一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陆地及海洋油气井用管技术领域，具体地说，是一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管，包括以下组分：C 0.17％‑0.33％、Mn 1.2％‑1.8％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si 0.15％‑0.5％、Fe余量。本发明专利技术打破原材料、焊缝等因素对连管性能的限制，同时为了适应不同工况对连续油管承载能力、抗腐蚀性能的要求，开发出了一种焊缝与母材组织、性能均匀一致，强度高、疲劳寿命好、耐腐蚀性能优良且经济性好的连续油管。

【技术实现步骤摘要】
一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管及其制备方法
本专利技术涉及陆地及海洋油气井用管
，具体地说，是一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管及其制备方法。
技术介绍
连续油管不同于常规螺纹连接的油管，其是一种缠绕在滚筒上，可连续下井或起出的单根长达数千米的无接头油管。连续油管技术是当前国际上较为先进的技术，由于其作业成本低、简单省时、安全可靠等优越性能，而被广泛应用于冲砂、洗井、测井、完井及钻井等多个领域。随着油、气田开采的难度不断加大，深井、高压井、高腐蚀环境逐渐增多，高强度、高疲劳寿命、大管径、耐腐蚀、性能适应范围广是今后连续油管的主要发展方向。连续油管技术发展至今，仍是以常规的低碳合金钢管为主，这种连续油管的问题在于，钢带原材料经过卷曲成型、焊接成管，然后对管体进行简单热处理，热处理对改善连续油管性能所发挥的作用有限。虽然近几年由于钢铁冶炼技术、钢材轧制技术的发展，连续油管材料性能也得到一定程度的提高，但由于工艺手段的原因，现有连续油管的组织仅局限在常规的低强度铁素体、珠光体或贝氏体范围内，仅仅依靠合金化、轧制、冷却等强化方式，超高强度、高疲劳寿命连续油管的开发仍然十分困难。根据现场使用情况统计，绝大多数的连续油管失效源自于钢带斜焊缝或连管直焊缝，尤其斜焊缝最高仅为正常模拟寿命的80％。究其原因，焊接之后原材料固有的组织、性能遭到破坏，且焊接后未经恰当的热处理，导致焊缝、热影响区与母材间组织差异较大，力学性能分布不均，焊缝部位存在较大组织应力及焊接应力。现场应用过程中，焊缝部位更容易产生应力集中且耐腐蚀性较差，最终引发连续油管过早失效，这也是常规连续油管比较难以克服的问题之一。连续油管一般长达数千米、重量可达数十吨，其下入井内除了承受自身重力载荷外，还要受到拉伸、弯曲及内外压等复杂载荷的作用。为了平衡整盘连续油管的承载能力，现多采用变径连续油管的方案，通过增加靠近井口段的壁厚达到增强承载力的目的，显然该种方式，无可避免的会缩减连续油管的内径及液体泵送能力，且会导致原材料成本的大幅度增加。另外，遇到腐蚀环境恶劣的井段，通常只能牺牲连续油管的整体强度及疲劳寿命，折中以求满足产品的抗腐蚀性能要求。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的不足，提供了一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管，还提供了其制造方法，打破原材料、焊缝等因素对连续油管性能的限制，开发出了一种焊缝与母材组织、性能均匀一致，强度高、疲劳寿命好、耐腐蚀性能优良且经济性好的连续油管。通过专门的热处理系统装置，实现了连续油管组织及性能的在线、连续、动态可调，以适应不同工况对连续油管承载能力、抗腐蚀性能的要求。解决上述技术问题的技术方案如下：一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管，按照质量百分比计，包括以下组分：C0.17％-0.33％、Mn1.2％-1.8％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si0.15％-0.5％、Fe余量。进一步地说，为提高热处理工艺性，还包括Cr、Ni、Mo、B合金元素中的一种或任意几种，所述的合金元素的总量不超过5.7％。该在线连续生产、性能动态可调的连续油管的制备方法，包括以下步骤：(1)原材料的处理将热轧钢卷根据管径要求剪切成相应宽度的钢带，热轧使得钢带获得铁素体和珠光体共混平衡组织，通过微合金化，加入Nb、V或Ti合金化元素，并通过控轧控冷获得均匀、晶粒细小的原材料组织；为后续决定连续油管性能的热处理做好组织上的准备。(2)焊接钢带连续油管一般长达数千米，为获得相应长度的成品连续油管，需要将钢带通过端部焊接的方式接长至所需连续油管相应长度，钢带焊接前，将两待焊接端部斜切成45°并加工I型坡口，组对待焊接；焊接后打磨去除焊缝余高，焊缝加热到480～960℃并空冷进行焊后热处理；按照上述流程完成所有钢带焊缝的对接，获得与成品连管相适应的钢带长度。