：本發(fā)明屬于石油天然氣管材技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有高扭矩、高抗壓、高壽命等性能的超高強(qiáng)度連續(xù)管制造方法，尤其是一種高強(qiáng)度高性能連續(xù)管及其制造方法。
背景技術(shù)：
：連續(xù)管(CT，Coiledtubing)，是一種高強(qiáng)度、高塑性并具有一定抗腐蝕性能的單根長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千米的新型油氣管材。由于連續(xù)管技術(shù)具有效率高、成本低、作業(yè)范圍廣、占地面積小等一系列技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和作業(yè)優(yōu)勢(shì)，因此連續(xù)管將在油氣田勘探、開發(fā)、作業(yè)、增產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，伴隨著我國(guó)油氣勘探開發(fā)難度加大和非常規(guī)油氣資源開發(fā)的數(shù)量增多，許多復(fù)雜油氣井工程難題將顯現(xiàn)出來。比如塔里木盆地，其油氣井集超深、超高壓、超高溫于一體，對(duì)連續(xù)管的強(qiáng)度、抗擊潰等綜合性能的要求有了進(jìn)一步提高。而且深層油氣資源的勘探開發(fā)是各石油公司提高企業(yè)效益和競(jìng)爭(zhēng)力達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵。以50.8×4.44mm的連續(xù)管為例，在屈服強(qiáng)度小于689MPa(100000psi)，負(fù)載安全系數(shù)0.8的情況下，其單根連續(xù)管最大長(zhǎng)度為7098m，下井深度也不會(huì)超出此長(zhǎng)度。常規(guī)連續(xù)管強(qiáng)度偏低，不能適應(yīng)上述深井、超深井和高壓井作業(yè)。超高強(qiáng)度連續(xù)管憑借較高的強(qiáng)度，可承受的最大載荷也較高，可以滿足在深井、超深井中的使用，在深井、超深井中作業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯。所以面對(duì)在油氣田開采中深井、超深井?dāng)?shù)量不斷增加，需要大量高強(qiáng)度的連續(xù)管。同時(shí)，為了提高開采效率，國(guó)內(nèi)外大量采用水平井。超高強(qiáng)度連續(xù)管比普通強(qiáng)度連續(xù)管在水平井酸化壓裂作業(yè)中有明顯優(yōu)勢(shì)：超高強(qiáng)度連續(xù)管抗內(nèi)壓高，抗擠毀壓力大，適合進(jìn)行高壓作業(yè)。由于連續(xù)管強(qiáng)度高，一次下管柱逐層壓裂的層數(shù)多，可以多達(dá)十幾個(gè)小層，作業(yè)效率高，能有效提高油氣井的產(chǎn)量。所以應(yīng)用具有強(qiáng)度高、扭矩高、疲勞壽命高等優(yōu)勢(shì)超高強(qiáng)度連續(xù)管進(jìn)行水平井的壓裂作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率的大幅提升。另外，連續(xù)管在作業(yè)中需要反復(fù)塑性變形，疲勞壽命是其主要性能指標(biāo)，超高強(qiáng)度連續(xù)管憑借強(qiáng)度高、扭矩高、抗壓高等優(yōu)勢(shì)，其低周疲勞使用壽命遠(yuǎn)高于低強(qiáng)度連續(xù)管。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種具有高扭矩、高抗壓、高壽命等性能的超高強(qiáng)度連續(xù)管制造方法。通過合理合金設(shè)計(jì)，采用精煉、控扎、酸洗等工藝制備出連續(xù)管用卷板。利用特殊的板材對(duì)接技術(shù)對(duì)縱剪后的連續(xù)管卷板連接，采用排輥成型及高頻感應(yīng)焊(HFW)技術(shù)進(jìn)行制管，并通過后續(xù)的熱處理制造出超高強(qiáng)度連續(xù)管。