油管修补工艺探析

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作者：于爱云王玉鹏单位：中国石化胜利油田分公司技术检测中心

由于起下油管不当、作业事故等原因，会造成旧油管中有相当部分的弯管。由于弯曲程度不同，要根据其情况进行粗校与精校，使油管通过多次弹塑性弯曲实现校直。校直后的油管残余应力低，直线度应符合油管相关技术要求。经调研发现，工作中仅靠人眼观看来判断油管的直线度与通过性，可靠性比较差。

管体无损探伤对于旧油管修复来说，无损探伤是修复工艺中最关键的环节，也是对修复油管剩余寿命最高效的判断手段。目前，对于管状材料最行之有效的高速缺陷探伤方法是漏磁和涡流探伤方法。但由于此类修复产品探伤设备的用量较少，相关研究工作稍显滞后。目前这两种探伤方法还属于比对法探伤，即通过探伤缺陷与标准缺陷当量的比较进行类型和大小判断，属于半定量的探伤方式，目前的通用做法是当缺陷信号幅值超过规定标准缺陷幅值时，即认为该缺陷超标。通过对目前管体无损探伤工作的调研发现：（1）部分修复单位对于标准缺陷管的作用认识不够，没有做到对探伤设备的定期校准，仅有部分修复单位配备了设备灵敏度校用标准管，但无法保障定期校准设备的检测灵敏度，设备的准确率得不到有效保障。（2）不能精确掌握探伤设备的检测原理，对于探伤缺陷类型和大小不能做出准确分析。由于油管的腐蚀产生的凹坑麻点、摩擦产生的拉伤、承载所产生的裂纹等形成的缺陷都使油管内外表面质量变差，影响承载能力，甚至发生断裂。由于其缺陷的复杂性、随机性，定量分析还存在一定的难度，尤其是对于纵向缺陷（一般来说是偏磨缺陷）的定量检测。目前比较有效的做法是通过超声波测厚仪进行缺陷尺寸验证。因此，目前的探伤设备未发挥应有的作用，对于缺陷的定量分析，还有待于提高。（3）部分操作人员属无证上岗（无损探伤属于特种作业，需要持有一定级别的技能证书，才可以上岗工作），操作技能停留在会使用上。部分修复单位的管理和操作人员对探伤的作用认识不够深刻，仍然持怀疑态度，将质量控制完全寄希望于静水压试验。（4）现有探伤设备均采用接触式探头，对于表面洁净的油管，应用效果较好。如果油管表面粘有油污，则会影响检测效果。而且对于油管两端变径区的探伤至今仍没有很好的解决。

油管分级《Q／SH0180－2008修复油管质量要求》和《Q／SH10200088－2008油管修复与检测技术条件》标准对于1、2级管作出了使用规定：1级管可以作为与新油管相同水平使用；2级管为降级管，只可以用于浅井，且承受介质压力低于15MPa。调研发现目前大部分修复单位对于修复管质量分级都未按照标准的要求执行，而是制定自己的分级规定，以壁厚减薄量的25％以内做为试压管，即相当于标准的1级管，不做出使用条件的限制，油井必然存在安全隐患。减薄量为25％～35％的作为冲砂管，超过35％作为地面流程管，存在严重缺陷的报废，由于目前无损探伤不具有定量检测的水平，将壁厚区间分的过细，不具有实际意义。

螺纹加工油管螺纹是保障油管使用性能的关键要素，是管柱中比较薄弱的环节，因此在修复工艺中是关键环节之一。经调研发现：（1）部分修复单位没有螺纹单项仪，无可靠的手段进行螺纹参数测量和控制，仅能通过螺纹量规进行综合参数测量，而螺纹规又不能做到定期检定，严重影响了螺纹加工质量水平。（2）2008年，针对修复油管产品了Q／SH0180－2008《修复油管质量要求》、Q／SH10200088－2008《油管修复与检测技术条件》标准，上述标准明确规定修复产品螺纹参数必须符合相应新产品的要求，存在轻微缺陷允许修磨，但修磨后综合参数必须符合标准要求。在检测中发现，部分修复单位修复油管的螺纹质量不满足标准要求，存在粘扣、密封失效和连接强度降低的隐患。油管外螺纹存在严重磨损，严重的“手紧紧密距”超过标准值的3倍以上，很可能造成有效连接螺纹长度不足而影响密封性能和连接强度，导致油管漏失和脱扣。调研中发现，超过半数的修复单位所加工的螺纹锥度不符合标准要求，而且锥度均为下偏差，当与接箍连接时，存在螺纹局部干涉严重而导致粘扣的隐患。

