J55钢级SEW管坯焊缝压扁开裂问题研究

为了解决J55钢级SEW管坯生产中焊缝压扁开裂问题,对压扁开裂的原因进行了分析,同时针对性的对喷水控冷工艺进行了研究,对管坯卷板化学成分进行了改进并批量试制。分析表明,管端出现回火马氏体和微量贝氏体等脆性组织是造成SEW J55管坯焊缝压扁开裂的直接原因。研究结果显示,在管坯控冷前增加风冷环以减少管坯西端内壁进水量、降低管坯入水冷环前的温度和控冷水量,可改善管坯的压扁性能。批量试制结果说明,Ti元素是SEW J55管坯控冷工艺生产中管坯压扁开裂的主要影响因素;在卷板生产时增加Nb含量、控制并降低Ti的含量,能够解决管坯控冷后压扁开裂问题。     

J55钢级焊接油套管用热轧钢带性能的探讨

根据生产实践探讨了焊接油套管对板材机械性能和化学成分的要求。指出热轧带钢合理的元素配比，良好的显微组织，优良的机械性能，精确的尺寸控制是生产优势油套管的前提所在：J55低C，Mn,Nb,V,Ti微合金化钢采用冶炼低C，低S，高纯净度钢技术，通过添加Nb,V,Ti等微合金元素控轧控冷，发挥晶粒细化和析出强化的作用。得到细晶粒的铁素体一珠光体组织，为焊接油套管的生产创造了良好的条件。     

SEW J55 钢级LC套管螺纹连接质量影响因素探讨

为了进一步分析SEW J55 LC套管螺纹连接质量的影响因素以及套管发生异常脱扣失效的原因,以Φ139.7 mm×7.72 mm SEW J55 LC套管为例,从套管使用工况、螺纹加工参数、拧接扭矩控制等方面进行了试验研究。结果显示,SEW套管在弯曲状态拉脱试验、螺纹参数极限匹配下拉脱试验的拉脱载荷均高于API TR 5C3标准要求。研究表明,按照内控标准生产加工的SEW套管满足标准要求,弯曲工况、螺纹加工工艺、存放时间和J值均不是套管异常脱扣失效的原因。为提升SEW J55 LC套管螺纹连接质量,预防套管在油田使用中出现异常反拧退扣,建议将拧接扭矩在推荐标准基础上增大10％执行。     

N80钢级HFW套管的研发

研究了N80-1和N80-Q两种交货状态下HFW套管的力学性能、微观组织、残余应力以及沟槽腐蚀性能。研究发现,N80-1组织为铁素体、珠光体及少量贝氏体,N80-Q组织主要是回火索氏体,且N80-1焊缝中心有一明显沿纵向的金属流线,而N80-Q金属流线宽度变窄,而且模糊不清。通过TEM观测,N80-1焊缝附近母材区珠光体的片层结构完整清晰,而焊缝区的珠光体片短小、且杂乱无章,这种微观组织必然对应较高的残余应力。N80-1 HFW焊管宏观残余应力达到235～258 MPa,而N80-Q残余应力很小,整管热处理可以有效地消除焊管残余应力,但增加了生产成本。随着加载应力的增大,沟槽腐蚀敏感性线性增大。     

Q125钢级SEW石油套管的研发

介绍了采用"高频电阻焊(HFW)+热张力减径+全管体调质热处理"工艺开发的Q125钢级SEW石油套管,并对所开发套管进行了常规力学性能检测。检测结果显示,Q125钢级SEW石油套管屈服强度达到945～955 MPa,抗拉强度大于995 MPa,母材及焊缝横向冲击韧性分别大于133 J和98 J。此外,HFW焊管经过热张力减径和全管调质处理后,焊缝区与母材的组织及性能基本一致。检测结果表明,"高频电阻焊+热张力减径+全管体调质热处理"组合新工艺可生产满足APISPEC 5CT标准的Q125钢级石油套管,套管具备优良的综合性能,完全能满足油田用户的需求。     

石油套管用N80钢的研制

介绍了本溪钢铁公司和海特钢管厂联合研制石油套管用N80钢和ERW套管的情况。对研制的N80钢和ERW套管的化学成分、拉伸性能、冲击韧性、金相组织等进行了试验和分析。经中国石油天然气集团公司管材研究所评定,各项性能指标完全能够满足APISPEC5CT标准的要求。     