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：一種高強(qiáng)度高性能連續(xù)管，所述連續(xù)管的屈服強(qiáng)度689-965MPa、抗拉強(qiáng)度758-1034MPa、延伸率≥13％、外徑范圍為Φ25.4-Φ88.9mm、壁厚范圍為2.4-6.35mm、長(zhǎng)度范圍為1000-10000m、硬度≤28HRC。按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，所述連續(xù)管的化學(xué)成分如下：C0.12-0.16％、Mn0.7-2.0％、P≤0.002％、S≤0.003％、Si0.4-0.45％、Cr1.0-1.5％、Ni0.36-0.8％、Cu0.26-0.4％、Mo0.45-0.5％、Al0.04-0.05％、Ti0.03-0.05％、V0.05-0.08％、Nb0.02-0.06％、Fe余量。所述連續(xù)管的制造方法，按照如下步驟：(1)將鐵水作為主原料，經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與氬氧脫碳、鋼包精煉和爐外精煉，并澆注成連鑄坯；將鑄坯鑄成板坯，最后制成長(zhǎng)度超過500米卷板；(2)卷板縱剪及對(duì)接；(3)制造直縫超高強(qiáng)度連續(xù)管；(4)對(duì)高頻焊焊縫和全管體需要分別進(jìn)行熱處理。所述步驟(1)為：將鑄坯加熱溫度到1050-1250℃，采用連鑄技術(shù)應(yīng)用電磁攪拌控制鑄成20-60mm厚度的板坯，終軋溫度：820-880℃，將其軋成2.4-6.35mm厚度的熱軋板，卷曲溫度500-600℃，最后制成長(zhǎng)度超過500米卷板。所述步驟(2)為：將制備好的超高強(qiáng)度卷板按照連續(xù)管規(guī)格要求，通過縱剪機(jī)組剪成80-300mm的鋼帶；為滿足連續(xù)管長(zhǎng)度要求，需將鋼帶接長(zhǎng)；鋼帶接長(zhǎng)采用45°斜焊對(duì)接的方法；在對(duì)接時(shí)，將前后兩條鋼帶的端頭加工成45°后，合理加工坡口，坡口為I型、V型或U型，采用等離子填絲焊或氬弧焊方法將其焊接，當(dāng)焊縫冷卻后，清理焊縫表面，然后將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱到AC3溫度以上，保溫10-30s，采用5-9噸的壓力，將焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行高溫輥軋，輥軋后焊縫及熱影響區(qū)自然冷卻；冷卻溫度小于150℃后，將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱600-800℃進(jìn)行退火。所述步驟(2)為：根據(jù)最終連續(xù)管的外徑和壁厚要求，采用銑邊的方法將帶鋼側(cè)面刨成I型、V型或X型坡口，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度，采用UOE排輥成型方法控制鋼帶成型；利用高頻感應(yīng)焊接技術(shù)，精確控制開口角和擠壓量及焊接參數(shù)，對(duì)成型的鋼帶進(jìn)行縱向焊接，確保焊接質(zhì)量；控制焊縫的擠壓量在1.0-2.5mm，開口角θ控制在4-8°，焊接速度為15-25m/min；焊接成管徑為Φ25.4-Φ88.9mm，壁厚為2.4-6.35mm的直縫超高強(qiáng)度連續(xù)管。所述步驟(2)為：焊接完成后，將焊縫局部加熱到AC3以上，并采用擠壓輥對(duì)其管材采用定徑的方式對(duì)焊縫施加一定的形變量，隨后對(duì)其淬火；在淬火完后，采用中頻或其他快速加熱方式，將整管加熱到兩相區(qū)，熱透后對(duì)其進(jìn)行控制冷卻，消除焊縫劣汰組織、降低硬度，改善整體性能；焊縫熱處理溫度為：850-960℃，全管體熱處理溫度600-850℃。本發(fā)明所述的一種超高強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度689-965MPa，抗拉強(qiáng)度758-1034MPa硬度≤28HRC。)連續(xù)管及制造方法。