吉效科，劉爽，賀建國，李茂，梁娜，方建國

（1.長慶油田公司機械制造總廠，西安 710201；2.長江大學(xué)機械工程學(xué)院，湖北荊州 434023；3.長慶油田公司第九采油廠,銀川 750006）

0 引言

每年油田因油井管桿偏磨、介質(zhì)腐蝕造成的油管報廢比例達(dá)到20%～30%，甚至更高，以某油田油管年周轉(zhuǎn)量8～10 萬t計算，報廢油管量達(dá)5000～6000 t/a。為了降低成本，各油田積極開展油管修復(fù)利用工作，將報廢油管通過篩選、矯直、清洗鉆通（通徑）、探傷、螺紋加工、更換接箍、試壓等工序進行常規(guī)修復(fù)，修復(fù)率一般只有60%左右。常規(guī)修復(fù)的油管不能消除金屬疲勞，力學(xué)性能難以保證，一般使用壽命較短。

近年來，面對持續(xù)低油價和資源不斷劣質(zhì)化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，長慶油田將開源節(jié)流降本增效作為落實低成本開發(fā)戰(zhàn)略、油田二次加快發(fā)展的重要抓手，通過引進先進的工藝與技術(shù)，大力開展廢舊設(shè)備的再制造、再利用，其中油管熱軋再制造工藝助推了油田廢舊油管的再生利用，較常規(guī)修復(fù)工藝大幅提升了廢舊油管的修復(fù)率，而且油管性能指標(biāo)達(dá)到甚至高于原型新品。有效解決了油田廢舊油管的再利用問題，每年通過修復(fù)和再制造用于產(chǎn)能建設(shè)的油管數(shù)量達(dá)25%～30%，節(jié)約了大量的油管采購成本費用。

1 基本原理與工藝流程

1.1 工作原理

首先對廢舊油管內(nèi)外壁進行清洗去污、分選、矯直；預(yù)處理后的毛坯管通過斜切工藝進行縮徑，芯桿頂頭恢復(fù)原規(guī)格；對熱軋機軋輥間距進行調(diào)整，確定形變定徑的直徑尺寸，開啟軋制機組的調(diào)速電動機；由輸送機組來輸送預(yù)處理好的毛坯管，使其旋轉(zhuǎn)穿行于中頻電源感應(yīng)加熱線圈之中，當(dāng)達(dá)到軋制要求溫度時，將毛坯管喂入軋制機組的軋輥咬合區(qū)，被軋輥咬入的同時與軋輥一起旋轉(zhuǎn)前進軋制；軋制成型的油管進行外壁磨光、車扣、上接箍、試壓、噴漆，制成成品[1]。

采用中頻電源感應(yīng)將油管加熱到金屬相變溫度，運用多輥軋制工藝，使油管材料發(fā)生塑性變形，通過多輥擠壓使油管金屬發(fā)生流動，改善金相結(jié)構(gòu)，使油管晶粒細(xì)化，消除金屬疲勞，提高油管塑性，降低變形抗力，提高油管力學(xué)性能，使各項性能達(dá)到成品油管的性能指標(biāo)要求。

1.2 工藝流程

油管熱軋再制造工藝流程為：油管初選→油管切頭→油管清洗除垢→初矯直→油管熱軋→油管定徑→油管矯直→無損探傷→螺紋加工→上接箍→水壓檢測→打標(biāo)→噴漆噴碼→打捆[2]。主要工序如下：

1）初選。對收集的舊油管進行初步篩選，將裂縫穿孔、嚴(yán)重變形、內(nèi)孔堵塞的油管直接按報廢處理，得到初選后可熱軋利用的舊油管。油管管體不得有裂縫、穿孔，不得嚴(yán)重變形、無法矯直。

2）切頭。將初選后的可利用舊油管所帶的管箍切除。

3）除垢。舊油管用中頻加熱至270～600 ℃，將內(nèi)、外壁的水垢、油垢等污垢去除。油管內(nèi)壁高壓冷風(fēng)吹掃。除垢后的油管應(yīng)達(dá)到管外壁手摸無原油堆積。除垢過程全程目測，發(fā)現(xiàn)管體裂紋、穿孔的油管做報廢標(biāo)記。