HFW焊管生产N80Q、P110级套管和油管的工艺开发

介绍了用HFW焊管生产N80Q、P110级套管和油管的生产工艺。该工艺将低合金高强度HFW焊管经过焊后精整、整体调质处理、焊缝和管体探伤、管端螺纹加工、水压试验、通径试验等工艺,生产出了高钢级成品套管和油管。调质生产线是实现用焊管生产高钢级石油套管、油管的关键。在这个生产工艺中,焊管经过调质热处理后,材料组织发生变化,其强度、韧性等力学性能提高,达到了API SPEC 5CT标准的性能要求。     

J55钢纵剖钢带高频焊套管的研制

针对高频焊（HFW）套管用J55钢纵剖热轧钢带存在成分偏析,且钢带中心偏析较严重,制管后中心偏析带位于焊缝处,在线焊缝正火热处理后,焊缝热影响区偏析带上便出现条状马氏体的问题,在材料设计上通过降C、降Mn来减轻钢带中心偏析,加入微量Nb补偿因降C、降Mn而导致的强度损失,改善管加工工艺性能并防止粘扣。加入微量Ca净化钢液,促使MnS球化,提高材料的综合性能。研制出一种适用于高频焊J55钢级纵剖料用钢及符合API SPEC 5CT标准的套管。     

J55石油套管在地热水环境中腐蚀行为研究

土热水的矿化度非常高,单纯沿用油气装备是否能满足地热水开采要求尚不可知。鉴于此,选取不同腐蚀强度的地热井作为模拟工况,采用挂片方式进行试验模拟,研究J55石油套管在不同地热水中的腐蚀行为,并探讨其腐蚀规律及机理。研究结果表明:J55石油套管在地热水中的腐蚀速率较高,均匀腐蚀速率在0.5 mm/a以上,属于极严重腐蚀,如果在地热开采过程中长期使用极易出现套管穿孔或断裂事故;腐蚀产物以FeCO_3为主,在1号工况下材料表面形成了CaCO_3垢层,CaCO_3垢层对腐蚀起到了抑制作用,但是垢层存在明显的空隙,极易发生局部腐蚀现象。由此可见,J55石油套管不能满足地热水开发要求。     

N80钢级直缝高频焊石油套管的研制

为了进一步提升高频电阻焊套管的韧性,实现母材与焊缝“等韧性”匹配,采用高频焊+全管体调质热处理工艺试制N80钢级Φ244.48 mm×11.05 mm套管,并对试制产品进行性能检测评价。结果表明,管体的几何尺寸、理化性能和全尺寸实物性能均满足相关标准要求,且经全管体调质处理后,HFW套管的焊缝、热影响区和母材组织性能差异较小,基本实现了焊缝与母材“等韧性”匹配,同时套管尺寸精度较高,性能均匀,具有良好的抗挤毁性能,为油田客户降本增效提供了产品保障。     

J55、N80 油管在CO2 干法压裂环境中的适应性

CO2 干法压裂施工过程中，CO2 处于超临界低温状态，对压裂管柱冷却效应明显，因此对压裂管柱的性能要求更高。结合CO2 干法压裂的技术原理和特点，借鉴ASTM 标准开展了2 种不同钢级的油管试样的冷处理力学性能的试验分析。结果表明，在–60 ℃拉伸试验中2 种钢级管材试样均未达到脆韧转变的临界点；在–60 ~ –20 ℃冲击试验中，J55 油管试样有明显变脆趋势，而N80 油管试样未出现此现象。因此，N80 油管满足CO2 干法压裂低温改造技术安全性能要求，可以保障施工的安全进行。     

石油套管钢N80的显微组织分析

通过对N80套管钢微观组织进行光镜和透射电镜分析，发现试样中含高位错密度的板条束状铁素体是针状铁素体，在试样中还发现少量典型的贝氏体，因而确定N80套管钢的组织为针状铁素体和少量贝氏体。     

中碳J55钢HFW焊接油井管钩状裂纹缺陷分析

钩状裂纹缺陷是导致中碳J55钢超声波探伤不合格的主要原因。针对中碳J55钢HFW焊接过程中出现的不同钩状裂纹缺陷进行了分析,并提出了改进措施。研究结果表明,造成中碳J55钢HFW焊接钩状裂纹的主要原因为钢中的大颗粒夹杂物以及板厚1/4位置严重偏析,且现有的夹杂物及带状组织检验标准难以对J55钢的质量进行有效管控。通过减少单中包连浇炉次、增加铸坯头尾切废量以及改用直弧形连铸机等措施,钩状裂纹缺陷率可大幅降低。     

N80石油套管的冲击试验与分析

N80石油套管是用于石油钻探的重要器材,但在一些复杂工况以及长时间的工作状态下,套管容易产生各种失效,影响油气的开发,其中海洋石油套管最常见的失效形式是因海流冲击造成的断裂.为了分析N80套管的抗冲击能力,利用冲击设备对多组N80套管试样在不同条件下进行冲击试验,根据记录的冲击数据,计算得出了材料的抗冲击能力,分析了不同条件下套管材料的抗冲击性能的变化.     

