抗擠毀套管通徑工藝研究

尹錫泉，栗紅民，高瑞全，姚 勇

（天津鋼管集團(tuán)有限公司，天津300301）

抗擠毀套管通徑工藝研究

尹錫泉，栗紅民，高瑞全，姚 勇

（天津鋼管集團(tuán)有限公司，天津300301）

研究了抗擠毀特殊通徑套管的特性，論述了管坯加熱、工藝參數(shù)調(diào)整和生產(chǎn)過程控制對(duì)套管性能的影響。分析了抗擠毀特殊通徑要求的套管的生產(chǎn)情況，并對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：采用大外徑和提高壁厚精度的方法，結(jié)合生產(chǎn)過程控制，套管的性能完全達(dá)到了客戶要求。

管坯；加熱；工藝；控制；特殊通徑

1 引言

隨著石油開采力度的不斷加大，其開采難度也不斷增加，比如深井開采、硫化氫腐蝕環(huán)境開采等，這就要求套管在特殊地質(zhì)環(huán)境條件下，必須具備相應(yīng)的特殊使用性能。經(jīng)過多年的努力，我公司在高強(qiáng)度抗硫化氫腐蝕套管方面已經(jīng)形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列產(chǎn)品，如TP100TS/TSS、TP110TS/ TSS等，以其優(yōu)良的抗腐蝕和抗擠毀性能等深受用戶歡迎。

如供中石化西南的 ?193．68 mm×12．7 mm TP110TSS套管一直以來使用良好，深受用戶青睞。但是隨著油田開采條件的變化，客戶在原來基礎(chǔ)上提出了新的要求，不僅要求特殊通徑（通徑規(guī)尺寸由標(biāo)準(zhǔn)的165．0 mm改為166．0 mm，還要求超高抗擠毀值（抗擠毀值由12 151 psi大幅提高到13 086 psi以上，1 psi=6．895 kPa）。一般來講，為了保證通徑順利通過，管體壁厚應(yīng)該偏薄控制；而提高抗擠毀值就要壁厚偏厚控制。這兩個(gè)指標(biāo)相互制約，所以要保證這兩項(xiàng)都達(dá)到要求，既對(duì)鋼管的尺寸精度提出了更高的要求，并且要求生產(chǎn)工藝參數(shù)控制、過程控制更要精益求精，只有這樣才能保證生產(chǎn)出來的鋼管滿足客戶要求。

2 產(chǎn)品規(guī)格

2．1 管坯規(guī)格

?270 mm×3 140 mm;?270 mm×3 170 mm。

2．2 鋼種及產(chǎn)品規(guī)格

鋼種：27CrMo27s；產(chǎn)品規(guī)格：?193．68 mm×12．7 mm；

交貨長(zhǎng)度：10 500～11 300 mm。

3 主要技術(shù)指標(biāo)

3．1 化學(xué)成分（見表1）

3．2 性能指標(biāo)（見表2）

3．3 尺寸要求（見表3）

4 生產(chǎn)工藝控制

4．1 環(huán)形爐加熱

采用的鋼種為27CrMo27s，由于此類鋼種Cr、Mo含量較高，其熱加工性能比普通鋼種相比差的多，為了給連軋工序創(chuàng)造好的軋制條件，減少鋼管內(nèi)壁拉凹缺陷，避免鋼管壁厚不均導(dǎo)致性能降低，首先對(duì)環(huán)形爐加熱制度進(jìn)行了調(diào)整。為了保證坯料加熱溫度的均勻性，要求操作人員在升降溫時(shí)保持平穩(wěn)緩慢，最大升降溫幅度不超過20℃，加熱五區(qū)溫度控制在（1 280±10）℃；同時(shí)生產(chǎn)節(jié)奏保持穩(wěn)定，保證連續(xù)軋制。經(jīng)過幾次生產(chǎn)，最后確定的環(huán)形爐加熱溫度見表4。

