连续油管及其制备方法与流程

1.本技术属于连续油管加工制造技术领域，具体涉及一种连续油管及其制备方法。

背景技术：

2.连续油管在石油天然气工业中已广泛应用于油田修井、钻井、完井、测井、增产等领域，作业时卷筒上的连续油管可反复收放和使用，与常规油管相比，连续油管作业具有节省时间、减少地层伤害和可带压作业等优点。
3.气举作业是一种常见的连续油管作业，气举作业多采用工业膜制氮工艺制备的氮气，所产的氮气纯度约为95％左右，剩余的5％的气体为氧气、水蒸气、co2等腐蚀性气体，这些腐蚀性气体在油井高温高压的腐蚀工况下，易与连续油管的内壁发生腐蚀反应，生成大量的铁的氧化产物，这些氧化产物的附着力差，容易从连续油管的内壁脱落，堆积在连续油管的底部，导致连续油管堵塞；另外，连续油管的内壁发生腐蚀反应后，其壁厚会减小，使连续油管作业1～2个井次便会失效报废，如此将增加油气开采成本。虽然采用高浓度的氮气，例如液氮，可以减缓氧气对连续油管的腐蚀，但采用该种方式会使得油气开采成本更大。

技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种连续油管及其制备方法，能够解决普通连续油管耐氧腐蚀性差、且耐蚀合金连续油管造价昂贵的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种连续油管的制备方法，包括：
7.获取基层和复合层，基层为碳钢层，复合层为不锈钢层；
8.将基层和复合层采用爆炸复合法复合为金属复合板坯，对金属复合板坯进行轧制，得到金属复合卷板；
9.将金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接，得到连续油管，连续油管的基层位于复合层的外部；
10.对连续油管的直焊缝进行正火热处理；
11.对连续油管进行全管去应力热处理；
12.对连续油管进行冷却。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种连续油管，由上述公开的制备方法制备而成，连续油管的氧腐蚀平均腐蚀速率为0.004～0.006mm/a。
14.经过本技术实施例的连续油管的制备方法制得的连续油管包括基层和复合层两层，基层为碳钢层，复合层为不锈钢层，复合层位于基层的内部，也就是说，连续油管的内壁的材料由不锈钢制成，因此耐腐蚀气体即便是在油井高温高压的腐蚀工况下也不易与连续油管的内壁发生腐蚀反应，从而避免连续油管发生堵塞、壁厚减小的问题。且由于连续油管的内壁的材料为不锈钢，在进行气举作业时使用低浓度的氮气也不会造成连续油管内壁腐蚀，因此采用该连续油管进行气举作业时无需使用液氮等高浓度氮气，进而降低油气开采
成本。
附图说明
15.图1为本技术实施例公开的连续油管的制备方法的流程图；
16.图2为本技术实施例公开的基层的显微组织示意图；
17.图3为本技术实施例公开的复合层的显微组织的示意图；
18.图4为本技术实施例公开的连续油管的显微组织的示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
21.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的连续油管及其制备方法进行详细地说明。
22.如图1所示，本技术实施例公开一种连续油管的制备方法，包括：
23.s110、获取基层和复合层，基层为碳钢层，复合层为不锈钢层。
24.可选地，基层可为制备常规等级的连续油管的原材料，例如ct90等级的连续油管的原材料：c≤0.16％、mn≤1.20％、p≤0.02％、s≤0.005％、si≤0.5％；ct110等级的连续油管的原材料：c≤0.16％、mn≤1.65％、p≤0.025％、s≤0.005％、si≤0.5％；连续油管的复合层可采用奥氏体不锈钢材料：c≤0.10％、mn5.0％～8.0％、p≤0.045％、s≤0.005％、si≤1.0％、cr 18.0％～20.0％、mo≤0.3％、ni 2.0％～4.5％、cu≥1.2％、n≤0.30％，fe余量。
25.s120、将基层和复合层采用爆炸复合法复合为金属复合板坯，对金属复合板坯进行轧制，得到金属复合卷板。
26.可选地，可通过机械加工、打磨或其他方式分别清洁基层和复合层的待复合面，使其露出金属光泽，并保持一定的表面粗糙度，在待复合面上均匀添加，将待复合面相对叠合，然后起爆，使基层和复合层的待复合面完全融合。经过轧制后金属复合卷板的复合层的厚度为0.5mm～1mm，金属复合卷板整体的厚度为2mm～8mm，金属复合卷板的长度为100～300米；得到金属复合卷板后可对金属复合卷板进行精整、去边处理，使金属复合卷板的宽度为1.0m～1.2m。采用爆炸-轧制复合工艺极大地提高了基层与复合层的结合强度，提高了连续油管作业的可靠性和安全性。
27.s130、将金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接，得到连续油管，连续油管的基
