連續管技術研究現狀與發展趨勢*

畢宗岳，余 晗，鮮林云，王維東，趙 博

（1.中油國家石油天然氣管材工程技術研究中心有限公司，西安 710018；2.中國石油寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008）

1 概 述

隨著世界油氣工業技術的不斷發展，連續管及其作業裝備已成為油氣開發降本增效的技術利器。與傳統作業相比，連續管技術具有作業效率高、安全性好、成本低、占地小等諸多優點，特別是在水平井帶壓作業方面，具有不可替代的優勢。目前，連續管及其作業裝備已廣泛應用于修井、測井、鉆井、完井、油氣集輸等領域，被稱作“萬能作業機”[1-3]。

2009年以前，連續管制造技術長期被國外壟斷，產品進口價格高、周期長，嚴重制約了我國連續管作業技術的發展。2007年，在國家“863計劃”項目和中石油重大科技專項的推動下，寶雞石油鋼管有限責任公司聯合國內科研院所、鋼廠等單位，開發出了國產連續管原料，同時攻克了連續管制造過程中焊接、成型、熱處理、板材對接、性能評價等五大核心技術，2009年生產出我國首盤CT80鋼級連續管產品，并在西南油氣田成功應用，如圖1所示。近年來，我國連續管制造技術得到快速發展，年產量由2009年的不足200 t發展到目前超過20 000 t，價格較國外進口降低了60%，供貨周期縮短到3個月，有效推動了我國連續管作業技術的跨越式發展[4-5]。2017年，由寶雞石油鋼管有限責任公司制定的連續管國家標準GB/T 34204—2017也正式發布[6]。

圖1 我國首盤CT80連續管及井下應用

近年來，國外連續管制造技術也得到了快速發展。連續管制造企業由2 個增加到3 個，產能由2007 年的40 000 t 增加到目前的100 000 t 以上。2021年，全球連續管市場規模為34億美元，未來幾年將進一步擴大，預計到2027 年，連續管市場規模將達到60 億美元，年復合增長率將達到9.76%。同時，連續管作業裝置也得到快速發展，圖2 為ICOTA 統計的1999 年—2020 年全球連續管作業車變化趨勢。隨著油氣資源勘探開發和增儲上產力度的不斷加大，以及連續管作業技術和裝備的快速發展，連續管的市場需求將不斷增長，本研究總結了連續管制造技術的研究現狀，并提出了下一步發展方向，為推動我國連續管技術發展提供參考。

圖2 1999年—2020年全球連續管作業車變化趨勢（來自ICOTA）

2 低碳微合金連續管

1962年，美國加里福尼亞石油公司和波溫石油工具公司聯合研制了世界第一臺連續管修井機，所用連續管材料為低碳鋼，管材外徑為33.4 mm。由于材料及連續管制造技術存在問題，在應用過程中連續管經常出現斷裂掉井事故，制約了連續管及作業技術的發展。1977 年，四川油田從美國波溫石油工具公司引進了我國第一臺連續管作業車及連續管產品，截至2008 年，我國累計引進了29 套連續管作業設備，由于當時連續管全部依賴進口、價格高，訂貨周期一般在18 個月以上，不能滿足我國連續管作業需求，導致引進的作業裝備基本處于閑置狀態，未能發揮連續管作業技術應有的作用[7]。

從2007年開始，國內在連續管材料成分體系、組織結構、焊接、成型、熱處理等關鍵制造工藝方面開始進行全面研究，2009 年實現突破，經過10多年的持續創新，形成了以低碳微合金鋼為主要材料的連續管系列化產品。管材強度等級從CT55（最小屈服強度379 MPa）到CT150（最小屈服強度1 034 MPa）、外徑范圍25.4～88.9 mm、壁厚范圍2.77～6.4 mm。同時研制出了變壁厚連續管、CT80S抗硫連續管、X52C連續管線管等產品，涵蓋了API SPEC 5ST標準規定的所有鋼級和規格[8-9]，建立了較為完備的國產連續管產品體系和檢測評價體系。連續管產品在滿足國內需求的同時，還出口到俄羅斯、中東、南美等幾十個國家和地區。