表1 化學(xué)成分/%

表2 熱處理后機(jī)械性能

表3 尺寸公差

表4 環(huán)形爐加熱溫度/℃

4．2 穿孔區(qū)域調(diào)整

設(shè)備及工具方面：首先利用檢修時(shí)間對(duì)穿孔中心線進(jìn)行了測(cè)量，使軋制中心線和穿孔機(jī)中心線保持一致，使管坯在穿孔過程中保持受力均勻，減少毛管尺寸對(duì)壁厚影響。由于穿孔孔型由兩個(gè)軋輥、兩個(gè)導(dǎo)板和頂頭共同構(gòu)成，為了保證毛管壁厚的均勻性，相應(yīng)就要求軋制工具的精度，以穿孔小車的中心及穿孔前導(dǎo)嘴的中心為端點(diǎn)拉軋制線，采用內(nèi)卡，鋼板尺等測(cè)量工具對(duì)穿孔機(jī)的輥距、導(dǎo)距進(jìn)行測(cè)量控制，要求輥距控制在（236±1）mm，導(dǎo)距控制在（266±1）mm，最終毛管壁厚控制在24．0～26．0 mm，毛管外徑控制在306．0～308 mm。同時(shí)對(duì)頂頭使用也作出規(guī)定：使用229 mm頂頭，兩個(gè)頂頭筐都能使用的情況下，每軋制60支更換頂頭筐，對(duì)頂頭進(jìn)行離線檢查，發(fā)現(xiàn)出傷馬上剔除。頂桿直度和導(dǎo)套的上線檢驗(yàn)：對(duì)于頂桿前端件直度偏差超過0．5 mm/m的頂桿進(jìn)行下線矯直；對(duì)實(shí)際內(nèi)徑超出導(dǎo)套標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑4%的導(dǎo)套，及時(shí)進(jìn)行更換。

工藝方面：規(guī)范穿孔機(jī)參數(shù)調(diào)整，根據(jù)穿孔輥及穿孔導(dǎo)板磨損情況，制定穿孔主機(jī)調(diào)整參數(shù)規(guī)范。頂前壓下率控制在3%，根據(jù)穿孔輥的磨損程度，相應(yīng)的進(jìn)行孔型橢圓度（保證孔型橢圓度為1．13～1．17）及頂前壓下率的調(diào)整。降低穿孔咬入速度，利用穿孔主電機(jī)的升速比設(shè)置，解決咬鋼與軋制過程中速度變化的矛盾。既可以滿足低速咬鋼，也可以滿足高速軋制，保證了咬鋼的穩(wěn)定性。

4．3 連軋區(qū)域控制

PQF機(jī)組三輥孔型設(shè)計(jì)以及配套的HCCS(液壓壓下控制系統(tǒng))等系統(tǒng)為軋制高端產(chǎn)品，保證鋼管均勻變形提供了可能。為了能發(fā)揮出機(jī)組優(yōu)勢(shì)，扎實(shí)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。首先是利用檢修時(shí)間，對(duì)每個(gè)機(jī)架的液壓壓下裝置進(jìn)行了重新測(cè)量，對(duì)照實(shí)際測(cè)量結(jié)果和儀器顯示的數(shù)值進(jìn)行修改，按軋制表要求重新標(biāo)定，避免設(shè)備誤差造成的鋼管壁厚波動(dòng)。其次工具作業(yè)區(qū)對(duì)連軋機(jī)架的加工裝配標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)要求，保證單輥上線CHOCK值偏差：1～4架偏差值控制在±0．3 mm，5、6架偏差值控制在±0．2 mm；單輥上線輥縫偏差1～4架控制在±0．3 mm，5、6架偏差值控制在±0．2 mm，三輥輥縫偏差1～4架控制在≤0．4 mm，5、6架控制在≤0．2 mm。再次由于芯棒參與軋制變形，所以對(duì)芯棒的要求更為嚴(yán)格：使用軋制支數(shù)較少的、表面沒有傷的芯棒，另外芯棒的石墨潤(rùn)滑有專人盯，避免芯棒原因造成鋼管內(nèi)表面?zhèn)Ｗ詈笥捎诖祟愪摲N在生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)拉凹缺陷，影響鋼管壁厚，特意對(duì)芯棒和毛管的間隙做了調(diào)整，控制在≥12 mm。