层位于复合层的外部。
28.具体地，可通过高频感应焊或激光焊进行直焊缝焊接；可选地，可根据待制备的连续油管的外径要求，将金属复合卷板纵剪为与连续油管的外径相匹配的宽度的金属复合卷板，而后再将金属复合卷板卷曲成型。
29.s140、对连续油管的直焊缝进行正火热处理。
30.这里的正火热处理可使焊缝及热影响区的硬度和母材的硬度均匀一致，即：焊缝及热影响区的硬度和母材的硬度相等。
31.s150、对连续油管进行全管去应力热处理。
32.全管去应力热处理的目的是消除制管过程中产生的残余应力，稳定基层和复合层组织结构，如此不仅可提高连续油管的承压性能、增加连续油管的寿命，还可避免应力腐蚀对连续油管造成不利影响，从而降低连续油管的平均腐蚀速率；需要说明的是，全管去应力热处理是对整根连续油管进行去应力热处理，去应力热处理可选择退火热处理。
33.s160、对连续油管进行冷却。
34.这里的冷却可以是水冷、空冷等冷却方式，对应地，冷却介质可以是水、空气等。
35.经过本技术实施例的连续油管的制备方法制得的连续油管包括基层和复合层两层，基层为碳钢层，复合层为不锈钢层，复合层位于基层的内部，也就是说，连续油管的内壁的材料由不锈钢制成，因此耐腐蚀气体即便是在油井高温高压的腐蚀工况下也不易与连续油管的内壁发生腐蚀反应，从而避免连续油管发生堵塞、壁厚减小的问题。且由于连续油管的内壁的材料为不锈钢，在进行气举作业时使用较低浓度的氮气，也不会造成连续油管内壁腐蚀，因此采用该连续油管进行气举作业时无需使用液氮等高浓度氮气，进而降低油气开采成本。另外，连续油管的内壁的材料为不锈钢，不仅可耐氧气腐蚀，还可抵抗其他腐蚀性气体的腐蚀，例如co2、h2s等。
36.在一种可选的实施例中，在对连续油管进行全管去应力热处理的步骤中，全管去应力热处理的温度为550～650℃，保温时间为6～10秒。若全管去应力热处理的温度小于550℃，则去除连续油管中的残余应力的效果不好，若全管去应力热处理的温度大于650℃，则会降低连续油管的力学性能，如：抗拉强度和屈服强度。若保温时间小于6秒，则去除连续油管中的残余应力的效果不好，若保温时间大于10秒，则会降低连续油管的屈服强度、抗拉强度等力学性能。因此本技术实施例将全管去应力热处理的温度控制在550～650℃，保温时间控制在6～10秒，如此不仅可较好的去除连续油管中的残余应力，还可不降低连续油管的屈服强度、抗拉强度等力学性能。
37.在一种可选的实施例中，对连续油管进行冷却的步骤包括一次冷却步骤，其中，在一次冷却步骤中，冷却速度为130～150℃/s，连续油管被冷却至400℃以下。具体地，不锈钢在400℃以上的温度易发生敏化，此时不锈钢会析出含铬、镍的碳化物，造成不锈钢中的铬、镍的含量降低，使得不锈钢的耐腐蚀性下降。本技术的冷却速度为130～150℃/s，可快速地将连续油管的温度冷却至400℃以下，从而减小连续油管的复合层发生敏化的风险，且在冷却过程中不易产生残余应力，减小连续油管变形的风险。若冷却速度小于130℃/s，连续油管冷却至400℃以下较慢，连续油管的复合层发生敏化的风险较大，如此可能会造成连续油管耐腐蚀性下降。由于基层和复合层为不同的组织结构，若冷却温度大于150℃，易使连续油管产生较大的残余应力，使连续油管产生变形，例如产生波浪弯缺陷。
38.在连续油管被冷却至400℃以下，复合层不易发生敏化，但若冷却速度过快还是会产生残余应力。因此在一种可选的实施例中，对连续油管进行冷却的步骤还包括二次冷却步骤，二次冷却步骤位于一次冷却步骤之后，二次冷却步骤包括空冷步骤，其中，在空冷步骤中，连续油管被冷却至200℃以下。本技术实施例使用空冷对连续油管进行冷却，在对连续油管进行空冷的过程中不易产生残余应力，减小连续油管变形的风险。将连续油管冷却至200℃以下后，连续油管不易在冷却过程中产生残余应力，因此二次冷却步骤还可包括水冷步骤或者油冷步骤，水冷步骤或者油冷步骤可对经空冷步骤后的连续油管进行快速冷却，从而节省连续油管的冷却时间，提高生产效率。
39.在一种可选的实施例中，对连续油管进行一次冷却步骤时，所采用的冷却液为水溶性冷却液，水溶性冷却液的浓度为8％～12％，温度为35～60℃。水溶性冷却液具有较高的冷却速度，因此可以实现连续油管的快速冷却。进一步可选地，这里的水溶性冷却液可以是pag淬火剂。当然也可采用其他的冷却介质。
40.对金属复合板坯进行轧制的步骤中，轧制可为热轧，但热轧的轧制温度较高，也就是说，需将金属复合板坯加热到较高的温度，若金属复合板坯的温度较高则会降低金属复合板坯的力学性能，如：抗拉强度和屈服强度，从而使连续油管的力学性能较差。因此在一种可选的实施例中，在对金属复合板坯进行轧制的步骤中，轧制为冷轧，冷轧的轧制温度较低，相较于热轧来说，冷轧后的金属复合板坯的力学性能较好。
41.在将金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接的步骤之前，还包括：
42.s170、对金属复合卷板进行退火处理。
43.冷轧后金属复合板内的应力较大，对金属复合卷板进行退火处理可消除金属复合板内的应力。