2.1 高強度連續管

CT80～CT110高強度連續管是目前連續管作業中用量最大的產品，占市場需求量的80%左右。根據連續管服役環境和作業要求，為了提高連續管強塑性和耐蝕性，采用低碳微合金成分設計，在C-Si-Mn的基礎上，添加Cr、Ni、Mo等合金元素和Nb、V、Ti等微合金元素，采用全流程潔凈化冶煉技術和控軋控冷技術，充分降低S、P含量以及夾雜物的尺寸和含量，加大精軋壓下量，進一步細化晶粒，形成了以鐵素體+貝氏體為主的組織（見圖3（a））。通過管材熱處理工藝，最終形成以M/A、球化珠光體為主的硬相組織，以及針狀鐵素體+多邊形鐵素體為主的軟相組織（見圖3（b）），在提高管材強度的同時確保良好的塑性和韌性。

圖3 連續管鋼帶和管體母材的顯微組織形貌

2016 年，對連續管材料進一步優化，通過控制C、Mn 含量，添加Nb、V 等微合金元素，添加Cr、Ni、Mo、Cu 等合金元素，開發出CT110超高強度連續管，該管材組織以針狀鐵素體+粒狀貝氏體為主，平均晶粒尺寸為5 μm，組織分布均勻，鐵素體含量50%左右，軟相與硬相匹配合理。CT110 連續管屈服強度大于758 MPa，延伸率在21% 以上，強塑積達到180GPa%，強度和塑性匹配優異[10]。CT110 連續管具有爆破壓力和擠潰壓力高、抗扭能力強、疲勞壽命高等優點，可有效提高連續管作業載荷，主要用于超深井、大位移水平井、超高壓井中開展鉆磨橋塞、多段壓裂、射孔、酸化、沖洗砂堵等作業。特別是用于鉆磨橋塞時，比CT80 連續管壽命提高30%以上，鉆塞數量大幅提高。CT110 連續管是目前用量最大的高強度連續管產品。CT80～CT110 連續管的化學成分見表1，力學性能見表2。

表1 不同鋼級低碳微合金連續管的化學成分

表2 不同鋼級低碳微合金連續管的力學性能

2.2 變壁厚連續管

變壁厚連續管是一種外徑不變、壁厚沿長度方向變化的連續管。相對于同規格等壁厚連續管，變壁厚連續管可降低管柱自重，有效載荷增加1 倍以上，下入深度最大提高80%。同時，變壁厚連續管可有效解決高鋼級連續管在酸性環境中的抗應力腐蝕性能差、作業風險高的問題。

變壁厚連續管分為直接變壁厚連續管和漸變壁厚連續管。直接變壁厚連續管是由不同壁厚鋼帶采用斜焊縫對接制成，但壁厚突變易造成應力集中，疲勞壽命較低，如圖4（a）所示；漸變壁厚連續管是不同壁厚間連續平滑過渡，全管柱等壁厚鋼帶對接，優化了對接接頭的應力分布，疲勞壽命高，減重效果更明顯，如圖4（b）所示。CT90～CT130 連續管通過變壁厚結構設計，壁厚可在2.77～5.7 mm 范圍內漸變，管柱下井深度可達到8 000 m 以上。目前，國內應用的變壁厚連續管主要以漸變壁厚為主[11-13]。

2.3 超高強度連續管

隨著深層油氣勘探力度不斷加大，超深井、超長水平井、超高壓作業對連續管強度提出了更高要求。通過提高C、Mn含量，添加Nb、V、Ti等微量元素，細化晶粒，加入Si、Mo、V等元素提高管材的回火穩定性，有效防止熱處理后管材強度下降；同時進一步優化熱處理工藝，降低回火溫度，開發出了以細板條鐵素體+粒狀貝氏體為主要組織的CT130超高強度連續管。CT130連續管屈服強度達928 MPa，晶粒度12級，帶狀組織1.0級，組織結構如圖5 所示。經測試，CT130 鋼級Φ50.8 mm×4.44 mm連續管爆破壓力達200.2 MPa，擠毀壓力172.2 MPa，疲勞壽命較CT110連續管提高38%[14]。

圖5 CT130連續管微觀組織及能譜分析結果

2022 年以來，隨著國內萬米深井勘探開發工作的陸續開展，連續管的強塑性還需要進一步提高。在前期研究的基礎上，寶雞石油鋼管有限責任公司開發了以“鐵素體+馬氏體”為主要組織的世界最高強度的CT150 連續管。該材料組織均勻、細小，晶粒度小于14級，鐵素體比例62.7%～67.6%，馬氏體比例32.4%～37.3%，如圖6 所示。CT150 連續管通過形變強化和回火熱處理，實現了較好的強塑性匹配。