4）初矯直。將鋼絲刷通入除垢后的油管中，經(jīng)過矯直機矯直，保證油管的直線度，并通過擠壓和鋼絲刷使內(nèi)壁附著的污垢與內(nèi)壁脫離，然后將管內(nèi)的污垢清理；可采用壓力矯直或旋轉(zhuǎn)斜輥矯直的方式進行，通過塑性變形將彎曲油管變直。

5）熱軋。舊油管在中頻電源加熱的狀態(tài)下，通過兩級絲杠推送油管和多輥斜軋相結(jié)合的工藝，在擴徑的同時進行增壁，實現(xiàn)油管初步再制造。

6）定徑。利用軋制后油管的余溫，再輔以中頻電源加熱，通過熱軋機再次微軋，增加外表光潔度，同時使油管達(dá)到工藝要求的直徑，優(yōu)化油管外徑均勻度。油管溫度加熱至727～800 ℃后進行油管全長定徑。

7）終矯直。油管矯直后油管全長直線度不超過0.2%，1.0 m范圍內(nèi)偏離距離不超過3.18 mm。

8）通徑。油管100%進行全長通徑，無卡阻為合格。

9）檢驗。將矯直后的油管進行車螺紋、打壓，最后檢驗完畢后打包入庫。

1.3 性能指標(biāo)

熱軋油管質(zhì)量指標(biāo)符合表1的要求。

表1 熱軋修復(fù)油管質(zhì)量指標(biāo)[3-5]

1.4 技術(shù)特點

1）消除廢舊油管缺陷。熱軋再制造工藝將廢舊油管制造成成品油管，各項性能指標(biāo)不低于新品油管，徹底實現(xiàn)了廢舊油管的再制造、再利用。

2）恢復(fù)油管力學(xué)性能。消除了油管長期使用因疲勞、偏磨和腐蝕造成的溝槽、劃痕、腐蝕坑現(xiàn)象，均壁效果明顯，油管在線調(diào)質(zhì)處理，提升油管的力學(xué)性能，恢復(fù)油管內(nèi)外壁光潔度和力學(xué)性能。

3）實現(xiàn)多種規(guī)格熱軋。可將廢舊油管進行等徑等壁、等徑減壁、減徑減壁、減徑增壁等多種方式再制造，可將廢舊油管再制造為同規(guī)格或不種規(guī)格的油管。

4）降低油管采購成本。使用油田廢舊油管作原料（毛坯），省去酸洗、磷化、皂化等多項處理工藝，節(jié)省了大量的資源、能源和成本，達(dá)成了生產(chǎn)過程無污染的目標(biāo)。

2 技術(shù)要求

2.1 工藝要求

需要有油管矯直生產(chǎn)線，凡存在目測可見的彎曲或不符合GB/T 19830 中直線度要求的廢舊油管應(yīng)進行矯直作業(yè)。油管矯直可采用壓力矯直或旋轉(zhuǎn)斜輥矯直的方式。油管矯直后油管全長直線度不超過0.2%，1.0 m范圍內(nèi)偏離距離不超過3.18 mm。油管的軋制溫度保持在850～900 ℃。

由于廢舊油管存在偏壁偏溝現(xiàn)象嚴(yán)重、疲勞性大、腐蝕點多、整體或局部受熱均勻度差等諸多問題，軋制時應(yīng)時刻關(guān)注溫度變化，以防過熱或過燒。過熱會使油管材料中奧氏體晶?？焖匍L大，減弱了晶粒間的結(jié)合力，導(dǎo)致油管力學(xué)性能降低，甚至出現(xiàn)裂紋。過燒會使材料喪失強度和韌性，導(dǎo)致其在軋制時破裂成塊而成廢品。溫度過低，則會使毛坯油管塑性下降，變形抗力大，無法歸圓成型或產(chǎn)生破裂。為了保證加熱溫度符合軋制標(biāo)準(zhǔn)，需通過調(diào)節(jié)軋制機組電動機的轉(zhuǎn)速，使軋制速度與毛坯油管在中頻加熱感應(yīng)線圈內(nèi)的停留時間達(dá)到合理匹配。

