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(shù)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(shù)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(guān)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(guān)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(shù)難題，形成了鈦合金連續(xù)油管制備成套工藝技術(shù)。這項技術(shù)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(shù)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(shè)，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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