圖6 CT150連續管顯微組織形貌

對CT150 連續管進行EBSD 分析，如圖7 所示，可以看出組織由若干大角度晶界組成，而大角度晶界內以小角度晶界為鄰。大角度晶界所占比例為46.4%，平均有效晶粒尺寸為1.89 μm。

圖7 CT150連續管晶粒取向與晶界

2022 年，CT150 鋼級Φ50.8 mm×4.0 mm 連續管在新疆油田下井應用，實物檢測結果表明，CT150 連續管抗拉強度達到1 141 MPa，可承受的拉伸載荷達到60.8 t，下入深度可達萬米，管材內爆破壓力196.2 MPa，管材外擠毀壓力161.4 MPa，延伸率達到20%，疲勞壽命較CT110 連續管提高93.1%（彎曲半徑1 219 mm、內壓34.47 MPa），較CT130 連續管提升41%，疲勞壽命對比如圖8 所示。

圖8 不同鋼級連續管疲勞壽命對比

2.4 存在的問題及發展方向

2.4.1 超高強度管材的強塑性問題

隨著高壓井、超深井的不斷增加，超高強度連續管無疑是最佳選擇。但是，隨著強度的進一步提升，管材塑性和韌性的同步提升遇到了技術瓶頸。由于管材強度和塑性通常呈負相關性，強度越高，塑性和韌性會越低，這也是低碳微合金鋼目前存在的共性技術難題，會導致超高強度連續管易發生脆性斷裂。因此，一是需要進一步研究超高強度管柱應用過程中需要多大的塑性和韌性，怎樣的強塑性匹配才可以滿足作業的要求；二是研究材料的成分設計、組織調控技術，實現超高強度下的強塑性匹配；三是在制造工藝方面研究熱處理技術對管材強塑性的影響規律，如采用調質工藝可實現強塑性的提高和改善，這也是近年來的一大研究熱點。通過調質獲得均勻的回火索氏體組織，使管體強塑性同步提高的同時，焊縫、熱影響區及母材組織更趨于一致。目前，國外連續管生產廠家Tenaris、NOV、Global和國內的寶雞鋼管、杰森能源等已開展了連續管調質工藝研究，最高強度級別可達到140ksi。與常規軋制態連續管相比，調質連續管的疲勞性能得到顯著提高[15-16]。

2.4.2 鉆井用大直徑連續管開發

近年來，隨著國內各油田進入開發中后期，大量廢棄井出現，僅中石油礦權區內老舊井數量已經突破10 萬口，而且呈逐年增加的趨勢。國外應用表明，連續管鉆井技術已成為石油鉆井的主要技術之一，特別是在老井加深鉆、側鉆，以及小井眼鉆井等方面，可實現高效率、低成本、安全可靠作業，可通過連續管鉆井實現二次采油采氣。因此，亟需開發高強度、大扭矩、大直徑、厚壁鉆井用連續管，同步開展大直徑連續管對接技術以及連續管內置大尺寸動力電纜技術，以滿足連續管常規鉆井和電驅鉆井作業的需求。

2.4.3 連續管內表面減阻問題

低碳微合金鋼連續管的內表面較為粗糙（粗糙度20 μm左右），在深井、超深井、大位移水平井作業時，沿程壓耗較大，導致泵壓高、排量提高困難，使得井場能耗較大。目前，作業現場通常采用添加減阻劑的方式降低摩阻，單井作業每天消耗減阻劑約2萬元，增加了作業成本。為此，管材內表面減阻問題可通過材料表面技術來實現，如非金屬材料涂敷、金屬材料表面噴涂、化學沉積、物理濺射等，也可通過管-管復合技術來實現，這些都需要研究兩種材料的協同變形問題。

2.4.4 海洋流體輸送用連續管開發

連續管長度達數千米，中間無連接接頭，具有敷設快捷高效、服役安全性高的特點，是海洋領域流體輸送、信號和動力電纜安全敷設的有效手段。國外連續管在海洋領域的應用占到很大一部分，我國在此方面還未起步。隨著我國海洋強國戰略的逐步深化，海洋油氣田勘探開發、海水淡化、人工島礁建設等重大工程投資規模日益增大，需要開發大直徑、耐海水腐蝕、穿電纜的低碳微合金連續管。

