采用摩擦焊工艺制造等强度油管技术研究

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

　　目前，大庆油田在用的平式油管均为整根油管使用同一材质，在油管端部进行螺纹加工，结果导致油管螺纹部分强度比管体强度有所减弱，造成整根油管的抗拉载荷能力不均衡，管体部分的强度高于螺纹部分的强度，使油管整体的强度受螺纹部分的制约而达不到等强度设计要求。本文着重提出一种通过摩擦焊接技术工艺，使用传统平式油管材质制作的接头，焊接至重新选定的略低于原油管材质的管体上，既可保证油管整体的抗拉载荷能力不变，又能降低油管管体的材料成本，从而降低油田开发费用。

　　1.等强度油管的设计原理

　　目前油田所采用的平式油管，是在使用同钢级材料的油管两端直接进行螺纹加工。经过螺纹加工后的油管，丝扣部分的抗拉载荷能力有所减弱，不符合等强度设计要求。

　　通过对油管管体和丝扣部分的受力情况进行研究，计算选取碳钢正火(调质)处理，作为原平式油管管体的替换材质，使用摩擦焊接技术将采用标准平式油管材质的螺纹体与新选定材料的管体连接成一体，使碳钢管体强度拉近原平式油管丝扣部分强度，在保证新型油管整体抗拉载荷能力等同于标准平式油管的情况下，大大降低了整根油管制造的材料成本，同时还可满足等强度的设计要求。

　　2.等强度油管性能试验

　　2.1 等强度油管机械性能试验

　　为了验证等强度油管的各项指标，我们对3组采用标准平式油管材质的J55接头与45钢正火管体焊接油管试件进行试验编号，分别为Y1、Y2、Y3。针对新型等强度油管样品分别进行了管体化学成分分析、金相分析，并对新型等强度油管样品进行了轴向拉伸至失效试验、静水压及内压至失效试验。

　　2.2 试验及试验结果

　　(1)管体化学成分分析

　　     化学成分分析结果见表1

　　表1 化学成分分析结果(Wt×10-2)

　　(2)管体金相分析

　　     管体金相分析结果见表2
 

表2 金相分析检测结果

　　　　                                      注：P——珠光体

　　(3)轴向拉伸至失效试验

　　对J55管头与正火45钢管体焊接油管试样Y1、Y2、Y3进行拉伸至失效试验，试验在符合加载试验系统上完成，试验温度为室温，试验方法参考API RP 5C5中的有关规定，试验结果如下：

　　试样Y1在拉伸载荷为349kN时，丝扣部位失效;

　　试样Y2在拉伸载荷为356kN时，丝扣部位失效;

　　试样Y3在拉伸载荷为343kN时，丝扣部位失效;

　　API BUL 5C2中规定J55油管接头的最低连接载荷为323kN。

　　(4)静水压及内压至失效试验

　　对试样J55管头与正火45钢管体焊接油管试样Y1、Y2、Y3进行静水压及水压爆破试验，试验在水压系统上完成，试验温度为室温，方法参考API RP 5C5中的有关规定，加压速率<34MPa/min，试验结果如下：

　　式样Y1、Y2、Y3在45 MPa标准静水压试验条件下，试样均未发生泄漏现象;在91.5MPa压力时试样Y2管体爆裂;在95 MPa压力时试样Y1管体爆裂;在96 MPa压力时试样Y3管体爆裂;

　　API BUL 5C2中规定J55油管接头的最低内屈服强度为50.1MPa。

　　实验结果表明，更换管体材质后的油管力学性能均等同于原管体，管体材质的减弱对其性能无影响。

　　2.3 实验结果分析

　　上述实验表明“等强度”油管的各项技术指标均可达到SY/T6194-2003《石油天然气工业油气井套管或油管用钢管》标准。由于更换了管体材质，大大降低了生产成本。按每根等强度油管节省材料成本50元，仅以大庆油田每年使用160万根油管计算，每年的生产成本就可节约8千万元。

　　3.结论

　　通过摩擦焊接技术，将传统的平式油管接头与略低于其强度的异种材质管体连接，即可解决标准平式油管存在的强度不均衡问题，达到等强度要求，又可使两种材质的性能充分发挥，性能指标满足SY/T6194-2003《石油天然气工业 油气井套管或油管用钢管》标准。而油管管体材质的降低可大大节约油管的制造成本。