44.在一种可选的实施例中，冷轧的轧制温度为500～550℃。若冷轧的轧制温度小于500℃，则由金属复合板坯轧制而成的金属复合卷板中的应力较大，即便是对金属复合卷板进行退火也不易去除金属复合卷板内的应力；而轧制温度大于550℃，则可能会破坏金属复合板坯的力学性能，如：抗拉强度和屈服强度；因此本技术将冷轧的轧制温度控制在500～550℃，可使制得的金属复合卷板内的应力较小，还可不破坏金属复合板坯的力学性能，进而使制得的连续油管的力学性能接近甚至超过仅由基层制得的油管的力学性能，也就是说，连续油管的屈服强度接近甚至超过仅由基层制成的油管的屈服强度，连续油管的抗拉强度接近甚至超过仅由基层制成的油管的抗拉强度。采用爆炸-冷轧复合工艺，极大地提高了连续油管的韧性，提高了连续油管作业的可靠性和疲劳寿命。可选地，冷轧的压下量为50％≤ε≤60％。
45.在对金属复合卷板进行退火处理的步骤中，退火温度为500～600℃，保温时间为1.5～2小时。若退火温度小于500℃，保温时间小于1.5小时，则去除金属复合卷板内的应力的效果较差；若退火温度大于600℃，保温时间大于2小时，则会降低金属复合卷板的力学性能，如：抗拉强度和屈服强度。本技术实施例将退火温度控制在500～600℃，保温时间控制在1.5～2小时，去除金属复合卷板内的应力的效果较好，且不会降低金属复合卷板的力学性能。需要说明的是，金属复合板坯经过冷轧后，其力学性能会提高，因此本技术实施例的金属复合卷板的退火温度可高于金属复合板坯轧制温度。
46.可选地，采取本技术的制备方法制备成连续油管后，可将多根连续油管两两焊接，
从而得到加长的连续油管，但该种方式不易于操作。在一种可选的实施例中，在将金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接的步骤之前，还包括：
47.s181、将至少两个金属复合卷板对焊相接；
48.具体地，对焊可采用不锈钢焊丝，并辅以氩气保护。
49.s182、对金属复合卷板的对焊焊缝进行热处理，以去除焊接应力；
50.s183、对金属复合卷板的对焊焊缝及热影响区进行空冷；
51.对对焊焊缝及热影响区进行空冷可减小在冷却过程中金属复合卷板产生残余应力的风险。
52.其中，在对金属复合卷板的对焊焊缝进行热处理的步骤中，热处理的温度为650～750℃，保温时间为15～20秒。热处理的温度控制在650～750℃，可使焊缝和母材的力学性能匹配，也就是说，焊缝的力学性能与母材的力学性能相等。而保温时间控制在15～20秒，可较为充分地去除金属复合卷板内的应力。
53.在一种可选的实施例中，在对连续油管的直焊缝进行正火热处理的步骤中，正火热处理的温度为950～1050℃。具体地，直焊缝处为基层和复合层熔化后重新形成的一种材料成分，即：低碳高铬镍高合金钢，其具有极高的淬透性，焊缝冷却后，得到一种高硬度的强化相组织马氏体和贝氏体,硬度高组织粗大，正火热处理的温度控制在950～1050℃，可以消除粗大的焊接组织，得到的组织为细晶粒的铁素体和珠光体的混合组织，降低了硬度，使直焊缝及热影响区和母材的硬度均匀一致，同时由于复合层为不锈钢层，因此焊缝含有较高的cr、ni元素，如此可使直焊缝的耐腐蚀性能增强。
54.本技术提供4个实施例，每个实施例对应1个对比例，对比例所用原材料与实施例相同的基层的原材料相同(同炉次，同热处理炉次，同轧制工艺，同规格，同等级)。
55.表1实施例1～4爆炸-冷轧步骤
[0056][0057]
表2实施例1～4和对比例1～4原材料的等级及化学成分
[0058][0059][0060]
表3实施例1～4和对比例1～4连续油管规格、金属复合卷板规格、金属复合卷板总长度、对焊焊缝热处理、制管速度、直焊缝正火热处理、全管去应力热处理和冷却步骤
[0061][0062]
表4实施例1～4和对比例1～4连续油管力学性能及氧腐蚀速率
[0063][0064][0065]
表5实施例1～4连续油管与对比例油管疲劳性能对比
[0066][0067]
根据上述表1～表5可以看出由本技术的制备方法制备而成的连续油管的氧腐蚀平均腐蚀速率较小；本技术的连续油管的耐氧腐蚀性能好，且其力学性能接近甚至超过仅由基层制得的油管的力学性能，也就是说，该连续油管的屈服强度接近甚至超过仅由基层制成的油管的屈服强度，连续油管的抗拉强度接近甚至超过仅由基层制成的油管的抗拉强度，连续油管的伸长率接近甚至超过仅由基层制成的油管的伸长率；且该连续油管的疲劳寿命接近甚至超过仅由基层制成的油管的疲劳寿命。
[0068]
如图2至图4所示，本技术实施例还公开了一种连续油管，由上述任一实施例公开的制备方法制备而成，连续油管的氧腐蚀平均腐蚀速率为0.004～0.006mm/a。
[0069]
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
[0070]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：

