深海鉆井隔水管主管成型工藝探討

李樹果++董麗華++周云

摘 要 概述API規(guī)范給出的兩種形式的隔水管主管即無縫鋼管和直縫埋弧焊管的成型工藝。結(jié)合我國當(dāng)前無縫鋼管及直縫埋弧焊管的生產(chǎn)能力水平，從工藝層面探討了隔水管主管成型工藝的發(fā)展與趨勢。

關(guān)鍵詞 隔水管主管；無縫鋼管；直縫埋弧焊管；成型工藝

中圖分類號：TE951 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0091-01

海洋鉆井隔水管的使用環(huán)境極其特殊，會受到浪涌、渦激振動、深水壓力、洋流環(huán)境等因素的影響，同時還會發(fā)生海水腐蝕，因此對海洋鉆井平臺隔水管主管質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求，海洋鉆井隔水管主管不僅需具有較高的強度、較低的屈強比，還需具有較高的低溫韌性以及優(yōu)良的抗動態(tài)撕裂性能，并且尺寸精度要求高，耐腐蝕性要求嚴(yán)格。因此開發(fā)深海鉆井隔水管，不僅對我國各海岸的油氣田開發(fā)產(chǎn)生重大的戰(zhàn)略影響，而且在世界范圍內(nèi)也有著廣闊的市場前景。

1 無縫鋼管生產(chǎn)工藝

1.1 三輥軋管機組工藝

工藝上，軋機采用三輥式結(jié)構(gòu)，使軋機孔型頂部與孔型側(cè)壁的線速度差比相同孔型尺寸的二輥式結(jié)構(gòu)小，從而減小了金屬管的不均勻變形，從而有助于提高鋼管的表面質(zhì)量。與此同時，使用三輥進行軋制時，每一個軋輥之間的接觸面積都比二輥式結(jié)構(gòu)小很多，因此減小了軋制力，從而使軋制具有較高變形抗力的金屬材料和薄壁鋼管變得更加容易。同時三輥式結(jié)構(gòu)具有可調(diào)性，所以能使用同一個尺寸的芯棒軋制同一外徑規(guī)格相近壁厚的鋼管，使得所需芯棒的規(guī)格數(shù)量大大減?。?0%），同時減少了變換工具的頻率，最終達(dá)到提高機組作業(yè)率的目的（三輥軋管機組工藝流程如圖1所示）。

圖1 三輥軋管機組工藝流程

1.2 無縫鋼管工藝在隔水管主管生產(chǎn)中的應(yīng)用

近年來，由于新工藝新技術(shù)的不斷發(fā)展和采用，我國無縫鋼管的生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展，無縫鋼管的產(chǎn)量迅速增加、出口量持續(xù)增長、出口管品種得到優(yōu)化。但是針對隔水管主管這種大口徑的、X80級以上的管線鋼的無縫生產(chǎn)，國內(nèi)目前尚無文獻報道，王建文僅探討了開發(fā)大口徑薄壁X60管線用無縫鋼管。目前這種高鋼級的管線管隔水管主管生產(chǎn)需采用微合金化加熱處理工藝，因此無縫鋼管的生產(chǎn)成本顯然高于焊管，并且隨著鋼級的逐漸提高，如X80以上鋼級的管線管限制碳當(dāng)量，常規(guī)工藝的無縫鋼管很難滿足用戶的要求。并且隔水管主管對無縫管的壁厚公差、管體橢圓度公差等幾何尺寸要求較高?？紤]到隔水管使用的特殊的復(fù)雜環(huán)境因素以及作業(yè)因素，鉆井隔水管主管的無縫生產(chǎn)很值得相關(guān)領(lǐng)域的專家與學(xué)者展開深入研究。

2 直縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝

2.1 UOE成型工藝

所謂的UOE成型工藝是指鋼板經(jīng)過“U”成型、“O”成型和機械擴徑（Expanding）等方法，最終成管的成型工藝。從20世紀(jì)50年代開始，直至80年代，UOE成型工藝迅速應(yīng)用于世界范圍內(nèi)。目前，此工藝在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最多、技術(shù)最為成熟、質(zhì)量最受認(rèn)可。