2.4.5 低溫環境下的脆化問題

隨著油氣資源勘探開發、地質調查等向著極地、凍土、極寒等地區拓展，連續管面臨著低溫、超低溫的挑戰。低碳微合金鋼材料在超低溫下易出現脆化問題，如在北極寒冷氣候下連續管下井作業時，在地面井場就需要經過從卷筒到鵝頸、再到井筒這一過程中“彎—直—彎—直”3次塑性變形，管材脆化問題需要高度重視，特別是高強度和超高強度連續管。因此，需要從材料成分、組織性能等方面開展系統研究，開發具有優異低溫韌性的耐低溫連續管。

2.4.6 開展連續管選材研究

連續管作業環境復雜多變，不同區塊、不同井況下的作業壓力、腐蝕介質以及作業種類不同，對連續管壽命會產生極大的影響。開展選材研究，根據作業類型和工況，選擇性能不同的連續管產品。如酸化壓裂作業，宜選用耐酸性好的連續管；鉆磨橋塞作業，可選用強度較高、力學性能優異的連續管等。這些需要連續管制造企業深入研究連續管在不同環境下的性能及疲勞壽命，開發工程化預測軟件，提供選材指南或手冊，以滿足連續管全生命周期管理，為連續管作業設計和故障處理提供依據。

2.4.7 配套工具的開發

連續管及其作業裝備之所以被稱為“萬能作業機”，主要是千變萬化的作業工具。不同的作業工具可以實現不同的用途，如氣舉排液、鉆磨、水力切割、鉆井、測井等，這也是實現“連續管+”的有效途徑。因此，需要緊跟連續管作業現場，加大與作業公司的合作研發，為實現連續管的廣泛應用開發出配套的工裝和工具。

3 耐蝕合金連續管

近年來，隨著含有H2S、CO2、SRB等腐蝕介質的油氣井大量開發，普通碳鋼連續管在服役中因腐蝕而產生減薄、穿孔、斷裂等問題，給連續管作業帶來了嚴重的安全風險，也制約了連續管作業技術的發展。因此，需要研究開發耐蝕合金連續管。耐蝕合金連續管采用不銹鋼、鎳基合金、鈦及鈦合金等材料，具有較好的耐蝕性，主要用于含H2S、CO2等腐蝕介質的油氣資源開發、海洋油氣開發、CO2驅油、減氧空氣驅等領域[4]，可有效解決常規低碳微合金連續管易出現穿孔、脆裂、點蝕、均勻腐蝕等問題，在油氣開發領域具有廣闊的應用前景。

2000 年左右，美國QT 公司開展了耐蝕合金連續管的研究開發工作[17]，試制出了可用于濕CO2環境下的QT-16Cr80 耐蝕合金連續管產品。該管材組織為奧氏體不銹鋼，主要化學成分為：w（C）=0.02%、w（Mn）=8.5%、w（Cr）=16.0%、w（Ni）=2.5%、w（N）=0.17%，強度等級為CT80（最小屈服強度556 MPa）。模擬井下工況腐蝕試驗，在121 ℃、5%氯化鈉溶液、3.47 MPa CO2壓力下，試驗296 h，QT-16Cr80連續管的腐蝕速率為0.038 mm/a，優于13Cr 連續管（0.62 mm/a）。在內壓20.68 MPa、彎曲半徑1 828.8 mm條件下，對不同規格QT-16Cr80 與QT-900 連續管的疲勞性能進行了對比試驗，結果如圖9所示，可以看出，與低碳微合金連續管相比，耐蝕連續管具有優異的疲勞性能，這主要得益于奧氏體不銹鋼良好的塑性。

圖9 QT-16Cr80與QT-900連續管疲勞性能對比

與此同時，Tenaris 公司也開發出了2205雙相不銹鋼連續管HS-80CRA，其化學成分見表3，力學性能見表4。HS-80CRA 連續管腐蝕試驗結果表明，2205 雙相不銹鋼連續管具有出色的抗CO2和抗H2S 腐蝕能力，耐蝕性能優于16Cr 連續油管。因此，2205 雙相不銹鋼連續管可適用于絕大多數含有腐蝕介質的復雜井況。

