热张力减径对电阻焊油井套管沟槽腐蚀性能的影响

采用恒电位极化法测定了电阻焊油井套管经过模拟热张力减径处理试验后的沟槽腐蚀性能。结果表明,电阻焊管母材和焊缝区的微观组织差异及焊缝区的应力是电阻焊管沟槽腐蚀的主要原因。热张力减径可以显著提高电阻焊油井套管的抗沟槽腐蚀性能,从而扩大其在石油钻采领域的应用。

宝鸡石油钢管有限责任公司焊管热张力减径生产线简介

焊管热张力减径(EWSR)生产线可用于生产焊接石油专用管管体料。介绍了宝鸡石油钢管有限责任公司在建的国内第一条全进口EWSR生产线的工艺布置、工艺参数、设备组成及其特点。该条生产线的建成有利于提高国内焊接石油专用管的生产技术水平。

HFW焊管热张力减径后的组织与性能

采用Gleeble1500热模拟试验及HFW焊管热张力减径试验,研究了热轧制/热张力减径+调质处理对C-Mn钢HFW焊缝显微组织和力学性能的影响,并采用恒电位阳极极化加速腐蚀试验方法研究了热张力减径+调质处理对C-Mn钢焊缝区沟槽腐蚀敏感性的影响。结果表明,HFW焊管经热张力减径+热处理后,焊缝区的组织和晶粒状态同母材一致,且焊缝区的力学性能和抗沟槽腐蚀性能得到显著改善,与母材基本相同,达到了焊缝优化或焊管工程无缝化的目的。

高频焊管热张力减径后的在线快速冷却设备及其应用

分析了高频焊管热张力减径后在线快速冷却工艺的特点、设备结构组成、工作原理等,研究了TG26材质Φ139.7 mm×7.72 mm规格高频焊管在线快冷后的力学性能和金相组织。经检验,高频焊管热张力减径后在线冷却控冷工艺使钢管组织和性能得到提升,大幅降低后续离线热处理等工艺的生产成本,提高生产效率。该冷却设备的现场应用效果良好。

HFW焊管热张力减径前后的压扁试验结果分析

采用高频焊(HFW)+热张力减径新工艺(简称SEW工艺)试制石油套管管坯,在热张力减径前后分别取样进行压扁试验。试验结果表明,HFW管经过热张力减径后,压扁试验全部合格,即使试样压扁至内壁贴合时,焊缝有微小裂纹的试样也很少;这说明焊缝的塑性变形能力显著改善,达到了焊管无缝化的目的。

HFW焊接套管的热张力减径工艺研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对HFW焊接套管进行热形变试验,研究形变温度和形变量对HFW焊接套管组织及性能的影响规律;研究了热张力减径+调质热处理对HFW焊接套管组织及性能的影响规律。试验结果表明:HFW焊接套管随形变温度的升高和形变量的增大,其母材和焊缝区的组织趋于一致;HFW焊接套管经热张力减径+调质热处理,不仅改善了母材和焊缝区的组织差异,还提升了管体的综合性能。

热张力减径对焊接套管组织与性能的影响

研究了热张力减径对石油高频焊接套管显微组织、力学性能及抗沟槽腐蚀性能的影响。结果表明,焊接套管经热张力减径处理,焊缝和母材的组织趋于一致。当减径量为27.9%时,母材屈服强度降低了21.5%,母材和焊缝抗拉强度降低了2.5%左右,伸长率提高了20%,母材和焊缝的冲击吸收能量分别提高了25%和65%,焊缝区平均沟槽腐蚀系数α减小了19.6%;当减径量为41.1%时,母材屈服强度降低了17.6%,母材和焊缝抗拉强度降低了2%左右,伸长率提高了15%,母材和焊缝的冲击吸收能量分别提高了40%和90%,焊缝区平均沟槽腐蚀系数α减小了24.5%。因此,当减径量为41.1%时,高频焊接套管的综合性能最佳。