1.一种连续油管的制备方法，其特征在于，包括：获取基层和复合层，所述基层为碳钢层，所述复合层为不锈钢层；将基层和复合层采用爆炸复合法复合为金属复合板坯，对所述金属复合板坯进行轧制，得到金属复合卷板；将所述金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接，得到连续油管，所述连续油管的所述基层位于所述复合层的外部；对所述连续油管的直焊缝进行正火热处理；对所述连续油管进行全管去应力热处理；对所述连续油管进行冷却。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对所述连续油管进行全管去应力热处理的步骤中，所述全管去应力热处理的温度为550～650℃，保温时间为6～10秒。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述连续油管进行冷却的步骤包括一次冷却步骤，其中，在所述一次冷却步骤中，冷却速度为130～150℃/s，所述连续油管被冷却至400℃以下。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述连续油管进行冷却的步骤还包括二次冷却步骤，所述二次冷却步骤位于所述一次冷却步骤之后，所述二次冷却步骤包括空冷步骤，其中，在所述空冷步骤中，所述连续油管被冷却至200℃以下。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述连续油管进行一次冷却步骤时，所采用的冷却液为水溶性冷却液，所述水溶性冷却液的浓度为8％～12％，温度为35～60℃。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对所述金属复合板坯进行轧制的步骤中，所述轧制为冷轧，在将所述金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接的步骤之前，还包括：对所述金属复合卷板进行退火处理。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧的轧制温度为500～550℃，在对所述金属复合卷板进行退火处理的步骤中，退火温度为500～600℃，保温时间为1.5～2小时。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将所述金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接的步骤之前，还包括：将至少两个所述金属复合卷板对焊相接；对所述金属复合卷板的对焊焊缝进行热处理；对所述金属复合卷板的对焊焊缝及热影响区进行空冷；其中，在对所述金属复合卷板的对焊焊缝进行热处理的步骤中，所述热处理的温度为650～750℃，保温时间为15～20秒。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对所述连续油管的直焊缝进行正火热处理的步骤中，所述正火热处理的温度为950～1050℃。10.一种连续油管，其特征在于，由权利要求1至9任一项所述的制备方法制备而成，所
述连续油管的氧腐蚀平均腐蚀速率为0.004～0.006mm/a。

技术总结

本申请属于连续油管加工制造技术领域，具体涉及一种连续油管及其制备方法。一种连续油管的制备方法，包括：获取基层和复合层，基层为碳钢层，复合层为不锈钢层；将基层和复合层采用爆炸复合法复合为金属复合板坯，对金属复合板坯进行轧制，得到金属复合卷板；将金属复合卷板卷曲成型后进行直焊缝焊接，得到连续油管，连续油管的基层位于复合层的外部；对连续油管的直焊缝进行正火热处理；对连续油管进行全管去应力热处理；对连续油管进行冷却。本申请能够解决普通连续油管耐氧腐蚀性差、且耐蚀合金连续油管造价昂贵的问题。合金连续油管造价昂贵的问题。合金连续油管造价昂贵的问题。