1、我国连续管研制生产与推广 张晓峰 薛其伟 张鹏 郜飞 国家石油天然气管材工程技术研究中心 宝鸡石油钢管有限责任公司 摘 要： 2009 年, 宝鸡石油钢管公司成功下线国内第一盘 CT80 钢级连续管产品。公司作为国内唯一生产制造连续管企业, 坚持以质量为根基, 建立完善的质量控制体系, 并从用户角度思考问题, 不断丰富连续管产品种类、完善连续管维护保养规范、主动提升技术服务水平。在集团公司推广专项带动下, 联合技术研究单位、生产制造单位、工程技术服务企业和相关油气田进行了现场示范推广应用。连续管销量逐年递增, 20112014 年销量从 300t/a 提升到 4000t/a, 有力保障了国内连
2、续管作业技术的进步与需求。关键词： 连续管; 作业技术推广; 油气开发; 自主创新; 质量控制; 作者简介：张晓峰, 1982 年生, 2004 年毕业于西安理工大学材料科学与工程专业, 工程师, 从事连续管产品研发工作。E-mail:收稿日期：2017-09-12基金：中国石油天然气集团公司重大推广专项“连续管作业技术推广专项” (编号:2011B-1711) Chinas Research and Production of Coiled TubingZhang Xiaofeng Xue Qiwei Zhang Peng Gao Fei Chinese National Engineeri
3、ng Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods; Baoji Petroleum Steel Pipe Co., Ltd.; Abstract： In 2009, the first domestic coiled tubing product of CT80 Grade was successfully turned out in Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd. As the sole manufacturer in China, a perfect quality contr
4、ol system was established on the basis of high quality policy. The company has continued to center on the research and development of new CT products, perfect the specifications for care and maintenance of coiled tubing and actively improve the standard of technological service. Driven by CNPCs Prom
5、otion program, the company demonstrated and promoted popularization and application of the coiled tubing banded with research institute, equipment manufacturing industry, engineering service company and the related oil and gas fields. The sales volume increase progressively year after year, climbing
6、 to 4000 tons per year in 2014 from 300 tons per year in 2011, which has fully guaranteed the domestic demand for the of coil tubing service.Keyword： coiled tubing; promotion of service technology; oil and gas development; independent innovation; quality control; Received： 2017-09-12连续管 (coiled tubi
