CN104404299A - 一种钛合金连续油管及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金连续油管及其制造方法，所述钛合金连续油管屈服强度大于345MPa，抗拉强度大于445MPa，单根长度大于61米。按照质量百分比，所述钛合金连续油管成份为：Al：2～5.5；V：1.5～3；Ni：0.6～O0.9；Mo：0.2～0.4；Fe：≤0.30；C：≤0.08；N：≤0.05；O：≤0.025；H：≤0.1；余量为钛。通过合理合金成分设计、加工工艺制造出性能优异、长度大于61米的钛合金连续管，解决了现有低碳微合金连续管在耐蚀性等方面的不足，形成了钛合金连续油管制造工艺技术。所发明的钛合金连续油管具有较高的强度、塑性、良好的焊接性和耐蚀性。

Description

一种钛合金连续油管及制造方法

技术领域：

本发明属于石油天然气管材技术领域领域，涉及一种连续油管，尤其是一种钛合金连续油管及制造方法。

背景技术：

连续油管是一种可用于油气田修井、测井、钻井等方面的可缠绕、长度达数千米的石油管材。具有效率高、作业成本低、作业范围广、占地面积小等一系列优点。

但是随着油气资源的不断开发，深井、超深井及大位移水平井的开发日益增加，其中常规的油气藏腐蚀工况日益恶劣，采用常规的低碳微合金钢连续管作业已经不能完全满足石油天然气行业需求。

钛合金因具有密度小、质量轻、比强度高、耐蚀性好、耐热强度高(工作温度可达500℃)等特点而被广泛用于各个领域。

钛合金管材在石油天然气行业用途很广泛，特别在腐蚀环境的条件下应用具有得天独厚的优势。钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力，其抗蚀性远超低碳微合金钢。

目前，国内钛合金管材的加工工艺通常有两种：一种是采用斜扎穿孔或挤压方法形成管坯，然后再采用轧制、旋压、拉伸等方法制造无缝管材；另一种方法是采用板(带)焊接方法形成管坯，然后再采用轧制、旋压、拉伸等方法制造无缝管材。通过以上方法形成的管材长度均有限。一种超长钛或钛合金管的制造方法(CN 101190446B)公开了一种12-16m长钛或钛合金管的制造方法。当该管材在油气井中使用时，需要将若干根短管通过焊接或接箍的方法连接至所需长度。当采用焊接方法时，现场对接工艺繁琐，且焊接接头热处理过程很难操作。采用接箍连接时，接箍的加工难度加大，且接箍处耗材导致成本上升。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钛合金连续油管及制造方法，通过合理合金成分设计、加工工艺制造出性能优异、长度大于61米的钛合金连续管，解决了现有低碳微合金连续管在耐蚀性方面的不足，形成了钛合金连续油管制造工艺技术。所发明的钛合金连续油管具有较高的强度、塑性、良好的焊接性和耐蚀性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种钛合金连续油管，所述钛合金连续油管屈服强度大于345MPa，抗拉强度大于445MPa，单根长度大于61米。

按照质量百分比，所述钛合金连续油管成份为：Al：2～5.5；V：1.5～3；Ni：0.6～O0.9；Mo：0.2～0.4；Fe：≤0.30；C：≤0.08；N：≤0.05；O：≤0.025；H：≤0.1；余量为钛。

所述钛合金连续油管的制造方法，步骤如下：

(1)根据拟制造的钛合金连续油管尺寸将钛卷纵剪为一定宽度的钛带，将钛带两端斜切成锐角，并将切面加工成I型或V型坡口；然后将前后两条钛带的头尾沿一定角度切口精确拼接，在切口拼接位置的两侧焊接安装引、息弧板，然后采用等离子焊或氩弧或激光焊将其焊接；在焊接过程中对焊缝的正面和背面均采用惰性气体保护；

(2)清理焊渣后，对焊缝及热影响区在氩气或氦气保护环境中快速加热到650-780℃，进行一定形变量的热轧制，热轧制后使其空冷至室温，检测焊接质量；去除引弧板和息弧板，并对热轧制区域及钛带侧面进行修磨；

(3)通过多次对接使钛带达到所需长度；将钛带两个侧面加工成为I型或V型坡口；采用UOE方法将钛带连续成型，并采用等离子焊、氩弧焊、激光焊、高频感应焊或其他焊接方法在惰性气体保护环境中完成管材焊接，并切削掉管坯外壁的焊缝；

(4)将整管采用中频感应方式在惰性气体保护环境中快速加热至500-700摄氏度进行去应力退火处理，保温一定时间后，空冷或水冷；

(5)将退火处理后的管材连续缠绕至卷筒上，并通过重绕检验，质量合格后缠绕到运输卷筒上备用，获得钛合金连续油管。

本发明的有益效果在于：本发明的钛合金连续油管的作业能力相比低碳微合金钢连续油管大幅提升，可在深井、超深井、大位移水平井中应用；可在低碳微合金钢不能使用的苛刻腐蚀环境中应用；可在较高工作温度、环境腐蚀性恶劣的条件下施工。

具体实施方式：

下面对本发明做进一步详细描述：

本发明采取的技术方案是：

A钛卷成分设计：根据以下化学成分重量百分比熔炼、锻造成板坯：

B钛带加工：将锻造后的钛板坯进行热轧后，对其进行表面处理。随后将热轧厚板坯轧制成钛卷。钛卷宽度300-1200mm。使钛合金屈服强度大于300MPa，抗拉强度大于483MPa，延伸率大于18％。