4．4 定徑區(qū)域

穿孔、連軋機(jī)組在控制好壁厚的同時(shí)，定徑機(jī)組必須控制好鋼管外徑。由于鋼管要求特殊通徑(通徑規(guī)尺寸由標(biāo)準(zhǔn)的165．0 mm改為166．0 mm)，比標(biāo)準(zhǔn)尺寸增加了1 mm。為了保證通徑規(guī)順利通過，至少要做到兩方面：一是外徑尺寸必須偏大控制；二是橢圓度要好，外徑上下限偏差必須控制在1 mm以內(nèi)。為此，在總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)定徑的精軋機(jī)架重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)和加工，主要是修改了定徑精軋機(jī)架，在保證外徑尺寸符合要求的基礎(chǔ)上，著重提高外徑橢圓度。

5 實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)該合同分別進(jìn)行了3次試制，測(cè)量的實(shí)際結(jié)果如下：

第一次試制的兩爐分別采用不同的工藝標(biāo)準(zhǔn)，其中015728爐采用名義壁厚控制，外徑中值控制；015729爐采用大外徑軋制，目標(biāo)壁厚 1．02 t，015728爐壓潰值：12 028 psi（1 psi=6．895 kPa）；015729爐壓潰值：11 952 psi；測(cè)量的結(jié)果見表5、表6。

表5 鋼管尺寸測(cè)量值

表6 鋼管尺寸測(cè)量值

第二次試制壁厚按1．03 t控制，214027爐壓潰值：13 860 psi結(jié)果見表7。

第三次試制壁厚按1．02 t控制，016394爐壓潰值：13 392 psi，結(jié)果見表8。

6 結(jié)論

（1）第一次生產(chǎn)的015728爐壁厚最薄點(diǎn)11．86 mm，平均壁厚12．4 mm，壁厚不均度8．45%，影響了鋼管的壓潰性能。

（2）015729爐平均壁厚提高到了12．8 mm，但是壁厚不均度10．7%，影響了鋼管的壓潰性能。

（3）在第2次和第三次生產(chǎn)的時(shí)候著力提高了鋼管壁厚精度，外徑橢圓度也有了明顯提高，壓潰值達(dá)到客戶要求。

（4）可以看出，通過3次試制，采用大外徑和提高壁厚精度的方法，結(jié)合生產(chǎn)過程控制，壓潰值完全達(dá)到了客戶要求，214027爐壓潰值達(dá)到13 860 psi。

表7 鋼管尺寸測(cè)量值

表8 鋼管尺寸測(cè)量值

[1]翁宇慶．軋鋼新技術(shù)3000問管材分冊(cè)[M]．北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2005．

[2]李長(zhǎng)穆．現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1984．

Study on Drift Process of Anti-collapse Oil Casing

YIN Xi-quan,LI Hong-min,GAO Rui-quan and Yao Yong
(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

The authors study the characteristics of anti-collapse oil casing with special drift diameter, describe the influence of billet heating,process parameter adjustment and process control on the properties of oil casing,analyze the production of oil casing with anti-collapse and special drift diameter requirements and tackle with major and difficult problems in production．Test data showed the properties of the above oil casing met the requirement by the customer when the method of big outer diameter and improved wall thickness was adopted in combination with production process control．

billet;heating;process;control;special drift diameter

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．007

2013-09-15

2013-10-12

尹錫泉（1969—），男，本科，生產(chǎn)廠長(zhǎng)，主要從事鋼管生產(chǎn)及相關(guān)工藝的研究工作。