采用的技術(shù)方案是：(1)超高強(qiáng)度連續(xù)管板材設(shè)計(jì)：板材設(shè)計(jì)采用低碳微合金鋼設(shè)計(jì)體系，根據(jù)以下化學(xué)成分重量百分比冶煉、澆鑄成板坯：按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，所述連續(xù)管的化學(xué)成分如下：C0.12-0.16％、Mn0.7-2.0％、P≤0.002％、S≤0.003％、Si0.4-0.45％、Cr1.0-1.5％、Ni0.36-0.8％、Cu0.26-0.4％、Mo0.45-0.5％、Al0.04-0.05％、Ti0.03-0.05％、V0.05-0.08％、Nb0.02-0.06％、Fe余量。將鐵水作為主原料，經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與氬氧脫碳(AOD)以及鋼包精煉和爐外精煉，鋼水的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到上述要求即可出鋼，澆注成連鑄坯。將鑄坯加熱溫度到1050-1250℃，采用連鑄技術(shù)應(yīng)用電磁攪拌控制鑄成20-60mm厚度的板坯，終軋溫度：820-880℃，將其軋成2.4-6.35mm厚度的熱軋板，卷曲溫度500-600℃，最后制成長(zhǎng)度超過500米、厚度符合應(yīng)用要求的卷材，其中，厚度可隨長(zhǎng)度有規(guī)律的變化。(2)卷板縱剪及對(duì)接：將制備好的超高強(qiáng)度卷板按照連續(xù)管規(guī)格要求，通過縱剪機(jī)組剪成80-300mm的鋼帶。為滿足連續(xù)管長(zhǎng)度要求，需將鋼帶接長(zhǎng)。鋼帶接長(zhǎng)采用45°斜焊對(duì)接的方法。在對(duì)接時(shí)，將前后兩條鋼帶的端頭加工成45°后，合理加工坡口(I型、V型或U型)，采用等離子填絲焊或氬弧焊方法將其焊接，所需焊絲為專門研制的焊絲。當(dāng)焊縫冷卻后，清理焊縫表面，然后將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱到AC3溫度以上，保溫10-30s，采用5-9噸的壓力，將焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行高溫輥軋，輥軋后焊縫及熱影響區(qū)自然冷卻。冷卻溫度小于150℃后，將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱600-800℃進(jìn)行退火(3)根據(jù)最終連續(xù)管的外徑和壁厚要求，采用銑邊的方法將鋼側(cè)面刨成I型、V型或X型坡口，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度，采用UOE排輥成型方法控制鋼帶成型。利用高頻感應(yīng)焊接技術(shù)，精確控制開口角和擠壓量及焊接參數(shù)，對(duì)成型的鋼帶進(jìn)行縱向焊接，確保焊接質(zhì)量?？刂坪缚p的擠壓量在1.0-2.5mm，開口角θ控制在4-8°，焊接速度為15-25m/min。焊接成管徑為Φ25.4-Φ88.9mm，壁厚為2.4-6.35mm的直縫超高強(qiáng)度連續(xù)管。(4)為了確保連續(xù)管的整體硬度，對(duì)高頻焊焊縫和全管體需要分別進(jìn)行熱處理。為了改善焊縫質(zhì)量，焊接完成后，將焊縫局部加熱到AC3以上，并采用擠壓輥對(duì)其管材采用定徑的方式對(duì)焊縫施加一定的形變量，隨后對(duì)其淬火；在淬火完后，采用中頻或其他快速加熱方式，將整管加熱到兩相區(qū)，熱透后對(duì)其進(jìn)行控制冷卻，從而達(dá)到消除焊縫劣汰組織、降低硬度，改善整體性能的目的。焊縫熱處理溫度為：850-960℃，全管體熱處理溫度600-850℃。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的超高強(qiáng)度連續(xù)管制造方法，制造的連續(xù)管屈服強(qiáng)度689-965MPa，抗拉強(qiáng)度758-1034MPa硬度≤28HRC。具有強(qiáng)度高、扭矩高、抗壓高、壽命高的特性，適合在深井、超深井中應(yīng)用，同時(shí)適合進(jìn)行高壓作業(yè)。在水平壓裂作業(yè)時(shí)一次壓裂層數(shù)可以多達(dá)十多層，作業(yè)效率高，能有效提高油氣井的產(chǎn)量。