表3 HS-80CRA連續管化學成分 %

表4 HS-80CRA連續管力學性能

在鈦合金連續管方面，20 世紀80 年代，國外已經將鈦合金用于一些高溫高壓、超高壓、高溫熱酸性油氣井的套管、油管及一些井下工具的制造。同時，采用TIG 鎢極電弧惰性氣體保護焊試制出了首批鈦合金連續管。鈦合金連續管成分主要有2種：Ti6Al4V（6%Al、4%V、90%Ti）和Ti3Al2.5V （3%Al、2.5%V、94.5%Ti），Ti3Al2.5V 是相對理想的高強度鈦合金連續管管材。目前，已有外徑12.7～76.2 mm、壁厚3 mm 及以下多種規格鈦合金連續管，主要用于特殊環境下的修井、出油管、控制管纜、速度管柱、油層連續套管以及水平鉆井等[18]。

國內耐蝕合金連續管研發和應用都比較晚，起步于2016 年，主要以2205 雙相不銹鋼和18Cr 奧氏體不銹鋼連續管為主，強度級別主要為80ksi，主要用途是速度管柱、CCUSEOR 中CO2注入管柱。近年來，國內鈦合金連續管也在研發之中。

3.1 2205雙相不銹鋼連續管

2205 雙相不銹鋼連續管組織為奧氏體+鐵素體雙相組織，如圖10 所示，奧氏體和鐵素體含量各占50%左右，化學成分見表5。為了實現2205 雙相不銹鋼穩定連續焊接，國內主要采用大功率激光焊接，需要研究焊接功率、離焦量、焊接速度等參數對激光焊縫性能的影響規律，形成最佳焊接工藝。王維東等[19]對2205 雙相不銹鋼激光焊接工藝進行了試驗研究，結果表明，隨著激光功率的增加，焊縫熔寬增大；隨著離焦量增大，焊縫熔寬先減小，后平緩增大；隨著焊接速度增大，焊縫熔寬快速減小，如圖11 所示。同時，為了使最終管材組織中奧氏體相和鐵素體相比例平衡，降低成型焊接應力，需要對管材進行固溶處理，處理前后焊縫組織如圖12 所示，可以看出，通過固溶處理，有效改善了焊縫組織結構。

表5 2205雙相不銹鋼連續管主要化學成分

圖10 2205雙相不銹鋼微觀組織

圖11 不同焊接參數對2205雙相不銹鋼焊縫熔寬的影響

圖12 固溶處理前后2205雙相不銹鋼連續管焊縫組織

寶雞鋼管公司研制的Φ32 mm×3 mm 規格2205 雙相不銹鋼連續管的力學性能見表6，焊縫中奧氏體與鐵素體比例為56∶44，焊縫組織如圖13 所示。

表6 寶雞鋼管公司2205雙相不銹鋼連續管力學性能

圖13 2205雙相不銹鋼連續管焊縫組織

在某油田井下開展了2205雙相不銹鋼連續管的腐蝕試驗，井下介質中CO2含量為2.282%，H2S含量為4 091.6 mg/m3，試驗結果如圖14所示。可以看出，連續管腐蝕速率只有0.004 2 mm/a，耐蝕性與同強度級別耐蝕碳鋼連續管相比提高了10倍以上；與BN4、S320433等奧氏體不銹鋼連續管相比，耐蝕性能提高了30%左右。疲勞性能試驗結果如圖15 所示，與同強度級別的CT80 連續管相比，疲勞壽命提高了30%。目前，2205雙相不銹鋼連續管以優異的耐蝕性能和抗疲勞性能，在吉林油田CCUS-EOR 的CO2注入、塔里木油田氣舉作業、長慶油田排水采氣中均取得了較好的效果。

圖14 不同材質連續管腐蝕性能對比

圖15 不同材質連續管疲勞性能對比

3.2 18Cr奧氏體不銹鋼連續管

2021 年，針對井下以CO2為主的腐蝕介質，國內開發了一種經濟型BSG-18Cr 連續管，該管材w（Cr）=18%、w（C）=0.03%，適當提高N、Mn、Cu 含量，并降低Ni 含量，通過N 實現材料強度的進一步提升，降低C以提高抗硫化物應力腐蝕能力。18Cr奧氏體不銹鋼連續管的組織形貌如圖16所示，力學性能見表7。可以看出，該管材以奧氏體組織為主，并含有極少量的鐵素體及化合物，強度等級在CT70～CT80 之間，同時表現出優異的塑性，斷后伸長率達到50%左右，與同鋼級的CT80 低碳微合金連續管相比，疲勞壽命高出2倍左右（見圖17）。

