国产CT130变壁厚连续管性能及现场应用*

王 亮，唐家财，王维东，乔凌云，王 超，姚爱国，李鸿斌，鲜林云

（1.中油国家石油天然气管材工程技术研究中心有限公司，西安 710018；2.宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721008；3.陕西省高性能连续管重点实验室，陕西 宝鸡 721008；4.中国石油集团测井有限公司新疆分公司，新疆 克拉玛依 834000；5.浙江金洲管道工业有限公司，浙江 湖州 313099）

0 前 言

随着我国大位移水平井数量和水平井长度的日益增加，作业压力日益增大，对连续管的下入深度、高压等方面提出了更高的要求。同时，随着连续管长度、单卷质量不断提高，增大了管材的运输难度，对连续管作业车承重能力、提拉能力提出了更高的要求。有资料显示，塔里木盆地超深层油气资源量丰富，埋深在6 000 m 以上的石油和天然气资源分别占全国总资源的83.2%和63.9%，勘探开发潜力巨大[1-2]。因此，对屈服强度在130 ksi 钢级以上的超高强度变壁厚连续管产品需求迫切。

CT130变壁厚连续管是一种外径不变、壁厚沿长度方向渐变的新型管材，与同钢级等壁厚连续管相比，变壁厚连续管具有减轻管柱悬挂质量、提高作业下入深度、便于运输等特点，因此，在深井、超深井、大位移水平井及页岩气开发中的压裂、钻磨等作业中具有独特的优势[3-7]。国内此前尚无此类产品，川庆钻探、中石化、新疆油田等根据开发需要，近年相继进口了多盘NOV 公司生产的QT-1300 变壁厚连续油管(CT130 钢级)，但由于供货周期长，价格高，不能及时满足油田开发需求。

笔者对国产CT130连续管进行了显微组织及力学性能分析，并介绍其在某油田下井生产作业情况，为用户全面了解国产CT130变壁厚连续管产品性能、合理制定生产 作业工艺及促进该产品在油田的推广应用提供数据支撑。

1 CT130变壁厚连续管性能分析

1.1 试验材料与方法

试验选取5 m未经卷曲的CT130变壁厚连续管实物管材，规格为Φ50.8 mm×（4.44～4.8）mm，管材化学成分见表1。使用Olympus GX71显微镜进行金相及夹杂物分析；使用Durascan-70 试验机进行硬度检测；使用ZIWCK1200 型试验机进行整管拉伸性能检测；使用WE-30B型液压式万能试验机进行压扁及扩口检测；使用SW-CPT-200 水压系统进行管材内外压测试；使用PLW-100型试验机进行弯曲疲劳性能测试。

表1 CT130连续管化学成分 %

1.2 检测结果与性能分析

1.2.1 微观组织

管材焊缝和母材的金相照片如图1 所示。由图1（a）～图1（d）可知，CT130 变壁厚连续管组织均匀，且HFW 焊缝、热影响区、母材组织基本一致。由图1（e）可知，母材以细晶板条铁素体+粒状贝氏体+珠光体组织为主。对管柱进行晶粒度分析可知，焊缝和母材晶粒度均为12 级，带状组织小于1.5 级，夹杂物小于1.0 级，表明成品管的晶粒较细，带状组织和非金属夹杂控制得当。

图1 CT130连续管管材金相组织形貌

1.2.2 管材强度

对CT130 变壁厚连续管进行拉伸性能检测，每组取3根试样，检测结果取平均值，见表2。结果表明，管体屈服强度、抗拉强度及断后伸长率均高于设计要求，管材具有良好的强塑性匹配，确保其具有更高的承载和解卡能力，在水平段作业时可以下入更长距离。

表2 拉伸试验检测结果

1.2.3 硬度

对CT130变壁厚连续管进行硬度检测，结果如图2 所示。由图2 可以看出，焊缝和母材硬度基本一致，均在306HV1.0～336HV1.0之间，硬度控制合理，满足≤ 382HV1.0的设计要求。

图2 CT130变壁厚连续管硬度试验结果

1.2.4 塑性

参考API SPEC 5ST标准对CT130变壁厚连续管样品开展塑性检测。表3、表4分别为管材压扁试验和扩口试验结果，由表3、表4可以看出，采用WE-30B 型液压式万能试验机将试样压扁至43.2 mm时，焊缝在0°、90°时均未出现裂纹。对试样扩口至19%时，端部焊缝母材未出现裂口。由此可知，CT130变壁厚连续管具有良好的塑性，可满足现场服役过程中大应变弯曲变形要求。

表3 压扁试验结果

表4 扩口试验结果

1.2.5 抗内、外压性能

分别对Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 变壁厚连续管进行抗内压爆破试验，试验结果如图3 所示。从图3 可以看出，Φ50.8 mm×4.44 mm 试样升压至176.4 MPa 时爆破失效，爆口位于堵头环焊缝上，较理论计算值（162.7 MPa）提高8.4%；1302 试样升压至103.4 MPa，保压15 min，保压过程中无泄漏，继续升压至223.3 MPa 时爆破失效，爆口位于焊缝上，较理论计算值（175.9 MPa）提高26.9%。试验结果表明，CT130 变壁厚连续管抗内压性能优异。