7、ng, 简称 CT) 是一种具有高强度、高塑性和一定抗腐蚀性能的单根长度达数千米的无螺纹接头的新型油气管材, 可缠绕在滚筒上用于油田现场作业。由于连续管作业具有作业效率高、地层伤害少、占地面积小、可重复利用等独特优势, 在世界范围内得到广泛应用。连续管作业基本涵盖了油气田修井、测井、钻井、侧钻井、完井、油气输送等作业领域, 成为当今石油天然气行业较为前沿的高端技术之一1。20 世纪 70 年代, 中国石油四川石油管理局从美国波恩公司引进了第一套连续管作业机, 但当时受限于连续管材料技术, 连续管性能不够理想, 加上连续管作业车投资大、进口连续管价格高、采购周期长等原因, 导致我国连续管的应用一
8、度迟滞不前, 只进行了气举排液、冲砂洗井等简单作业。2006 年, 国家科技部将“连续管技术与装备”列入国家 863 计划, 由中国石油天然气集团公司 (简称集团公司) 组织开展研发工作。宝鸡石油钢管有限责任公司 (简称宝鸡钢管公司) 承担了连续管制造技术开发任务。2009 年, 宝鸡钢管公司研发出国内首盘 CT80 级、f31.8mm3.18mm 规格、7600m 连续管, 使我国成为世界上第二个能够生产连续管的国家, 彻底打破了国外垄断与封锁, 结束了我国连续管技术发展受制于人的局面。同时, 连续管作业机、井下作业工具也逐步实现国产化, 从而使我国推广连续管作业技术的条件日趋成熟。2011
9、 年, 为提高连续管作业技术水平, 满足国内油气田开发的需要, 集团公司正式实施“连续管作业技术推广专项”, 按照进一步配套完善、专业化服务、规模化应用的原则, 采用科研生产大联合的办法, 组织技术研究单位、生产制造单位、工程技术服务企业和相关油气田进行现场示范推广应用。1 我国连续管研制生产与销售情况2007 年 12 月 25 日, 宝鸡钢管公司连续管生产线开工建设, 2009 年 6 月, 具有国际先进水平的连续管生产线正式建成。2009 年 6 月 24 日, 宝鸡钢管公司连续管生产线连续开车 8h, 成功生产出第一盘连续管, 实现了国内连续管产品零的突破, 我国连续管制造及作业技术进
10、入了快速发展的关键时期。经过数年持续不断的科研攻关, 宝鸡钢管公司形成了品种多样、规格齐全、钢级系列化的连续管产品体系。外径为 25.488.9mm, 壁厚为 1.916.35mm, 钢级从 CT55CT110 全覆盖, 可以满足连续管大多数的作业需求。宝鸡钢管公司在连续管产品推广应用过程中, 坚持从用户角度思考问题, 不断丰富连续管产品种类、完善连续管维护保养规范、主动提升技术服务水平, 连续管销售量逐年递增。到 2014 年推广专项结束时, 宝鸡钢管公司已将连续管销量从 300t/a 提升到了 4000t/a, 基本达到每年翻一番的提升速度, 有力保障了国内连续管作业技术的进步 (图 1)
11、 。2009 年 11 月, 中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司采用国产CT80 钢级、f38.1mm3.18mm 规格连续管在西南油气田龙岗 20 井进行了作业, 拉开了国产连续管油田现场应用的序幕。8 年来, 宝鸡钢管公司已为西南油气田、辽河油田、长庆油田、青海油田2、塔里木油田、胜利油田、吉林油田等国内各大油田提供了近 210t 连续管, 全面替代进口连续管产品, 并远销到中东和俄罗斯。图 1 近年连续管销量示意图 下载原图2 国产连续管生产与推广体会2.1 坚持以质量为根基, 建立完善的质量控制体系宝鸡钢管公司连续管生产线是亚洲第一条连续管生产线, 从建线初始, 便以打造世界
12、上生产工艺、技术装备最先进的连续管生产线为目标, 采用科学合理的工艺布局, 实现焊接、热处理及无损检测等生产工艺的完美结合, 从设备、人员、工艺等各方面都力求达到完美。设备方面, 生产线的主要设备由美国、日本及德国等专业公司制造提供, 其中, 钢带焊接设备、成型及定径设备、高频焊机、热处理设备均为美国知名厂家引进设备。生产线采用了涡流、漏磁、超声波和计算机数字成像等先进检测工艺技术, 并配备行业一流公司的检测仪器, 为连续管产品的生产提供了有力的保障。人员方面, 宝鸡钢管公司连续管工厂拥有一支高学历、高素质的员工队伍, 其中大专及本科以上学历员工占总人数的 83%, 岗位所有人员均通过岗位培训