表7 18Cr連續管力學性能

圖16 18Cr連續管微觀組織形貌

圖17 18Cr連續管疲勞性能

在耐蝕性能方面，BSG-18Cr 連續管與國外QT-16Cr 和QT900 連 續 管 在121 ℃、CO2壓 力3.45 MPa、5%NaCl 溶液環境中進行了96 h 的模擬工況腐蝕試驗，結果如圖18所示。可以看出，國產BSG-18Cr 連續管腐蝕速率為0.042 mm/a，略優于國外QT-16Cr連續管。耐蝕性的提高主要是由于18Cr連續管材料中Cr、Cu含量的增加。

圖18 BSG-18Cr連續管與國外連續管耐蝕性能對比

18Cr奧氏體不銹鋼連續管可適應于CO2和少量其他腐蝕介質的油田工況，與2205雙相不銹鋼連續管相比，雖然耐蝕性有所降低，但具有明顯的經濟性，對國內大部分腐蝕工況不太嚴重的油田是一種較好的選擇。如在CCUS-EOR 用作CO2注入管柱，既能滿足工程需要，又可以大幅降低成本，目前已在100多口井作業應用。同時，18Cr奧氏體不銹鋼連續管也可用于含有CO2氣井的排水采氣管柱，以及井場地面有腐蝕介質的集輸管線，基本適用于所有含CO2的油田工況[20-21]。

3.3 下一步研發方向

3.3.1 開展管材制造工藝研究

由于材料中添加了大量的耐蝕合金，如Cr、Mo、Cu、Ni等，對耐蝕合金連續管的制造工藝提出了更高的要求，需要開展深入研究。一是要進一步細化焊接工藝，針對不同材料采用不同的焊接方法或工藝，如2205雙相不銹鋼、18Cr奧氏體不銹鋼等宜采用惰性氣體保護焊；低碳微合金抗硫連續管可采用HFW制造工藝。二是要研究熱處理工藝技術，由于耐蝕合金連續管長期在含有CO2、H2S等介質中服役，必須通過適當的熱處理盡可能消除或減少管材因成型、焊接等因素存在的殘余應力，通過熱處理進一步調控組織，保證管材中組織和性能的一致性。

3.3.2 開發不同耐蝕合金連續管產品

目前國內耐蝕合金連續管的種類相對單一，材料主要選用標準牌號不銹鋼或其他耐蝕合金鋼，產品不能完全解決油田面臨的腐蝕問題。在實際應用中，各油田、各區塊的腐蝕工況差異較大，有些是單一的H2S或CO2腐蝕，有些是H2S和CO2共存，有些含有較高的SRB，有些是高礦化度、高Cl-等，同時還有外部載荷的作用。另外，還需要根據井況的油氣產量，考慮管材的經濟性和作業成本。因此，需要根據油田服役工況，研究開發不同類型的耐蝕合金連續管產品。重點研究方向為：①開發系列化的高強度、低密度、輕量化的鈦合金連續管。鈦合金具有很好的抗海洋環境下的腐蝕性能，同時質量輕，適宜于海洋平臺吊裝，并滿足海洋油氣體積壓裂、側鉆井等作業需求；在超深井作業方面，可滿足深度 8 000 m以上的絕大部分高溫、高壓、高含CO2和H2S等腐蝕介質的井況[22]。②開發酸化作業用抗硫酸、鹽酸、草酸等腐蝕環境的連續管。③開發用于煤炭地下氣化、頁巖油原位加熱用耐高溫氧化和SRB腐蝕的連續管。目前，寶雞鋼管公司采用Cu合金化技術，開發出了抗SRB輸送管，此技術已經用于連續管開發，并試制出了相關產品。

3.3.3 開展耐蝕合金連續管選材研究

由于耐蝕合金連續管作業工藝和服役環境不同，選材有很大差異。一般情況下，耐蝕合金連續管強度相對低碳微合金連續管要低一些，但疲勞性能相對較好，因此在工藝設計中，要根據作業井深、壓力、載荷大小、溫度、流速、腐蝕介質等因素，開展實物腐蝕評價試驗，為耐蝕合金連續管的選材提供依據。