2.2 螺紋加工

除特殊要求外，油管應(yīng)使用合理的轉(zhuǎn)矩完成接箍與管體的擰接，上緊轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合表2的規(guī)定。擰接前，螺紋表面都應(yīng)清潔，無水分和有害液體，在接箍或油管螺紋的整個嚙合表面均勻涂抹油管螺紋專用潤滑脂。再制造的油管的公螺紋端和接箍端均應(yīng)戴上護絲。

表2 油管的上緊轉(zhuǎn)矩值參照表N·m

2.3 油管檢測

油管應(yīng)100%進行全長通徑檢測，無卡阻為合格。油管通徑規(guī)尺寸如表3所示。對矯直后的油管進行壁厚檢測，壁厚檢測的儀器包括：壁厚千分尺，聲脈沖-回波探測儀和γ射線儀。檢測儀器的誤差不大于2%。

表3 油管通徑規(guī)尺寸

壁厚檢測應(yīng)在油管中央和距兩端1.5 m處共計3個檢測位置處進行，為確保符合壁厚分級要求，宜采用電磁、渦流或超聲檢驗的方法在縱向上進行全長壁厚檢測。油管螺紋加工、測量機螺紋檢驗都應(yīng)符合GB/T 9253.2-1999 的要求。油管接箍的幾何尺寸應(yīng)符合SY/T 6194-2003。

2.4 試壓

修復(fù)后的油管應(yīng)進行靜水壓試驗，試驗要求應(yīng)符合表4的要求。試驗壓力保持時間不應(yīng)少于15 s，壓降不應(yīng)超過1%。若試壓時出現(xiàn)管體滲漏，則做報廢處理。

表4 油管靜水壓試驗推薦壓力表

2.5 防腐

熱軋后的油管應(yīng)做外涂層，宜采取措施使涂層光滑、致密、不脫落。涂層的等級應(yīng)具有保護油管至少3個月的能力。

3 性能評價

根據(jù)油管的使用工況特征，除要承受內(nèi)外壓力外，需要對管柱進行力學(xué)性能檢測，主要包括拉伸強度、化學(xué)成分、金相組織、抗沖擊性能、表面硬度等。

3.1 拉伸性能

油管在井下應(yīng)用時必須要有足夠的抗拉強度，以確保井下工作的可靠性。使用UTM5305材料試驗機對油管進行抗拉強度檢測，該裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 材料試驗機示意圖

1）取樣品中段，沿軸向標(biāo)記A、B兩點，間距為500 mm。

2）將被檢測樣品一端固定在試驗機的固定端，另一端連接到試驗機的可動端。

3）以10 mm/min的速率對油管進行拉伸試驗。

4）記錄拉伸過程中對應(yīng)拉力下A、B兩點的間距，并計算伸長率。

測試結(jié)果表明：該熱軋再制造油管在拉力110 kN時，加載下的總伸長率為0.5%，屈服強度為457 MPa，抗拉強度為699 MPa，伸長率為30%，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]，如表5所示。

表5 拉伸性能試驗結(jié)果

3.2 沖擊性能試驗

沖擊性能試驗主要用于評價油管材料的抗沖擊能力或判斷油管材料的脆性和韌性程度。使用PIT302D沖擊試驗機對樣品進行沖擊性能測試。如圖2所示，支座兩支撐面需保持平行，兩面相差不應(yīng)超過0.05 mm。支座需使擺錘軸線與試樣軸線的平行度在3/1000之內(nèi)。砧座兩支撐面也需保持平行，且兩面相差不應(yīng)超過0.05 mm。支座兩支撐面與砧座兩支撐面所在的平面之間的夾角應(yīng)為90°±0.1°。砧座曲率半徑為1 mm。曲率圓弧應(yīng)與支撐面平面相切。砧座之間跨距為（40+0.2）mm。試驗開始前，需仔細(xì)檢查砧座上是否沾有鐵屑，如沾有鐵屑，應(yīng)及時清理干凈。否則會使沖擊試樣不能準(zhǔn)確地對中；沖擊試樣不能緊靠砧座。

圖2 沖擊試驗機示意圖

測試結(jié)果表明：該熱軋再制造油管在管體縱向沖擊吸收熱量為26 J，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求[4]，如表6所示。