13、, 并取得上岗操作证, 特种作业和无损检测人员持证上岗率 100%。高素质的人员队伍, 对于严格执行工艺纪律、确保产品质量具有重要的保障作用。工艺方面, 宝鸡钢管公司自主研发, 成功攻克了连续管制造核心技术, 形成了高强度高塑性连续管原料、钢带对接技术、热处理技术等一整套连续管制造工艺技术, 并将涡流、漏磁、超声波和计算机数字成像等先进检测工艺技术贯穿到从原料入厂到产品发运前的全部工艺流程中。采用该工艺技术生产的连续管产品经国家管材质量监督检验中心权威检测, 性能完全满足 API 标准要求, 产品经集团公司组织的专家组鉴定, 达到国际先进水平。理念方面, 始终秉承“诚信管天下”的核心理念, 严
14、把产品质量关, 建立了完善的连续管质量检测及控制体系, 从原料入厂到产品出厂每个环节都进行严格的检测控制, 确保产品质量让客户 100%满意。其连续管产品先后通过了挪威船级社 (DNV) ISO9001 质量体系认证和美国石油协会 API spec 5ST、API spec 5LCP 产品认证, 标志着宝鸡钢管公司成为全球第二家取得连续管产品 API 认证的企业。2.2 坚持以自主创新为动力, 丰富产品种类从第一盘国产 CT80 钢级连续管诞生开始, 连续管研发人员就始终在思考一个问题:国外连续管制造技术已经发展了 50 余年, 种类齐全, 钢级、规格形成了系列化, 如何在最短的时间内拉近和国
15、外连续管制造技术的差距?唯有自主创新一条路。宝鸡钢管公司在 CT80 钢级连续管的基础上, 根据不同用途, 创新优化连续管性能, 陆续开发出不同种类的连续管产品:针对低压低渗透油田排水采气需要, 开发了连续速度管柱产品, 通过添加耐蚀合金元素, 改进热处理工艺, 增强了产品在井下长期服役时的耐蚀性;针对油气集输管线焊口多、焊接劳动强度高、施工效率低的问题, 开发了连续管线管, 焊接接头数量减少 92%, 所需工时减少96.25%3;针对深井、超深井中的作业需求, 发明了变壁厚连续管卷板, 攻克了壁厚变化条件下的稳定焊接技术, 开发出了外径不变、壁厚随管柱长度变化的变壁厚连续管, 减轻了管柱重量
16、的同时极大增加了作业深度。最终, 根据用途不同, 形成了连续速度管柱、连续管线管、工作管柱三大类产品;根据结构差异, 形成了等壁厚连续管和变壁厚连续管两大类产品。最高钢级可达 758MPa (110ksi) 级别。连续管系列化基本实现, 可以满足绝大多数油田的作业需求。2.3 坚持以用户为导向, 努力实现互利共赢用户是产品的使用者, 产品技术再先进, 如果不能给用户带来效益, 没有用户需求, 都只是镜中花、水中月。坚持以用户为导向, 互利共赢, 在国产连续管推广中起到了至关重要的作用。长庆油田是典型的低压低渗透油田, 随着气藏不断开发, 井底易形成积液, 井口压力降低, 导致产量下降, 甚至停
17、产。新井一般不到两年就会因井底积液而大幅减产或停产。为此, 宝鸡钢管公司与长庆油田密切沟通, 经多次技术交流后, 确定开发连续速度管柱产品。将该产品下入油管内由专用悬挂器悬挂于井口作为生产管柱, 通过封闭环空或管柱端部, 让气体仅从速度管柱内部或者环空通过, 可以达到节流增速、提高气井排液能力的效果。采用连续速度管柱进行排水采气作业后, 气井携液能力较应用前提高了 75%。该技术采用不压井作业, 对地层伤害小, 有利于气井的产能发挥, 有效提高了气井的开井时率和采收率, 已成为积液气井排水采气的主体技术之一4。2014年, 通过对长庆油田应用的 141 口气井进行统计, 平均单井日增产气量 5
18、700m, 累计增产 3.0410m, 新增产值近 3.41 亿元, 给油田用户带来了良好的经济效益。经过长庆油田的示范性应用, 连续速度管柱在全国各大油田得到广泛应用, 已成为宝鸡钢管公司连续管产品的主力军, 销量占连续管总销量的 40%以上。2.4 坚持以服务为支撑, 协助用户解决应用问题围绕连续管做服务, 指导用户科学使用, 是提高用户使用连续管积极性的重要措施。连续管是一种特殊管材, 应用领域广泛, 如果在应用过程中总是出现问题, 会极大挫伤用户使用的积极性。斯伦贝谢公司对 19972007 年间 (11 年) 采用 138 台作业车、用 2200 盘连续管开展的 60000 次作业中