4 多通道連續管

多通道連續管是一種多層、多個通道的新型連續管，管柱內包含多個流體通道，也可包含電力、信息、加熱通道等。在結構上有多個單元，在功能上可提供多個獨立的通道，同時保留了作業快速、安全、高效等特點。多通道連續管可廣泛應用于分層注采、負壓沖砂、松軟地層鉆井、煤炭地下氣化、稠油加熱、頁巖油原位加熱轉化等，其設計性較強，常見的多通道連續管是采用“大管套小管”的結構[23-25]，如圖19所示。

圖19 多通道連續管

4.1 注測一體化多通道連續管

針對煤炭地下氣化特殊的作業工藝，寶雞鋼管公司開發了一種耐高溫、耐腐蝕、集兩種流體同步注入與溫度測量為一體的多通道連續管，如圖20 所示。該管材外管和內管均為2205 雙相不銹鋼，外管直徑73 mm，內管直徑25.4 mm，并在內管中內置熱電偶。應用時，外管與內管之間通入氧氣，內管注入點火劑，外管與套管環空注入水，熱電偶用于氣化腔溫度監測。

圖20 注測一體化多通道連續管

4.2 井下大功率電加熱管纜

井下大功率電加熱技術可解決傳統稠油熱采技術存在的污染大、熱能損耗高等問題，是實現中低熟度頁巖油原位轉化、煤炭地下干餾、富油煤等資源開發的關鍵技術[26]。加熱管纜是一種集成單根或多根電熱合金絲，以氧化鎂、云母粉等作為導熱材料和絕緣材料的特殊連續管纜，加熱功率可達2 000 W/m，全長加熱功率可達到400～800 kW。

4.3 下一步發展方向

多通道連續管的應用場景很多，但是制造工藝復雜，目前尚沒有高效、可靠的生產工藝。特別是管材熱處理、內置電纜等工藝實施難度較大，對生產效率和生產裝備提出了更高的要求，也是未來制造技術研究的重點。

井下大功率電加熱管纜在服役中需要長期承受井下高溫高壓環境下Cl-、H2S 等介質的腐蝕，對其可靠性有較高的要求，因此，需要開展潔凈度、粒度、密實度等對氧化鎂絕緣、導熱的影響研究，大尺寸管纜注入和協同變形研究，以及超長電加熱管纜及其異質材料焊接接頭在高溫環境下的高穩定性研究。針對常規油井結蠟、稠油加熱等應用領域，連續管與電纜結合，開發基于集膚效應或電阻加熱的管纜，也是連續管電加熱技術的一個重要發展方向。

5 非金屬復合連續管

5.1 非金屬復合連續管的材料和結構

非金屬復合連續管主要由熱塑性樹脂和增強材料復合而成，一般具有三層結構，即內襯層、增強層和外護套。內襯層能有效防止介質腐蝕并具有良好的密封性，一般采用高密度聚乙烯（HDPE）、尼龍（PA）、交聯聚乙烯（PEX）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酮（POK）、聚醚醚酮（PEEK）等材料，通過連續擠出成型為數百米或數千米的連續內管；然后根據強度要求和服役溫度要求，采用不同的增強材料（如碳纖維、芳綸、玻璃絲帶、尼龍絲帶、鋼絲帶等）和纏繞工藝，在內管外層進行不同纏繞層數、不同纏繞方向的增強，形成增強層，同時還可以敷設通訊電纜和電力電纜；最后再通過連續擠出成型，在外面包覆一層外管，形成外護套，外護套材料通常為高密度聚乙烯、聚丙烯、耐高溫聚乙烯等。非金屬復合連續管結構如圖21 所示。

圖21 非金屬復合連續管結構示意圖

5.2 非金屬復合連續管性能與發展

相比金屬連續管，非金屬復合連續管具有柔韌性好、耐腐蝕性強、管內摩阻小、不易結垢與結蠟、導熱系數低、維護成本低等優點，在油田地面集輸、井下采油采氣等領域具有廣闊的應用前景。國外非金屬復合連續管技術發展較早，采用“HDPE 內襯+環氧樹脂預浸玻璃纖維/芳綸纖維增強+HDPE 外護套”三層復合結構，在地面注水、井下采油、深海輸油、天然氣集輸、CO2輸送等領域廣泛應用，適用溫度范圍為-50～120 ℃，承壓最高可達107 MPa[27]。