表6 夏比沖擊試驗結(jié)果

3.3 表面硬度測試

依據(jù)布氏硬度計（GB/T 231.1—2002），采用BH3000的布氏硬度計，進行硬度測試。測試結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，熱軋油管表面硬度平均為200 HB，符合標(biāo)準(zhǔn)要求值。

表7 布氏硬度測試結(jié)果

3.4 化學(xué)成分分析

采用ARL4460直讀光譜儀進行油管材料化學(xué)成分分析，測試結(jié)果如表8所示。

表8 化學(xué)成分分析結(jié)果%

從表8可以看出，熱軋油管化學(xué)成分主要為：C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.38%，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%，Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.15%，P質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.015%，S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.011%。

3.5 金相組織分析

使用MeF3A金相顯微鏡對熱軋油管管體進行金相組織分析，分析結(jié)果如表9所示。

表9 金相組織分析結(jié)果

從表9可以看出，熱軋油管管體主要由珠光體和鐵素體組成。

4 現(xiàn)場試驗及效果評價

4.1 現(xiàn)場試驗對比

再制造后的油管從2015年至今在長慶油田現(xiàn)場試驗和應(yīng)用220 萬m。應(yīng)用期間各采油廠對油管熱軋前后進行外觀檢查，并委托國家石油管材質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、勝利石油管理局質(zhì)量監(jiān)督檢驗所等專業(yè)檢測進行第三方檢測。圖3所示為油管熱軋前后內(nèi)壁圖，圖4所示為油管熱軋前后外觀圖。

圖3 油管熱軋前后內(nèi)壁圖

圖4 油管熱軋前后外觀圖

由圖3、圖4可以看出，通過熱軋再制造工藝技術(shù)，消除了廢舊油管存在的腐蝕點、疲勞性、偏磨偏壁偏溝等問題，均壁效果明顯，恢復(fù)了油管內(nèi)外壁的光潔度。

4.2 經(jīng)濟效益分析

新油管價格為61.5 元/m，廢舊油管熱軋再制造后的費用為39.5 元/m（含接箍、油管運輸?shù)跹b費、稅金），每米減少22元直接投入。以2017年長慶油田第四采油廠熱軋油管24.64 萬m計算，當(dāng)年可為該采油廠節(jié)省投資542.08 萬元。

按照整個油田公司每年熱軋再制造油管150 萬m計算，使用油管熱軋工藝技術(shù)每年可為油田公司節(jié)約3300萬元以上，而且廢舊油管實現(xiàn)多次熱軋再生循環(huán)利用，大大減少了作業(yè)費用。

5 結(jié)論

1）油管熱軋主要工序包括初選、切頭、除垢、分選、初矯直、熱軋、定徑、終矯直、通徑、壁厚檢測、螺紋加工、試壓、檢驗等。

2）對熱軋后的油管進行力學(xué)性能檢測，拉伸強度、化學(xué)成分、金相組織、抗沖擊性能、表面硬度等各項性能指標(biāo)符合相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，整體性能不低于新品油管。

3）熱軋再制造工藝將廢舊油管制造成成品油管，各項性能指標(biāo)不低于新品油管，徹底實現(xiàn)了廢舊油管的再制造、再利用。

4）運用熱軋修復(fù)技術(shù)，消除了油管長期使用因疲勞、偏磨和腐蝕造成的溝槽、劃痕、腐蝕坑現(xiàn)象，均壁效果明顯，油管在線調(diào)質(zhì)處理，提升油管的力學(xué)性能，恢復(fù)油管內(nèi)外壁光潔度和力學(xué)性能。

5）可將廢舊油管進行等徑等壁、等徑減壁、減徑減壁、減徑增壁等多種方式再制造復(fù)新，可以將舊油管修復(fù)再生為同規(guī)格和各種規(guī)格的油管。

6）使用油田廢舊油管作原料（毛坯），省去酸洗、磷化、皂化等多項處理工藝，節(jié)省了大量的資源、能源和成本，達(dá)成了生產(chǎn)過程無污染的目標(biāo)。

7）長慶油田將繼續(xù)加大廢舊油管熱軋再制造工藝推廣力度，將熱軋再制造工藝與常規(guī)修復(fù)相結(jié)合，實現(xiàn)油管修復(fù)與再制造修復(fù)率達(dá)到90%以上。