19、产生的 250 起失效案例进行统计。分析认为有 5 个主要原因, 分别是腐蚀、机械损伤、制造缺陷、操作失误、硫化氢开裂, 这些原因导致的失效占总失效数的 94%左右。由于制造缺陷造成的连续管失效仅占全部失效案例的 15%, 绝大多数的失效是由于使用维护方面原因造成的 (图 2) 。为了推动国产连续管的应用, 宝鸡钢管公司在技术服务方面开展了很多工作。 (1) 组织编制了连续管维护保养手册, 为用户维护保养提供参考; (2) 在连续管作业一定次数后, 对连续管进行性能检测, 实时掌握管柱性能; (3) 加强和油田用户, 尤其是连续管作业方的技术交流与沟通, 使用户充分掌握连续管使用时的注意事项;
20、 (4) 对失效的连续管进行检测分析, 并就失效原因和用户及时交流, 不断吸取经验教训。图 2 斯伦贝谢 19972007 年连续管失效统计 下载原图3 结束语在集团公司的大力推动下, 从 2011 年项目正式实施到 2014 年推广专项结束, 宝鸡钢管公司已将连续管年销量从项目实施前的 300t/a 年提升到了 4000t/a, 目前基本稳定在 4000t/a 以上, 国产连续管的推广应用效果显著。但是, 连续管的推广应用还有很大潜力。首先, 我国连续管作业机单台作业次数低, 国外一般可达 120 次以上, 我国只有数十次。其次, 连续管作业量占集团公司年修井作业总量不到 1%, 还有上升空
21、间。从产能上看, 刚研发国产连续管时, 国外只有 2 条生产线, 到现在国外已经建成了 11 条连续管生产线, 其中, QT 有 5条、Tenaris 有 4 条、Global 有 2 条。从产能增长看出, 国外连续管市场也在蓬勃发展。这些都说明连续管推广应用方面仍有很大提升空间。今后应继续采用有效措施, 加强连续管的推广应用, 促进连续管应用技术的发展, 为保障我国石油天然气的安全做出更大贡献。一要针对用户特殊需求, 开展定制化产品研发, 并推广应用。如内置电缆连续管、同心连续管、集束管、耐蚀合金连续管等。二要着力“制造+服务”。提高自动焊管管对接、焊缝检测、管体损伤检测等技术服务能力, 并
22、完善连续管维护保养方法。三要开展连续管应用技术研究, 为用户安全作业提供可靠依据。如连续管疲劳寿命研究, 不同壁厚、椭圆度、表面损伤对于管柱力学性能影响规律研究等。四要建立废旧连续管回收再利用机制, 解决现场废旧管堆积带来的安全、环保问题, 同时降低用户使用连续管的综合成本。参考文献1鲁明春, 路彦森, 鲁江, 等.新型国产连续管持续研发应用探讨J.焊管, 2017, 40 (3) :28-31.Lu Mingchun, Lu Yansen, Lu Jiang, et al.Discussion on new type domestic coiled tubing continuous res
23、earch and developmentJ.Welded Pipe and Tube, 2017, 40 (3) :28-31. 2赵明, 石林, 谭多鸿, 等.青海油田连续管作业技术推广应用的启示J.石油科技论坛, 2014, 33 (2) :18-22.Zhao Ming, Shi Lin, Tan Duohong, et al.Promote application of coiled tubing unit technology in Qinghai oilfieldJ.Oil Forum, 2014, 33 (2) :18-22. 3魏强, 王琪, 秦跃平, 等.连续管线管在青海油
24、田地面集输管线的应用J.焊管, 2013, 36 (4) :27-29.Wei Qiang, Wang Qi, Qin Yueping, et al.Coiled tubing application in Qinghai oil field ground gathering pipelineJ.Welded Pipe and Tube, 2013, 36 (4) :27-29. 4白晓弘, 赵彬彬, 杨亚聪, 等.连续油管速度管柱带压起管及管材重复利用J.石油钻采工艺, 2015, 37 (3) :122-124.Bai Xiaohong, Zhao Binbin, Yang Yacong, et al.Tripping under pressure for coiled tubing velocity string and reuseJ.Oil Drilling&Production Technology, 2015, 37 (3) :122-124.