根據國外Purapipe 公司報道，與鋼管相比，采用大直徑非金屬復合管建設輸送管道，建設時間減少50%～80%，建設成本節約40%，管線維護成本降低90%。圖22 為Purapipe 統計的建設1 000 km 直徑610 mm 管線采用鋼管與非金屬復合管的費用對比。

圖22 采用鋼管與非金屬復合管建設管線的費用對比

我國非金屬復合連續管技術發展和產品研發起步較晚，發展相對緩慢。目前用于地面輸水或注水的低端產品生產廠家較多，用于井下采油高強度敷纜管、地熱開采隔熱管、耐油品溶脹性好的集輸油管、防止氣體泄露的帶阻隔性能的輸氣管等高端非金屬復合連續管還處于研發階段，缺乏工程化應用。國內成功研制了以玻璃纖維增強熱塑性聚合物為主要材料的海洋深水非金屬復合管，該管材抗拉載荷20 t，工作壓力20 MPa，并在黃海海域成功完成海試；同時，針對含H2S酸性腐蝕介質的油氣田，也相繼開發出抗硫高分子聚乙烯和玻璃鋼非金屬輸送管，并在塔里木油田成功試用投產。南京晨光集團有限責任公司開發的非金屬連續管在長慶、勝利等油田成功應用，并取得了良好的效果[28-29]。2021年，寶雞鋼管公司研發的集輸油用耐油品溶脹性高的非金屬復合連續管，已在長慶等油田得到規模化應用；2022年開發的國內首次地熱開采用隔熱型非金屬復合連續管也得到了工程應用。

集輸油用非金屬復合連續管具有較好的耐油溶脹性能和抗老化性能，內襯管采用改性聚乙烯材料100GW，在高溫高壓油介質中浸泡后，力學性能、抗氧化性能、熔融溫度的穩定性均優于輸水用聚乙烯PE100，表現出良好的耐高溫、耐油溶脹性能。集輸油用非金屬復合連續管性能檢測結果如圖23所示。

圖23 集輸油用非金屬復合連續管性能檢測結果

下一步需要結合不同的應用場景，開發高端非金屬復合連續管。一是通過復合材料共混改性技術、分子結構設計等，研究開發不同性能的內襯管材料，如耐磨型、耐高溫型、耐腐蝕型、減阻型、耐老化型等；二是研究復合管增強材料和增強工藝，以及塑料管擠出成型工藝，如多層共擠工藝技術；三是研究非金屬材料、氣體阻隔材料的抗氣體滲透和抗溶脹性能，以及阻隔層制備工藝技術；四是研究非金屬智能化連續管。智能化連續管是基于大數據、云計算、物聯網等信息技術，將電纜、信號線、光纖、控制線集成在連續管中，使連續管具備信號傳輸、流體傳輸、動力傳輸、液壓控制等功能，實現實時監測、實時傳輸、遠程診斷、遠程指揮決策、遠程控制、遠程處理等作業，可用于智能化鉆井、采油采氣、集輸等領域。隨著智慧油田建設的推進，智能連續管的應用也將進一步拓展。

6 結束語

經過十余年的發展，我國連續管在材料、制造、應用等技術方面均取得了跨越式發展，連續管產品種類、規格序列逐步齊全。低碳微合金連續管實現了CT70～CT150 全系列化和規模化應用，且CT150連續管達到世界最高強度級別；耐蝕合金連續管的研發和應用初具規模；多通道、多結構連續管制造技術不斷攻克；非金屬復合連續管得到快速發展，在輸油、輸水方面得到廣泛應用。但是，耐蝕合金連續管、多通道連續管、非金屬復合連續管與國外技術相比仍有一定的差距。我國連續管雖然在井下作業中已經得到廣泛應用，但在油氣集輸和海洋應用方面，與國外相比仍然存在較大發展空間。隨著我國油氣資源開發向“深、低、海、非”方向發展，以及傳統化石能源向新能源的轉變，連續管應用空間將會更加廣闊，大直徑、高強度、高塑性、高耐蝕、非金屬、多通道、智能化等都是未來連續管制造技術的發展方向。