醒目的“萬米鈦合金連續(xù)油管”標識旁，一批接一批觀眾圍著3米多高的管盤，觸摸、敲擊纏繞其上的鈦合金管道，并向展位工作人員咨詢工藝技術及應用場景。這是近日記者在北京順義舉行的第二十四屆中國國際石油石化技術裝備展覽會上看到的一幕。
“這卷鈦合金管由公司聯(lián)合國內(nèi)多家科研院所和企業(yè)研制。研發(fā)團隊搭建了鈦合金連續(xù)油管的制造加工平臺，自主研發(fā)了智能化全自動自適應板卷管精密成型、超長時高效深熔穩(wěn)定焊接等核心工藝裝備，制造全過程采用計算機精確控制，解決了鈦合金超長焊縫穩(wěn)定成型難題。”廣東福維德焊接股份有限公司總經(jīng)理葉雄越在接受科技日報記者采訪時表示。
隨著中淺層油氣勘探開發(fā)程度不斷提高，油氣發(fā)現(xiàn)難度日益加大，深層油氣、苛刻能源井勘探開發(fā)越來越被關注。憑借自重輕、高耐蝕、高疲勞壽命等優(yōu)點，鈦合金連續(xù)油管可作為鋼制連續(xù)油管的替代品，在深層、深海及其他苛刻環(huán)境中作業(yè)。然而，其相關材料和制備工藝長期受到國外廠商的制約。
2022年，廣東福維德焊接股份有限公司聯(lián)合中國石油集團工程材料研究院、中國有研科技集團有限公司、寶雞鈦業(yè)股份有限公司、新疆湘潤新材料科技有限公司等單位申報的“超長鈦合金連續(xù)油管開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化研制”項目獲得國家專項支持。
“研發(fā)團隊優(yōu)選材料，攻克了一系列技術難題，形成了鈦合金連續(xù)油管制備成套工藝技術。這項技術使焊接過程中超長焊縫穩(wěn)定成形，不用開坡口，不需要填焊絲，即能實現(xiàn)單面焊接雙面成形，焊接效率大大提高。”中國有研科技集團有限公司鈦合金專家惠松驍介紹。
“連續(xù)油管下深極限受油管重量和加工作業(yè)車的功率等因素影響。”惠松驍介紹，鋼制連續(xù)管下深到7000米后，由于管重原因，作業(yè)車的功率將不能滿足油管的作業(yè)能力。如果再長，鋼管的自重可能會將管拉斷。鈦合金的密度僅為鋼的60%，理論上能將連續(xù)油管下深極限從7000米延伸至超過12000米。
惠松驍補充說，鋼制連續(xù)油管的下深極限也能繼續(xù)延長，但對鋼材料的強度要求比較高。相應地，鋼帶生產(chǎn)及連續(xù)管成形的技術難度也隨之提高。過高的強度又會導致鋼制管材的塑性和韌性明顯下降，嚴重影響連續(xù)油管的疲勞壽命。而輕質(zhì)的鈦合金材料可以規(guī)避這些問題。
從24小時至72小時、100小時、150小時、200小時、300小時……研發(fā)團隊反復對影響焊接穩(wěn)定性的諸多參數(shù)進行理論分析、實驗驗證和優(yōu)化迭代，不斷延長鈦合金連續(xù)管的穩(wěn)定焊接時間。截至目前，鈦合金連續(xù)油管的連續(xù)焊接時長已突破500小時，實現(xiàn)12000米超長鈦合金連續(xù)管的生產(chǎn)制造。此外，研發(fā)團隊進行了8兆帕內(nèi)壓和35兆帕內(nèi)壓下的鈦合金連續(xù)油管疲勞試驗。數(shù)據(jù)顯示其疲勞壽命遠高于鋼制連續(xù)油管。
“目前，國內(nèi)已經(jīng)勘探到8000米到10000米的超深井，但暫時沒有適用的連續(xù)油管。”葉雄越介紹，2023年10月，超長鈦合金連續(xù)油管產(chǎn)業(yè)化項目已在廣東中山開工建設，批量超長鈦合金連續(xù)油管有望為我國萬米深井的油氣鉆采增添助力。
來源：科技日報 記者 華 凌
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