新型SEW-80TT高抗挤套管的性能试验研究

从显微组织、残余应力、拉伸和冲击性能、外压挤毁性能、沟槽腐蚀性能等方面,分析研究了采用SEW(高频焊接+热张力减径)工艺开发的SEW-80TT高抗挤套管的性能。结果表明:SEW-80TT高抗挤套管的抗挤强度超过Q/SY1394—2011标准中HC2等级要求的12.4%,比APITR5C3—2008标准要求的高41.6%,残余应力小于100MPa;屈服强度大于685MPa;母材和焊缝冲击功分别大于126J和118J,且焊缝沟槽腐蚀不敏感。SEW-80TT高抗挤套管具有良好的抗挤毁性能和综合力学性能。

SEW石油套管的开发

采用高频电阻焊、热张力减径及整管热处理工艺开发了J55、N80Q及P110钢级SEW石油套管,对开发的SEW石油套管进行了力学性能和抗腐蚀性能测试。结果表明:同石油套管用无缝钢管相比,SEW石油套管在尺寸精度、残余应力及抗外压挤毁强度方面具有较大的优势;采用SEW工艺,较好地解决了焊缝冲击韧性低及抗腐蚀性能差的问题。分析认为:在钢级和规格一定的情况下,采用SEW石油套管可解决选用石油套管用无缝钢管带来的抗挤强度不足问题,满足油田用户的需求。

国内SEW油套管开发现状

介绍了国内高频焊热轧(SEW)油套管的开发情况,SEW工艺的特点,以及采用SEW工艺开发的API油套管、BSG-80T/TT及BSG-110T/TT高抗挤套管、BX55及BX80膨胀套管的技术特征和产品性能,并对SEW油套管的研发方向进行了展望。

HFW焊缝性能优化工艺研究

通过设计局部焊缝中频感应热处理、局部焊缝+全管体双重中频感应热处理、全管体中频感应加热+热张力减径组合热处理以及在线控制冷却等工艺,研究了J55钢级HFW焊接套管的焊缝性能优化。试验结果表明:焊缝在线局部中频感应热处理、局部焊缝+全管体双重中频感应热处理后空冷或进行控制冷却,可优化J55套管焊缝显微组织分布,细化焊缝组织尺寸,均匀化焊缝硬度分布,提高焊缝冲击韧性,降低沟槽腐蚀敏感系数,但焊缝优化效果低于全管体中频感应加热+热张力减径+在线控制冷却组合工艺。单纯依靠全管体中频感应加热后热张力减径或在线控制冷却工艺对焊缝优化效果并不优于单纯局部焊缝中频感应热处理。

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。

新型P110钢级SEW石油套管研制

介绍了采用"HFW焊管+热张力减径+热处理"新工艺(简称SEW工艺)开发的P110钢级SEW石油套管的材料成分设计和试制,并对试制套管的显微组织、力学性能、外观尺寸和抗挤性能等进行了试验研究。试验结果表明,P110钢级SEW石油套管屈服强度达到840～860 MPa,抗拉强度达到925～935 MPa,母材与焊缝横向冲击韧性均达到66～78 J。特别是产品几何尺寸精度高,壁厚偏差在-1.74%～1.31%,椭圆度小于0.17%,抗挤毁强度超过API 5C3名义值26%,明显优于同钢级同规格无缝管,实现了焊缝性能优化。产品性能完全满足并优于API SPEC 5CT对P110钢级石油套管的要求。

SEW高抗挤套管开发

采用"HFW+热张力减径+整管热处理+热矫直"工艺开发了80及110钢级SEW高抗挤套管,并对开发的SEW高抗挤套管进行了力学性能和抗腐蚀性能测试。结果表明,同无缝高抗挤套管相比,SEW高抗挤套管在尺寸精度、残余应力及抗外压挤毁性能方面具有较大的优势,且采用上述工艺,较好地解决了焊缝冲击韧性低及抗腐蚀性能差的问题。因此,在其他条件相同时,采用SEW高抗挤套管可解决无缝高抗挤套管带来的抗挤强度不足问题。

