无法满足其焊接需求的问题,分析了L485MB+316L双金属复合管材料的化学成分和力学性能,从焊材选择以及工艺参数等角度制定了详细的对接焊焊接工艺,并根据标准对焊口试样进行了拉伸试验、弯曲试验、刻槽锤断试验和腐蚀试验。结果表明,316L内衬管采用316L药芯焊丝焊接后的耐腐蚀性能可以满足API 5LC标准中对耐蚀合金的要求;作为耐蚀合金钢与碳钢的过渡区域采用ER309L焊材可以有效连接不锈钢与碳钢,且能保证过渡区域的良好韧性;采用JM-68作为填充盖面金属可以有效地满足X70级钢的强度要求。