苏里格气田开发已进入中后期,出现大量低产
低效气井,井筒存在不同程度积液;速度管柱排水采
气工艺是保证此类气井正常生产的主要手段之
一[1]。目前,在用速度管柱主要是管径为31.8、38.1
mm 的国产CT70连续油管,现场应用效果良好,但
管材成本较高。为进一步提高苏里格气田排水采气
工艺经济性,研发了一种非API整体接头小直径油
管,降低了速度管柱成本。
综合考虑力学性能、排水采气最小携液流量要
求和速度管柱下入时机和工艺,选择规格为38
mm×4mm 的某牌号中碳无缝钢管作为基体管材,
设计无接箍整体连接型接头。接头加工工艺为管端
中频二次加热,二次镦锻外加厚成型[2]。为满足螺
纹加工需求和连接强度要求,设计将原管端壁厚4
mm 通过外加厚成型增至10mm,锻造比达2.5,大
于API5CT 中1.5~2.0的锻造比,给接头加工成
型时的质量控制增加了一定的难度[34],同时未见该
牌号中碳无缝钢管用作油气田井下管柱的先例。为
评价采用此结构设计和加工工艺的非API小直径
油管在苏里格气田进行排水采气工艺的可靠性和安
全性,本文对其油管本体及接头的常规理化性能、耐
腐蚀性能和实物管力学性能进行了评价和分析,并
对其后续加工工艺提出了建议。
1 试验材料与方法
1.1 常规理化性能检测
采用RB2002洛氏硬度计对管体与接头进行硬
度检测,分别从外径为38mm、壁厚为4mm 的管体
上和外径为50mm、壁厚为10mm 的接头加厚端上
截取环状试样进行测试;采用MEF4M 金相显微镜
对管体与接头进行金相分析,在管体与接头取样环
上截取金相试样。
采用GMT5105万能材料试验机对管体和接头
试样进行拉伸性能试验,依据GB/T228.1—2010
加工试样并完成试验。管体由于壁厚较薄,不易截
取棒状试样,采用管段试样,接头部分按照标准截取
8.9mm 棒状试样,各取3组试样。
采用PIT302D 冲击试验机对试样进行夏比冲
击试验(管体20 ℃、接头0 ℃);采用JSM6360LV
扫描电子显微镜对试样进行冲击断口观察。管体部
分壁厚较小,无法截取试样,选择规格为50 mm×
10mm 的某牌号无缝钢管截取;接头部分试样则从
接头加厚端截取。在同根管子上各取3 组平行试
样,并按照GB/T229!2007 标准要求加工成7.5
mm×10mm ×55mm 夏比V 型缺口试样。
1.2 实物管力学性能评价
采用SHT4106 万能材料试验机、水压爆破试
验系统、MTS810材料试验机对实物管分别进行拉
伸至失效、静水压及内压至失效、内压条件下拉伸至
失效试验(加载内压30MPa),试验管样规格分别为
3.4、12、2m(管样长度均为接头螺纹连接后长度),
每个试验取平行管样2 根。3 项试验均依据SY/T
6128—1995在室温下进行,加压介质为水。
1.3 腐蚀性能评价
采用Cortest高温高压腐蚀测试系统对管体、
接头与N80管材试样进行腐蚀失重对比评价。试
样规格为30mm×15mm×3mm,每个试验对象取
3个平行试样。试验条件为:总压25 MPa,温度80
℃,CO2 含量1%,试验周期168h,试验介质为模拟
苏里格气田地层采出液,水质组成如表1所示。
表1 试验介质水质组成mg/L
Na+ +K+ Ca2+ Mg2+ HCO-
3 SO2-
4 Cl- 矿化度pH
4140 7813 170 73 760 1978437000 7.0
试验结束后,试样经去离子水清洗、无水乙醇除
水、烘干和FR300MKⅡ 电子天平(精度1 mg)称
重,计算材料的平均腐蚀速率;用JSM6360LV 型扫
描电镜观察试样表面的腐蚀形貌,用能谱分析腐蚀
产物组成。
2 试验及分析
2.1 热镦锻对金属组织的影响
管体和接头的非金属夹杂物的类型和形态未发
生变