更换接箍在检测中发现，接箍端选配随意性大。修复油管更换的接箍为供应部门统一采购，内外螺纹参数匹配不佳导致粘扣从而存在降低使用性能的隐患。螺纹紧密距、锥度和螺距与粘扣的关系较大，由检测资料可知，修复单位新加工螺纹的“锥度”参数波动较大，而接箍的供应又存在随机性，不同厂家生产的螺纹参数也存在较大波动，尤其是“锥度”参数，检测中发现的极限配合是外螺纹的60．0mm／m对内螺纹的66．0mm／m，即螺纹锥度匹配严重不合理，将存在极大的粘扣隐患。修复单位上接箍均使用液压拧扣机，而目前的液压拧扣机大部分无扭矩精确控制和显示，需要通过马达液压值和扭矩换算表进行换算。实际操作时，操作人员完全凭经验进行快慢挡转换，以接箍相对于外螺纹的位置（无余扣）作为上扣扭矩的判断依据。调查发现操作时普遍上扣速度快较快，超过25r／min的标准要求，由于螺纹配合存在偏差，此种上扣方式极有可能因为扭矩过大而粘扣，或因扭矩过小而造成螺纹密封和连接失效。针对上扣扭矩控制，建议为拧扣机配置扭矩控制记录仪，实现上扣扭矩的精确控制。

静水压试验静水压试验也是油管修复的关键环节之一，是对无损探伤检测的补充试验，也是对油管承压性能的综合验证。调研发现大部分修复单位的修复油管静水压试验都不满足标准和实际安全生产的要求，存在断、裂隐患。目前大部分修复单位所用水压试验机的额定载荷为40MPa，设备本身已不能满足试验要求。更严重的问题是所有的修复单位并没有对新标准进行深入学习和掌握，仍然执行作废的标准，按照20～25MPa（保持时间设定为5s或10s）的试验压力进行静水压试验。静水压试验属于短期承压能力的考核，油管在井下承受着拉伸、内压、弯扭、甚至交变载荷等复杂应力，修复油管不可避免地存在各种缺陷（腐蚀、磨损、液压钳咬痕、磕碰损伤等），目前的无损探伤又是半定量检测，在20～25MPa的试验压力下进行静水压试验，时常有管体爆裂情况发生。静水压试验对于修复油管特别重要，是防范油水井作业失效和重复作业的必要手段。

检验油管修复工艺必须严把检验关，一般设置3个检验环节。第一是清洗前的挑选检验，将明显存在不可修复缺陷的管直接报废；第二是清洗后的外观检验，将管两端存在可见缺陷的选出报废或转入切头、车螺纹工序；第三是成品出厂（含外观、螺纹综合参数、通径等）检验，将检验合格的管子，按照各采油厂的管理规定分门别类地排放于相应的排架，不合格的管子返回到修复流程重新修复或报废。

热轧修复工艺的探讨

在调研中发现，目前对于油管修复，出现了新的修复工艺———热轧修复工艺。该工艺是通过热轧的方式对缺陷进行热修复，依据金属的高温流动性，将完好基体向缺陷处补充，在损失部分壁厚（内径变大）的基础上，将缺陷修补完好，该工艺大大提高了旧产品可修复比例。经抽样检测，该工艺修复的油管材质性能、基体金相组织、壁厚均匀性以及静水压试验（35MPa）符合标准要求，能够满足油田的需要。但是，调研中发现，此类修复工艺尚不够成熟，前期处理（除锈）工序还不够完善，存在缺陷处管体在轧制后出现重皮、未熔合、夹渣等隐患，可能导致修复失败。因此，认为该工艺的施行需进行大量的研究工作，特别是避免缺陷的伪焊合，需要严格控制前处理和热轧后的无损检测和静水压试验，才可以保证修复的可靠性，热轧修复产品的应用效果还需要通过长期实践的检验。据了解，热轧修复的成本约为新油管的30％，若该技术能够成熟应用，将为油田带来不可估量的经济效益。

建议

1清洗根据调研分析，3种清洗工艺尽管都存在一些问题，但如果操作合理，都能取得满意的清洗效果。从能耗和环保两方面考虑，建议油管清洗系统以高压水射流清洗装置为主，并在该装置上加载中频加热装置，以提高清洗效果。其主要优点有：清洗效果比较好，自动化程度比较高，运行成本低。对于黏度较高的油或者是含蜡原油清洗效果较好。不受环境温度的影响，一年四季均可获得满意的清理效果。