HFW焊管无缝化及实现

对比了HFW焊管和无缝管的性能差异,提出HFW焊管无缝化的概念,包括几何无缝化和物理无缝化两个方面。介绍了HFW的焊接机理及焊缝特点,以及实现HFW焊管无缝化的3种物理处理方式,即焊缝在线热处理,焊管整体热张力减径和焊管整体热处理。比较分析了这3种物理处理方式的生产工艺、关键装备及其无缝化效果。

BSG-80TT高抗挤套管的研制

研究开发了"HFW+热张力减径+全管热处理+高温矫直"高抗挤套管生产技术。在制管过程中,通过对套管几何尺寸精度、力学性能、残余应力等技术指标进行控制,成功开发出准Φ139.7 mm×9.17 mm BSG-80TT高抗挤套管。试验结果表明,该BSG-80TT高抗挤套管具有较高屈服强度的同时,还具有良好的冲击韧性和抗外压挤毁性能,抗挤强度超出API TR 5C3规定值50%以上。

国产55钢级SEW膨胀管实物试验研究

为了评估国产55钢级SEW膨胀管的综合力学性能,采用液压式膨胀方法对国产55钢级SEW膨胀管（牌号为BX55）进行了实物膨胀试验,并对膨胀后钢管的尺寸、力学性能、抗内压至失效、抗外压挤毁性能进行了研究。结果显示,BX55液压膨胀11.5%的启动压力为24 MPa,行进压力为22~25 MPa,膨胀过程的压力平稳;膨胀后管材的屈服强度为499 MPa,抗拉强度为562MPa,伸长率29%,母材横向和焊缝中心半尺寸试样0℃夏比冲击功分别为66 J和48 J,抗内压至失效压力超出API SPEC 5CT要求值87%,抗外压挤毁强度高于API RP 5C3标准要求值9%。试验结果表明,国产55钢级SEW膨胀管的综合力学性能优良。

国产SEW膨胀套管实物性能研究

为进一步掌握采用SEW工艺(hot stretch-reducing electric welding,热张力减径电阻焊)制造的国产BX55和BX80膨胀套管膨胀前后管材各项力学性能的变化情况,对两种膨胀套管的组织及性能进行了检测试验。试验结果表明:BX55和BX80钢级膨胀管径向膨胀变形后,管材的屈服强度、抗拉强度会得到升高,而延伸率、冲击韧性、抗挤强度会有所下降,各项指标均满足API SPEC 5CT、API RP 5C3等标准要求。

冷却速率对SEW管坯焊缝性能的影响研究

为了研究不同冷却速率对SEW管坯焊缝性能的影响规律,对两种成分钢管管坯在热张减后不同冷却速率下的管材力学性能和显微组织,及管坯焊缝组织的优化情况进行了试验分析。试验结果表明,对HFW管坯进行热张力减径后经过12~18℃/s速率进行冷却处理,管材延伸率会降低7%,但屈服强度和拉伸强度提升约30%和12%,可实现管材良好的强度和塑性配比。热张力减径后增加管坯冷却速率,可细化焊缝及热影响区晶粒尺寸,有效均匀化焊缝区域和母材的组织。

BSG-65钢级SEW石油套管的研制

为了实现套管性能与成本的合理匹配,采用新型焊管热机械控制工艺(高频电阻焊+焊管热张力减径+余热在线快速冷却)开发了一种低能耗、轻量化的BSG-65钢级Φ139.7 mm×9.17 mm SEW套管。试验评价了试制套管的理化性能、全尺寸实物性能等多项性能。结果显示,产品的屈服强度和抗拉强度平均值分别达到490 MPa和692 MPa,0℃时1/2尺寸母材和焊缝横向冲击功平均值分别达到42 J和35 J,螺纹连接强度平均值达1 706 kN,抗内压至失效强度平均值达77.6 MPa,抗外压挤毁强度平均值达60.1 MPa,产品的各项性能达到相关技术要求。