图3 CT130变壁厚连续管爆破试验曲线

对CT130 变壁厚连续管抗外压性能，其规格Φ50.8 mm×4.44 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm CT130 连续管样管进行外压挤毁试验。试验结果如图4 所示，1303#试样外压失效压力为165.2 MPa，较理论计算值（143 MPa）提高15.5%；1304#试样外压失效压力为187.9 MPa，较理论计算值（153.4 MPa）提高22%。结果表明，CT130 变壁厚连续管抗挤毁性能优异。

图4 CT130变壁厚连续管挤毁试验曲线

试验结果表明，CT130 变壁厚连续管具有良好的抗内压和外压能力，可大幅提高油田增产作业中高压射孔、多段压裂等复杂作业的安全性。

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1.2.6 弯曲疲劳性能

弯曲疲劳是导致连续管失效的主要因素，采用低周疲劳试验机模拟连续管现场作业过程中的弯曲疲劳过程，在稳压状态下通过液压缸推动，使试样反复弯曲和矫直，直至失效[8-9]。

试验中，弯曲模半径与现场作业车导向拱和作业卷筒的最小半径相同，取1 828 mm；管内相对压力为34.47 MPa。对Φ50.8 mm×4.44 mm×1 524 mm、Φ50.8 mm×4.80 mm×1 524 mm 样管进行弯曲疲劳检测。结果表明，Φ50.8 mm×4.44 mm样品疲劳寿命均值为219 次，相比相同规格CT110连续管，疲劳寿命提高了33%；Φ50.8 mm×4.80 mm 样品疲劳寿命均值为260 次，相比相同规格CT110连续管，疲劳寿命提高了34%。由结果可知，国产CT130变壁厚连续管在带压条件下表现出较好的抗弯曲疲劳性能，现场作业中可大幅提升管材的起下次数，从而提高施工的安全性及经济性。

2 CT130变壁厚连续管现场应用情况

新疆油田近年来水平井呈规模化开发，非常规油气藏成为勘探开发主力，桥射联作、大型分段水力压裂成为开发的必要手段，在环玛湖区块、吉木萨尔页岩油区块井深超过5 000 m，水平井水平段大多在1 500 m以上，最长超过3 500 m。超高强度CT130变壁厚连续管具有承载、解卡能力强等优势，必然成为深井、超深井、长水平段井储层改造的一把利器[10-13]。

采用7 000 m CT130 钢级Φ50.8 mm×（4.44～4.80）mm 变壁厚连续油管配套LG450-7000连续油管作业车组，在页岩油、玛湖凹陷等自生自储致密油气储层改造中提供通洗井、首段射孔、冲砂、钻磨桥塞等技术服务。该盘管柱已在新疆油田各个区域完成多口井作业。典型作业情况如下：

（1）通洗井+首段射孔作业。对于需要储层改造的非常规油气新井，为了快速实现储层改造，采用连续油管首先进行一趟通洗井作业，为后续首段射孔以及桥射联作提供井筒安全性保障。通过连续油管传输进行分簇首段射孔沟通储层，为泵送桥塞提供液体通道。利用CT130变壁厚连续管下入水平段深的优势摆脱了对井架的依赖，提高了自动化程度和作业效率，降低了作业劳动强度，为油田增储上产保驾护航。

（2）钻磨桥塞作业。对于新疆油田非常规油气开发采用的密切割、强加砂分段压裂的方式，在完成桥射联作和体积压裂之后，连续油管将钻除井内桥塞，清理干净井筒为油气井投产清除障碍。利用国产CT130变壁厚连续管高强度的优势，有效克服新疆油田单井桥塞数量多、出砂量大、施工压力高、施工难度大的难题，提高了施工效率和施工安全性。

目前该盘连续管在高压环境下累计安全起下37 次，其中包括通洗井12 次、首段射孔10 次、钻磨桥塞15 次、钻除桥塞128 级，累计作业超过480 h。最高施工压力58 MPa，平均施工压力42 MPa，满足施工设计要求。疲劳软件模拟预测显示，该盘连续管的平均累计疲劳损伤率为29%，高于预期，且对比其他钢级连续管优势明显。

3 结 论

（1）通过对CT130变壁厚连续管不同壁厚微观组织分析，发现其母材、焊缝微观组织均一性较好，且不同壁厚组织基本一致，且其组织为细晶板条铁素体+粒状贝氏体。管材强度高，塑性、硬度控制较好，具有较高的抗内、外压能力和弯曲疲劳寿命，产品综合性能较好，可满足超深井、非常规油气藏对连续管承载能力、承内外压能力、水平下入深度等作业要求。

（2）通过现场应用，CT130变壁厚连续管在高压环境中累计起下37次，作业过程顺利，各项性能指标完全符合施工设计和现场作业要求。

（3）CT130变壁厚连续管的性能分析及现场应用，充分验证了国产连续管过硬的品质，可替代同类型进口连续管产品，将促进超深井、长段水平井等非常规油气藏的低成本开发，为油田增储上产保驾护航。