機械式的UOE成型工藝流程如下：將超聲波探傷合格的鋼板進行縱向銑邊，并開坡口，在銑邊過程中，要保證鋼管寬度方向的精度以及鋼板兩邊的平行度，從而確保鋼管質(zhì)量；經(jīng)過銑邊的鋼板送入預(yù)彎機，沿縱向?qū)摪鍍啥祟A(yù)彎成弧型；之后，在水壓機上將預(yù)彎后的鋼板壓成“U”型，再在“O”型機上，使用上下兩半圓形壓模將其壓成開口管筒。最后對管筒進行預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、探傷，直至最終壓成管[1]。

2.2 JCOE成型工藝

JCOE成型法又稱為改進了的模壓成型法。與UOE的成型工藝有所不同，JCOE機組將預(yù)彎后的鋼板一半在水壓機上進行多次步進，最終沖壓成“J”形；而把鋼板的另一半采用同樣的方法彎曲成“C”形；然后形成開口的“O”形。之后采用擴徑等的生產(chǎn)工藝，并最終壓成焊管。和UOE成型工藝相比，生產(chǎn)同樣規(guī)格的鋼管，采用JCOE成型法的壓力小，所需模具和成型設(shè)備簡單，并且設(shè)備質(zhì)量輕，投資少，能耗低，模具的更換周期短，適合的品種多，產(chǎn)品的批量較為適中。然而生產(chǎn)效率低下，自動化水平較“UOE”工藝低，而且成型后的鋼管開口縫較大，管坯內(nèi)張力差異較大，形狀不是標(biāo)準(zhǔn)的圓，焊縫應(yīng)力大，易錯邊[2]。所以，為了消除鋼管內(nèi)應(yīng)力，并提高尺寸精度，焊接之后要對鋼管進行擴徑。

2.3 直縫埋弧焊管工藝在隔水管主管生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，我國制造生產(chǎn)的直縫埋弧焊管大多用于油氣輸送管道。根據(jù)文獻[3]介紹，寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司利用JCOE成型方法制造出一種X80鋼級抗疲勞性能優(yōu)良的高強度隔水管主管，管徑為Φ533.4 mm、壁厚為25.4 mm。這是國內(nèi)公開文獻中唯一關(guān)于隔水管主管制造方法的報道。考慮到近年來我國X80、X100、X120級管線鋼管相繼研制成功，直縫埋弧焊管的生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備齊全、工藝技術(shù)成熟，采用直縫埋弧焊技術(shù)的隔水管主管的批量生產(chǎn)應(yīng)該會很快實現(xiàn)。

3 結(jié)論與展望

1）焊管的重心立足于薄壁管，無縫鋼管的中心立足于厚壁管，對于一些中厚壁管，既可采用焊管也可采用無縫鋼管。

2）從工藝角度考慮，隔水管主管的制造生產(chǎn)，既可采用無縫鋼管的工藝也可采用直縫埋弧焊管技術(shù)，但是我們要根據(jù)我國未來的隔水管系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，綜合考慮無縫鋼管和直縫埋弧焊管的成型工藝。

3）由于我國的隔水管制造生產(chǎn)技術(shù)剛剛起步，所以我們需要借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮鋼材的材料性能、力學(xué)性能以及抗腐蝕性能等，選取不同的成型方法。

參考文獻

[1]王進全，王定亞.國外海洋鉆井隔水管與國產(chǎn)化研究建議[J].石油機械，2009，37（9）：147-150.

[2]API RP 16Q-1993海洋鉆井隔水管系統(tǒng)設(shè)計、選擇、操作和維護的推薦做法[S].

[3]暢元江，陳國明，鞠少棟.國外鉆井隔水管系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀與進展[J].石油機械，2008，36（9）：205-209.endprint