具體實(shí)施方式：下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：按照上述卷板化學(xué)成分要求，配備兩種化學(xué)成分的連續(xù)管卷板，一組元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)高，一組元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)低，分別進(jìn)行超高強(qiáng)度連續(xù)管制造。兩種實(shí)施例制造的都是超高強(qiáng)度連續(xù)管。元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的卷板制造超高強(qiáng)度連續(xù)管的主要制造步驟如下：一、制備超高強(qiáng)度連續(xù)管卷板將鐵水作為主原料，經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與氬氧脫碳(AOD)以及鋼包精煉爐精煉，鋼水的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到下述要求即可出鋼，澆注成連鑄坯。按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，所述連續(xù)管的化學(xué)成分如下：C0.15％、Mn1.5％、P≤0.002％、S≤0.003％、Si0.45％、Cr1.4％、Ni0.7％、Cu0.32％、Mo0.48％、Al0.05％、Ti0.04％、V0.07％、Nb0.05％、Fe余量。采用連鑄技術(shù)應(yīng)用電磁攪拌控制鑄成20-60mm厚度的板坯，重新加熱至約1100℃，采用熱鋼帶軋機(jī)通過熱機(jī)械控制工藝(TMPC)軋成厚度為4.44mm、寬度為1180mm的熱軋板，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)目刂评鋮s，形成超高強(qiáng)度連續(xù)管卷板，最后經(jīng)過酸洗、檢測(cè)后，經(jīng)張力卷曲機(jī)卷曲成卷板供制管使用。二、超高強(qiáng)度連續(xù)管制備1、卷板縱剪和鋼帶接長(zhǎng)將制備好的連續(xù)管卷板通過縱剪機(jī)組剪成157mm的鋼帶。為滿足連續(xù)管長(zhǎng)度要求，將鋼帶進(jìn)行板板對(duì)焊，通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。將前后兩條鋼帶的端頭加工成45°，采用等離子焊的方式進(jìn)行焊接，焊接全過程采用純度≥99.7％的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，在連續(xù)氣體保護(hù)下進(jìn)行板板對(duì)焊；焊鋒冷卻后將焊縫進(jìn)行加熱碾壓處理，迅速將焊縫加熱到750℃，保溫20s，用軋輥對(duì)焊縫進(jìn)行擠壓，擠壓壓力約為7噸。碾壓后的焊縫冷卻到溫度小于150℃后，將焊縫重新加熱700℃，大氣中自然冷卻。2、連續(xù)管的成型與焊接鋼帶板邊采用銑邊方法將邊部銑為V型，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度；采用UOE排輥成型方法控制鋼帶成型；采用高頻焊接技術(shù)焊接連續(xù)管管坯，焊速18m/min，頻率380KHz，功率170Kw、擠壓量在1.5mm，開口角θ控制在6°。焊接成管徑為Φ50.8mm，壁厚為4.44mm的直縫電阻焊鋼管。3、焊縫熱處理焊后對(duì)管壁外毛刺進(jìn)行刮除，通過中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，將焊縫迅速加熱到940℃，隨后控制水冷溫度為25℃，使焊縫溫度約450℃進(jìn)行水冷，已獲得較好的焊縫性能。4、全管體熱處理為了消除制管后殘余應(yīng)力，管體母材產(chǎn)生良好的組織性能，將利用中頻加熱系統(tǒng)對(duì)連續(xù)管全管體加熱到760℃，再進(jìn)行水冷。5、超高強(qiáng)度連續(xù)管的連續(xù)卷曲通過卷取機(jī)纏繞到適當(dāng)芯徑的卷筒上，連續(xù)生產(chǎn)制備3500m超高強(qiáng)度連續(xù)管，以便運(yùn)輸和使用。