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高性能IPN8710防腐钢管膨胀套管

浏览: 发表时间:2021-05-21 17:38:35

  套管在膨胀以后的服役期间,将受到内托、外压及轴向拉伸或压缩载荷。根据包辛格效应的原理,管子此时承受内压的方向与初始膨胀方向相同,所以管子承受内压的能力有所增加,而承受外挤力的方向与初始膨胀方向相反,该方向的屈服限已经比膨胀前有所降低,所以管子承受外压挤毁的能力有所下降。国外研究人员对减少因壁厚减薄和包辛格效应导致膨胀后管材抗挤强度下降的方法进行了研究,但目前尚未找到非常的方法。另外,膨胀16/421后管材的残余应力对氢致开裂、应力腐蚀等的腐蚀性及其对服役寿命、性的影响也鲜见报道,这些都是高性能IPN8710防腐钢管膨胀套管开发所将面临的难题(1)国外研究现状在膨胀套管材料的研究上,国外花费了大量的时间,其中nyalDutchShel公司在材料研究方面,花了近6年的时间,目前还在继续研究。特别针对K55.L80的大量膨胀试验研究结果显示,经20的径向膨胀后,K55、L80套管的屈服强度和抗拉强度上升,断后伸长率下降,但仍满足APISpec5CT标准相应钢级的力学指标要求,见表1-3.试验结果还显示,K55、L80套管膨胀后冲击韧性下降显著,抗挤强度也比膨胀前下降近30,数据接近或略低于APIBull5C3标准的低要求,但内压强度没有不利影响。

  表13国外K55、L80套管膨胀前后力学性能对比服强度抗拉强度团强比断后伸长率/MPa/MPu()能胀前26.0139.7×7.7220径向D.6822.0胀后胀前0.8527.16139.7x7.7220径向胀后国外在对K55、L80.P10等常规套管材料进行大量膨胀性能试验研究的同时,也对管线钢(X52、X65等)、35CrMo耐热钢,低温钢、Al-kild(铝)C.Mn钢等材料做了一系列深入研究。但Enventure公司经过大量的研究和试验表明,现在油田上普遍使用的某些API标准套管虽然勉强可以用作膨胀管,但由于其强塑性匹配不佳等原因,并非是适合的膨胀管材。因此,国外专门开发高性能的膨胀套管管材,尤以美国的Enventure公司和Lonestar公司有代表性Enventure公司提出了“硬相(如马氏体,提供度)+软相(如铁索体,提供高断后伸长率)+过渡相(如残留奥氏体)“的金相组织控制目标,并专门进行了膨张管材的合金化成分设计和两相区淬火热处理工艺路线设计,目的是使IPN8710防腐钢管膨胀前管体的团服强度较低而断后伸长率较高,确保易于发生塑性变形和顺利实现径向膨胀;当径向膨胀后,过渡相组织发生形变诱导效应,生成形变诱导马氏体,提高了管体的强度性能,其化学成分设计及热处理前后的组织和力学性能分别见表1-4和表1-5除了材质Ⅳ为奥氏体不锈钢外,其余均为低碳锰钢。

  r公司则采用超低碳锰钢的化学成分设计(见表1-6),经调质处理开发出了高性能的ERW膨胀套管。其热处理工艺:淬火温度870-900℃,淬火后温度低于40℃,确保淬火马氏体达到90(体积分数)以上,并在650-680℃进行回火,保温40-50mn。此种ERW膨胀套管可满足力学性能,流体密封性及20-40径向膨胀率的要求,抗内压可达24MPa,比常规正火处理获得了更高的屈服强度、断后伸长率和断裂韧度表1.6Lonestar膨胀套管的化学成分(质量分数)设计()Bev.Ti0.03-0.060.15-0.301.4-1.5≤0.015≤0.005≤D.1近年来,在国外专门开发的膨胀套管产品中,商业化应用较为成功的是Enve公司与Lonestar公司共同合作开发的80钢级、膨胀率可达18的LsX-80热张力减径电焊管,即通过对ERW母管中频快速加热至管材的奥氏体化相变温度Ac以上后进入轧管机组进行热张力减径,随后经全管体调质处理实现焊缝的组织优化及均匀化,达到了IPN8710防腐钢管与母材接近一致,终管体的壁厚均匀度高且力学性能均一,克服了因焊缝,热影响区及母材的组织性能差异导致该处在膨胀过程中容易发生不均匀变形的缺点。


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