2校直、通过性能由于管内结垢等原因，影响油管通过性能，因此可用通径方式来检验油管圆柱度和油管直线度，其可用来清理油管内壁的结垢物，如果与高压水射流相结合，可以根据油管内壁的清洁程度来调节高压泵的压力，以提高工作效率。

3管体无损探伤按照《Q／SH0180－2008修复油管质量要求》和《Q／SH10200088－2008油管修复与检测技术条件》标准对油管做出分级。对修复单位配备校准用标准管，对探伤设备进行定期校准。操作工人应掌握探伤设备的检测原理，并能够对探伤缺陷类型和大小做出准确解释分析。改进探伤设备，能够对表面粘有油污的油管进行有效检测，消除探伤盲区。据调研，修复油管的主要失效形式是管体裂、断、螺纹脱扣、漏失等，开裂主要发生在管体偏磨和腐蚀区域，断、脱扣、漏失发生在螺纹部位（由于磨损、腐蚀造成壁厚减薄螺纹连接强度降低）。各类缺陷对材料失效的作用，或者说是破坏力各不相同。材料的失效与缺陷（裂纹）的门坎尺寸和临界尺寸有关，当缺陷小于门坎尺寸时，缺陷不扩展；当缺陷超过临界尺寸时将发生迅速扩展，直至失效。因此对于材料的剩余寿命的预测可以依据缺陷的定量分析。无损探伤是缺陷检测的有效手段，而标准规定了缺陷的门坎尺寸。标准对新油管的探伤灵敏度作出了明确规定（12．5％壁厚的刻槽、2mm的孔），当探伤信号超过报警限时即认为缺陷超标，管子拒收。而对旧油管的探伤存在更多、更复杂的缺陷，对探伤设备和缺陷的报警限提出更高、更复杂的要求，既要保证管子具有足够的安全系数，又要提高可修复率，这就提出了缺陷定量分析的概念。据调研，目前修复单位所有的探伤设备均不具备定量分析能力。造成的结果是，可能将超标缺陷显示为合格，而造成漏判，尤其是对于内壁的偏磨缺陷。可见避免旧油管失效或者旧油管修复的重点是对缺欠的检测判断和修复，在界定剩余壁厚的情况下，还应提供使用工况说明，例如何种壁厚级别可作为生产管柱、作业管柱或是尾管、冲砂管等。上述界定工作的前提是有能力对旧油管的缺陷类型和大小作出科学准确的检测。因此，修复油管级别区分应将使用年限的区分、表面缺陷的检测和缺陷的有效修复结合起来。

4螺纹加工对修复单位配备螺纹单项仪，对螺纹进行综合参数测量。要做到定期检定螺纹规，保证螺纹加工质量水平。控制好螺纹的“锥度”，与接箍端达到最佳配合。配备有扭矩精确控制和显示的液压拧扣机，防止上扣速度过快或扭矩过大导致粘扣。

5静水压试验严格按照标准执行，提高试验压力，保障油管具备足够的安全承压域度，将修复油管事故隐患降低至最低限度。目前，油管试压设备多采用单管试压形式，其劳动强度较大，工作效率较低。建议以后推行多管试压技术，可以根据需要多根油管为一组，进入试压系统试压，由公共端统一供水，进行试压。多管试压设备是半自动化设备，可使油管试压工作劳动强度降低，改善劳动环境，提高试压效率。建议油管试压采用非螺纹连接方式，避免在试压过程中损坏油管螺纹。

结束语

根据油井管使用条件，目前旧油管修复技术的关键环节是无损探伤、静水压试验和螺纹质量控制，通过调研发现，修复单位对上述关键环节的认识程度和工艺控制及质量水平均需提高。对于探伤缺陷的定量分析，应作为目前的关键问题加以解决。实现定量分析，需要进行大量的基础研究。首先要建立各类尺寸人工标准缺陷的探伤波形数据库，通过有限元分析（ANSYS软件）建立缺陷计算模型，通过计算得到模拟缺陷形状或大小，然后收集大量的实物缺陷，并将模拟缺陷与实物缺陷显示波形进行拟合，通过不断地调整计算模型，得到各类实际缺陷的拟合波形，实现缺陷的定量分析。