连续油管用钢研究现状与发展趋势

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。
Lab of Materials Forming Theory and Quality Control
MSE, USTB
连续油管作业过程
2来自百度文库
3
Injector head 1
BOPs
Reel
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 马钢CT80连续油管用钢 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
组织控制为目的的产品开发思路
卷取温度
在合理化学成分基础上，通过调整控制冷却工艺，即调整冷却速度和卷 取温度，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。
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马钢CT80连续油管用钢研发过程
力学性能指标
屈服强度 ≥560MPa
关键控制技术
抗拉强度 ≥621MPa
延伸率 ≥24.5%
屈强比 ≤0.88
（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；
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试验管力学性能检测结果
规格 Ф60.3×5.2mm 要求 方向 纵向 屈服强度Rt0.5, MPa 565 ≥552 抗拉强度Rm, MPa 668 ≥621 屈强比 0.85 ≤0.85
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二、马钢非调质CT80连续油管用钢开发
开发思路
连续油管性能
组织构成
化学成分 工艺参数
成分 设计
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
现场 大生产
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连续油管
与普通油井管相比，连 续管具有以下优势:
无螺纹连接，作业可靠 性和安全性高； 搬迁安装快捷，大幅提 高作业效率； 可以不停产带压作业； 作业现场占地少，灵活 方便 作业成本大幅降低，可 节省50%-70％的费用。
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试验管压扁试验检测
焊缝位臵 0°和90° 两个位臵 压扁试验
压扁试验设备 压扁试验结果
H1压下时两平行板间距离(mm) 试样数量 2 2 焊缝位置 H1 (连续油管规范) 0° 90° 51.2 51.2 H2 (A450) 32.2 32.2 H3 （压至2t） （压至2t） 合格数量 2 1
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显微组织设计
连续油管反复弯曲要求 其具有较好的塑性变形 能力，因此连续油管用 钢应具有高强度、低屈 强比性能特点。 获得最优化的组织是CT 80板卷生产中的关键。
单一组织的钢
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。 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。
宝管低周疲劳试验设备
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(a)
(b)
2#试样疲劳裂纹 低周疲劳试验前后试样形貌
（a）试验前形貌；（b）试验后形貌
低周疲劳检测结果合格
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试验管硬度检测结果
规格 位置 母材 232 245 241 要求 硬度值HV 235 251 243 ≤248HV
力学性能检测结果合格
备注 234 249 238 宝管检验 北科大检验
Ф60.3×5.2m m
焊缝
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，硬度值满足指标要求。
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一、连续油管概述
连续油管（Coiled Tubing，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。
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。
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马钢CT80连续油管用钢及制管情况总结
（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
压扁试验试样
焊缝位臵90°位臵时有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。
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试验管扩口试验检测
扩口试验设备
扩口试验试样 扩口试验结果
试样数量 2
压头锥度 60°
扩口率%（ID） 25
合格试样数量 2
扩口试验检测结果合格
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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
高的抗腐蚀性能
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CT80连续油管用钢性能指标
CT80表示最小屈服强度为80000psi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
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。
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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 通过对比可知Mo元素和Nb元素对CT80连续油管用钢组织性能的影响规律，为 后续不同级别不同规格连续油管用钢现场生产化学成分调整提供依据。
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化学成分控制
不同系列成分设计
中试成分 第一轮现场试制成分
1# C-Si-Mn-Cr-Mo-Cu-Ni-Nb-Ti C-Si-Mn-Cr-低Mo-Cu-Ni-低Nb-Ti 2# C-Si-Mn-Cr-Mo-Cu-Ni-Nb-V-Ti 3# C-Si-Mn-高Cr-Cu-Ni-Nb-Ti 4# C-Si-Mn-Cr-Cu-Ni-高Nb-Ti
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、 扩展并导致断裂，以低周疲劳失效方式而断裂
连续油管作业装置（CTU）示意图
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
高的低周疲劳性能
连续油管的寿命还与腐蚀因素有关
3、连续油管用钢研究 现状与发展趋势
北京科技大学材料科学与工程学院
刘雅政
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目录
一、连续油管概述
二、马钢非调质CT80连续油管用钢开发
三、连续油管及其用钢发展趋势
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两种或多种不同 强度相的钢
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 续油管由针状铁素体加贝氏体的双 相组织构成。
针对CT80连续油管的特殊性能要求， 如何通过成分及工艺调整来控制铁 素体和贝氏体形态及比例以达到性 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） 能指标是课题开发的关键。
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连续油管性能要求
第1次弯曲 第2次弯曲 第3次弯曲
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
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
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工艺参数控制
终轧温度
冷却速度
控制成品组织中铁素体形态，应保证针状铁 素体转变充分，以保证成品获得较高的屈服强度。 控制成品组织中硬化相形态，应选择合理卷 取温度保证贝氏体转变充分，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。
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连续油管应用
钻井
腐蚀冲洗
陆地
分层酸化
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洗井
海洋
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连续油管发展现状
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。 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%。
中试实验和现场试制化学成分对比（wt，%）
中试试验中，1#-4#化学成 分在对应工艺参数条件下均获 得了各项性能均满足性能指标 的成品； 第一轮现场试制中，所采用 化学成分是根据中试1#成分对 Mo元素和Nb元素含量进行降 低调整，实现低成本成分设计， 在2250生产线上生产出了各项 性能均满足性能指标的成品。
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。
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马钢CT80连续油管用钢制管情况
2011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：5.2×1170mm 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 一段780卷钢板试验管 对780卷钢板进行 了Φ60.3×5.2mm规格 的产品试制，对试制管 进行了力学性能、压扁、 扩口、硬度及低周疲劳 检测。