6、超高強(qiáng)度連續(xù)管的主要性能屈服強(qiáng)度為905MPa，抗拉強(qiáng)度為985MPa，延伸率達(dá)到20％，硬度小于28HV。元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的卷板制造超高強(qiáng)度連續(xù)管的主要制造步驟如下：一、制備超高強(qiáng)度連續(xù)管卷板將鐵水作為主原料，經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與氬氧脫碳(AOD)以及鋼包精煉爐精煉，鋼水的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到下述要求即可出鋼，澆注成連鑄坯。按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，所述連續(xù)管的化學(xué)成分如下：C0.12％、Mn0.8％、P≤0.0015％、S≤0.003％、Si0.4％、Cr1.1％、Ni0.4％、Cu0.28％、Mo0.45％、Al0.04％、Ti0.04％、V0.06％、Nb0.03％、Fe余量。采用連鑄技術(shù)應(yīng)用電磁攪拌控制鑄成20-60mm厚度的板坯，重新加熱至約1100℃，采用熱鋼帶軋機(jī)通過熱機(jī)械控制工藝(TMPC)軋成厚度為4.44mm、寬度為1180mm的熱軋板，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)目刂评鋮s，形成超高強(qiáng)度連續(xù)管卷板，最后經(jīng)過酸洗、檢測(cè)后，經(jīng)張力卷曲機(jī)卷曲成卷板供制管使用。二、超高強(qiáng)度連續(xù)管制備1、卷板縱剪和鋼帶接長(zhǎng)將制備好的連續(xù)管卷板通過縱剪機(jī)組剪成157mm的鋼帶。為滿足連續(xù)管長(zhǎng)度要求，將鋼帶進(jìn)行板板對(duì)焊，通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。將前后兩條鋼帶的端頭加工成45°，采用等離子焊的方式進(jìn)行焊接，焊接全過程采用純度≥99.7％的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，在連續(xù)氣體保護(hù)下進(jìn)行板板對(duì)焊；焊鋒冷卻后將焊縫進(jìn)行加熱碾壓處理，迅速將焊縫加熱到725℃，保溫20s，用軋輥對(duì)焊縫進(jìn)行擠壓，擠壓壓力約為7噸。碾壓后的焊縫冷卻到溫度小于150℃后，將焊縫重新加熱700℃，大氣中自然冷卻。2、連續(xù)管的成型與焊接鋼帶板邊采用銑邊方法將邊部銑為V型，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度；采用UOE排輥成型方法控制鋼帶成型；采用高頻焊接技術(shù)焊接連續(xù)管管坯，焊速18m/min，頻率380KHz，功率170Kw、擠壓量在1.5mm，開口角θ控制在6°。焊接成管徑為Φ50.8mm，壁厚為4.44mm的直縫電阻焊鋼管。3、焊縫熱處理焊后對(duì)管壁外毛刺進(jìn)行刮除，通過中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，將焊縫迅速加熱到925℃，隨后控制水冷溫度為25℃，使焊縫溫度約450℃進(jìn)行水冷，已獲得較好的焊縫性能。4、全管體熱處理為了消除制管后殘余應(yīng)力，管體母材產(chǎn)生良好的組織性能，將利用中頻加熱系統(tǒng)對(duì)連續(xù)管全管體加熱到720℃，再進(jìn)行水冷。5、超高強(qiáng)度連續(xù)管的連續(xù)卷曲通過卷取機(jī)纏繞到適當(dāng)芯徑的卷筒上，連續(xù)生產(chǎn)制備3500m超高強(qiáng)度連續(xù)管，以便運(yùn)輸和使用。6、超高強(qiáng)度連續(xù)管的主要性能屈服強(qiáng)度為725MPa，抗拉強(qiáng)度為820MPa，延伸率達(dá)到24％，硬度小于28HV。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。