(3)制管所需钢带对接完成后，正式进入连续油管制管环节，将上述步骤(2)得到的焊接钢带经过成型机组卷曲成型，调整焊接挤压辊，保证卷曲后钢带边缘紧密贴合且无错边现象，通过高频感应焊或激光焊进行连管直焊缝焊接，焊接完成后进行定径处理，获得所需要的连管外径尺寸，定径完成后将进入热处理系统，进行在线、连续热处理；(4)热处理热处理系统包括三个环节即一次热处理、加热烘干及二次热处理；所述的一次热处理为采用功率至少为1000kw的加热炉进行感应加热，将连管管体加热到Ac3线以上，所述的感应加热炉需具备必要的有效加热长度，可以采用多个加热炉组合使用的形式，以保证整个管体均匀透热，加热完成后在1-2米内快速进入冷却水系统进行盐水冷却，所述的盐水的浓度、温度、流量、压力由连管壁厚及制管速度决定，根据原材料处理工艺性、连管壁厚及制管速度等合理调整盐水浓度、温度、流量、压力等参数，以确保整个管壁在10s内冷却到相变点温度以下，完成组织转变；经过一次热处理后，焊缝的恶劣组织已经被消除，获得了焊缝与母材组织、性能均匀统一的连续油管。所述的焊缝包括钢带斜焊缝及连管直焊缝，后续经过二次热处理组织中的碳化物均匀弥散析出，使连续油管获得良好的综合力学性能。再将连管表面加热到50～80℃，去除入水冷却过程中所残留的水分；再将连管进行二次热处理，所述的二次热处理通过感应加热炉将管体加热到300～680℃，采用多个加热炉组合使用，确保充足的加热、保温有效长度，然后经过空冷冷却到100℃以下，最后入水冷却到室温即得该连续油管。进一步地说，步骤(2)中所述的焊接为TIG、MIG或等离子焊中任意一种。作为优选，所述热处理系统可以进行在线、连续、动态调整，通过调整二次热处理工艺参数，使得不同管段具有不同的承载强度，当加热温度为300～550℃时，管段具有更高的强度，现场使用过程中该类管段位于井口端，具有更强的承载能力，发挥变径连续油管的作用。作为优选，所述热处理系统可以进行在线、连续、动态调整，通过调整二次热处理工艺参数，使得不同管段具有不同的抗腐蚀性能，当加热温度为600～680℃时，使得碳化物更加均匀的弥散析出，同时降低连管硬度，使得该管段具有更好的抗腐蚀能力，以满足不同井段对连续油管抗腐蚀性能的要求。本专利技术的有益效果是：本专利技术打破原材料、焊缝等因素对连管性能的限制，同时为了适应不同工况对连续油管承载能力、抗腐蚀性能的要求，开发出了一种焊缝与母材组织、性能均匀一致，强度高、疲劳寿命好、耐腐蚀性能优良且经济性好的连续油管。连续油管需要重新开发连续油管材料、设计钢带原材料成分及工艺，以适应后续热处理工艺要求。不同于常规连续油管仅进行简单的热处理，钢带经过连续卷曲及焊接成型后，本专利技术通过专门设计的在线连续、动态可调式热处理系统完成对连续油管的特殊热处理，从而获得强度高、疲劳寿命好且耐腐蚀性能优异的连管组织，且可通过热处理消除焊接形成的恶劣组织，达到整管组织、性能的均匀统一。本专利技术的生产过程是与卷曲、焊接成型速度相匹配的在线、连续、快速热处理，而不是待连续油管生产完成后，通过倒管再进行线下处理，其生产速度快、技术含量较高。与常规的变径连续油管不同，本专利技术在连续生产过程中，通过动态调整热处理工艺参数，使得不同管段具有不同的强度，而不用通过变径(变壁厚)的方式平衡连续油管承载能力。不同于将异种材料采用钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：C 0.17％‑0.33％、Mn 1.2％‑1.8％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si 0.15％‑0.5％、Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种在线连续生产、性能动态可调的连续油管，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：C0.17％-0.33％、Mn1.2％-1.8％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si0.15％-0.5％、Fe余量。2.根据权利要求1所述的在线连续生产、性能动态可调的连续油管，其特征在于，还包括Cr、Ni、Mo、B合金元素中的一种或任意几种，所述的合金元素的总量不超过5.7％。3.一种如权利要求1或2所述的在线连续生产、性能动态可调的连续油管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原材料的处理将热轧钢卷根据管径要求剪切成相应宽度的钢带，热轧使得钢带获得铁素体和珠光体共混平衡组织，通过微合金化，加入Nb、V或Ti合金化元素，并通过控轧控冷获得均匀、晶粒细小的原材料组织；(2)焊接钢带将钢带通过端部焊接的方式接长至所需连续油管相应的长度，钢带焊接前，将两待焊接端部斜切成45°并加工I型坡口，组对待焊接；焊接后打磨去除焊缝余高，焊缝加热到480～960℃并空冷进行焊后热处理；(3)制管将上述步骤(2)得到的焊接钢带经过成型机组卷曲成型，调整焊接挤压辊，保证卷曲后钢带边缘紧密贴合且无错边现象，通过高频感应焊或激光焊进行连管直焊缝焊接，焊接完成后进行定径处理，获得所需要的连管外径尺寸，定径完成后将进入热处...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡孝井，任成军，陈化顺，林旭，王泰，
申请(专利权)人：杰森能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37