B：制管工艺

(1)根据拟制造的钛合金连续管规格尺寸将钛卷纵剪为一定宽度的钛带，将钛带两端斜切成一定角度(0-90度)，并将切面加工成I型或V型坡口；然后将前后两条钛带的头尾沿一定角度切口精确拼接，在切口拼接位置的两侧焊接安装引、息弧板，然后采用等离子焊或氩弧焊或激光焊、搅拌摩擦焊等方法将其焊接。在焊接过程中对焊缝的正面和背面均采用惰性气体(Ar或He)保护。

(2)清理焊渣后，对焊缝及热影响区在氩气或氦气保护环境中快速加热到650-780℃进行一定形变量的热轧制，热轧制后使其空冷至室温，检测焊接质量。去除引、息弧板，并对热轧制区域及钛带侧面进行修磨。

(3)通过多次对接使钛带达到所需长度。将钛带两个侧面加工成为I型或V型坡口；采用UOE方法将钛带连续成型，并采用等离子焊、氩弧焊、激光焊或高频感应焊方法在氩气或氦气保护环境中完成管材焊接，并切削掉管坯外壁的焊缝余高。采用高频感应焊时，应严格控制成型角和挤压量。

(4)将整管采用中频感应方式在氩气或氦气保护环境中快速加热至500-700摄氏度进行去应力退火处理，保温一定时间后，空冷或水冷。

(5)将退火处理后的管材连续缠绕至芯径大于管径30倍的卷筒上，并通过重绕检验，质量合格后缠绕到运输卷筒上备用。

(6)采用该方法制造的钛合金连续管外径为25.4-88.9mm，壁厚1.91-6.35mm，长度大于61米，屈服强度大于345MPa，抗拉强度大于445MPa，延伸率大于15％。

实施例1：

(1)设计了如下成分的卷板：

采用上述成分设计，将上述钛坯轧制成为660×3.18mm的钛卷，将其根据Φ38.1×3.18mm规格的连续管所需板宽，将钛卷纵剪成钛带。

将纵剪后的钛带两端沿45度斜切，然后采用TIG焊方法焊接，并将焊缝在氩气保护环境中采用中频感应方法快速加热至720摄氏度，并进行热轧制(形变量为5％)。

将钛带接长至3000米，将其侧边刨成I型；将边部加工后的钛带进行连续的UOE成型；采用等离子预热+TIG焊的方法在氩气保护环境中完成焊接，并使焊缝快速冷却。

将焊接后的管坯在氩气保护环境中采用中频感应方法加热至550℃，保温15min后空冷。

将退火后的管材缠绕至芯径为1219.2mm的卷筒上。结果表明，连续管整管拉伸屈服强度为535MPa，抗拉强度为668MPa，延伸率为20％；最大硬度25HRC。

实施例2：

(1)设计了如下成分的卷板：

采用上述成分设计，将上述钛坯轧制成为450×3.18mm的钛卷，将其根据Φ38.1×3.18mm规格的连续管所需板宽，将钛卷纵剪成钛带。

将纵剪后的钛带两端沿45度斜切，然后采用TIG焊方法焊接，并将焊缝在氩气保护环境中采用中频感应方法快速加热至720摄氏度，并进行热轧制(形变量为3％)。

将钛带接长至3000米，将其侧边刨成I型；将边部加工后的钛带进行连续的UOE成型；采用高频焊预热钛带边缘+TIG焊的方法在氩气保护环境中完成焊接，并使焊缝快速冷却。

将焊接后的管坯在氩气保护环境中采用中频感应方法加热至660℃，保温15min后空冷。

将退火后的管材缠绕至芯径为1219.2mm的卷筒上。结果表明，连续管整管拉伸屈服强度为465MPa，抗拉强度为587MPa，延伸率为23％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种钛合金连续油管，其特征在于：所述钛合金连续油管屈服强度大于345MPa，抗拉强度大于445MPa，单根长度大于61米。

2.如权利要求1所述钛合金连续油管，其特征在于，按照质量百分比，所述钛合金连续油管成份为：Al：2～5.5；V：1.5～3；Ni：0.6～O 0.9；Mo：0.2～0.4；Fe：≤0.30；C：≤0.08；N：≤0.05；O：≤0.025；H：≤0.1；余量为钛。

3.一种如权利要求1或2所述钛合金连续油管的制造方法，其特征在于，步骤如下：

(1)根据拟制造的钛合金连续油管尺寸将钛卷纵剪为一定宽度的钛带，将钛带两端斜切成锐角，并将切面加工成I型或V型坡口；然后将前后两条钛带的头尾沿一定角度切口精确拼接，在切口拼接位置的两侧焊接安装引、息弧板，然后采用等离子焊或氩弧焊或激光焊等方法将其焊接；在焊接过程中对焊缝的正面和背面均采用惰性气体保护；

(2)清理焊渣后，对焊缝及热影响区在氩气或氦气保护环境中快速加热到650-780℃，并进行一定形变量的热轧制，热轧制后使其空冷至室温，检测焊接质量；去除引弧板和息弧板，并对热轧制区域及钛带侧面进行修磨；

(3)通过多次对接使钛带达到所需长度；将钛带两个侧面加工成为I型或V型坡口；采用UOE方法将钛带连续成型，并采用等离子焊、氩弧焊、激光焊、高频感应焊或其他焊接方法在惰性气体保护环境中完成管材焊接，并切削掉管坯外壁的焊缝；

(4)将整管采用中频感应方式在惰性气体保护环境中快速加热至500-700摄氏度进行去应力退火处理，保温一定时间后，空冷或水冷；

(5)将退火处理后的管材连续缠绕至卷筒上，并通过重绕检验，质量合格后缠绕到运输卷筒上备用，获得钛合金连续油管。