N80 HFW套管试制工艺研究

介绍了采用高频直缝焊接工艺生产的高钢级油井专用管,重点研究了φ139.7mm（51/2in） N80套管原材料化学成分及试制过程中成型、焊接等工序的工艺参数和质量控制关键点。产品检测结果表明,产品的各项性能指标远高于API 5CT标准,同时也探讨了进一步改进的方向。     

N80钢的CO_2腐蚀行为试验研究

我国中西部的油田,大多面临严重的CO2腐蚀危害。为更清楚了解油管套管常用的N80钢在现场条件下腐蚀形貌、腐蚀速率等腐蚀行为,为油田选材提供依据,进行了模拟现场环境的腐蚀试验研究。研究结果表明,在温度为92℃、介质流速为12m/s、CO2分压为29648kPa、总矿化度为346g/L的水介质中,N80钢的平均腐蚀速率为08224mm/a,按NACE RP—0775—91标准属于极严重腐蚀;腐蚀试样表面除了存在大面积凹陷外,还有较深的腐蚀坑;金属表面腐蚀产物分为三层,各层形态和成分不同,但都不很致密;腐蚀产物主要是碳酸的复盐和Fe3C。     

N80油套管钢腐蚀规律的实验研究及分析

针对某油田比较严重的N80油套管腐蚀现象,采用动态腐蚀挂片法研究了不同腐蚀影响因素对腐蚀速率的影响,定性研究了各腐蚀影响因素的腐蚀影响规律。     

J55套管的膨胀性能研究

膨胀管技术是21世纪石油钻采行业的核心技术之一,掌握膨胀管在径向膨胀过程中发生永久塑性变形的力学性能变化是膨胀管选材的核心。为此,采用膨胀锥自上而下对J55套管（Φ114.3 mm） 进行了膨胀工艺试验,测定并比较了9.3%的径向膨胀后与膨胀前的力学性能。研究结果揭示了J55套管的膨胀性能：套管的长度减小约4.4%,壁厚减小约6%,不均匀变形程度增加;由于加工硬化,套管的洛氏硬度和抗拉强度增加,而断后伸长率和断面收缩率出现不同程度下降,但均满足API SPEC 5CT标准。断口SEM形貌进一步表明膨胀前后均属于韧性断裂,膨胀后断口上的韧窝小而浅,且分布不均匀,断面较膨胀前的更为平整。该试验成果为膨胀管的材质研究、加工质量控制与工程应用提供了数据支持。     

烟道气驱油过程中N80钢的腐蚀规律实验研究

随着注烟道气驱油技术应用的增多,烟道气对油井管柱的腐蚀问题日益突出。利用烟道气腐蚀测试装置模拟高温高压条件进行N80钢腐蚀实验,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪,分析腐蚀产物的成分和微观形貌,并研究温度、压力、流速、O_2和SO_2含量等对N80钢腐蚀速率的影响。结果表明:在模拟高温高压烟道气动态腐蚀环境下,随着时间的延长,腐蚀速率快速下降,72 h后趋于平缓;N80钢腐蚀产物成分主要为FeCO_3,Fe_3O_4和Fe_2O_3,腐蚀产物覆盖不完整,形态呈环形,排列无序。温度小于60℃时随着温度升高腐蚀速率变大,60℃时达到最大值,随后开始减小;压力增大,溶液中的碳酸浓度升高,腐蚀速率增大;流速和O_2体积分数增加,腐蚀速率增加;随着SO_2含量的增加,腐蚀速率呈先下降后增大的趋势。     

φ339.7 mm×9.65 mm J55钢短圆螺纹套管J值超差原因分析及对策

通过对套管水压渗漏原因分析,指出为了达到合适的J值而使用过扭矩拧紧,使螺纹发生挤溃塑性变形是影响水压密封性的直接原因,从而找出了J值超差的影响因素,提出了解决方法,并列出了实际使用的效果.