深海钻井隔水管主管成型工艺探讨

李树果++董丽华++周云

摘 要 概述API规范给出的两种形式的隔水管主管即无缝钢管和直缝埋弧焊管的成型工艺。结合我国当前无缝钢管及直缝埋弧焊管的生产能力水平，从工艺层面探讨了隔水管主管成型工艺的发展与趋势。

关键词 隔水管主管；无缝钢管；直缝埋弧焊管；成型工艺

中图分类号：TE951 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0091-01

海洋钻井隔水管的使用环境极其特殊，会受到浪涌、涡激振动、深水压力、洋流环境等因素的影响，同时还会发生海水腐蚀，因此对海洋钻井平台隔水管主管质量提出了严格要求，海洋钻井隔水管主管不仅需具有较高的强度、较低的屈强比，还需具有较高的低温韧性以及优良的抗动态撕裂性能，并且尺寸精度要求高，耐腐蚀性要求严格。因此开发深海钻井隔水管，不仅对我国各海岸的油气田开发产生重大的战略影响，而且在世界范围内也有着广阔的市场前景。

1 无缝钢管生产工艺

1.1 三辊轧管机组工艺

工艺上，轧机采用三辊式结构，使轧机孔型顶部与孔型侧壁的线速度差比相同孔型尺寸的二辊式结构小，从而减小了金属管的不均匀变形，从而有助于提高钢管的表面质量。与此同时，使用三辊进行轧制时，每一个轧辊之间的接触面积都比二辊式结构小很多，因此减小了轧制力，从而使轧制具有较高变形抗力的金属材料和薄壁钢管变得更加容易。同时三辊式结构具有可调性，所以能使用同一个尺寸的芯棒轧制同一外径规格相近壁厚的钢管，使得所需芯棒的规格数量大大减小（50%），同时减少了变换工具的频率，最终达到提高机组作业率的目的（三辊轧管机组工艺流程如图1所示）。

图1 三辊轧管机组工艺流程

1.2 无缝钢管工艺在隔水管主管生产中的应用

近年来，由于新工艺新技术的不断发展和采用，我国无缝钢管的生产得到了快速的发展，无缝钢管的产量迅速增加、出口量持续增长、出口管品种得到优化。但是针对隔水管主管这种大口径的、X80级以上的管线钢的无缝生产，国内目前尚无文献报道，王建文仅探讨了开发大口径薄壁X60管线用无缝钢管。目前这种高钢级的管线管隔水管主管生产需采用微合金化加热处理工艺，因此无缝钢管的生产成本显然高于焊管，并且随着钢级的逐渐提高，如X80以上钢级的管线管限制碳当量，常规工艺的无缝钢管很难满足用户的要求。并且隔水管主管对无缝管的壁厚公差、管体椭圆度公差等几何尺寸要求较高。考虑到隔水管使用的特殊的复杂环境因素以及作业因素，钻井隔水管主管的无缝生产很值得相关领域的专家与学者展开深入研究。

2 直缝埋弧焊管生产工艺

2.1 UOE成型工艺

所谓的UOE成型工艺是指钢板经过“U”成型、“O”成型和机械扩径（Expanding）等方法，最终成管的成型工艺。从20世纪50年代开始，直至80年代，UOE成型工艺迅速应用于世界范围内。目前，此工艺在世界范围内应用最多、技术最为成熟、质量最受认可。

机械式的UOE成型工艺流程如下：将超声波探伤合格的钢板进行纵向铣边，并开坡口，在铣边过程中，要保证钢管宽度方向的精度以及钢板两边的平行度，从而确保钢管质量；经过铣边的钢板送入预弯机，沿纵向将钢板两端预弯成弧型；之后，在水压机上将预弯后的钢板压成“U”型，再在“O”型机上，使用上下两半圆形压模将其压成开口管筒。最后对管筒进行预焊、内焊、外焊、探伤，直至最终压成管[1]。

2.2 JCOE成型工艺

JCOE成型法又称为改进了的模压成型法。与UOE的成型工艺有所不同，JCOE机组将预弯后的钢板一半在水压机上进行多次步进，最终冲压成“J”形；而把钢板的另一半采用同样的方法弯曲成“C”形；然后形成开口的“O”形。之后采用扩径等的生产工艺，并最终压成焊管。和UOE成型工艺相比，生产同样规格的钢管，采用JCOE成型法的压力小，所需模具和成型设备简单，并且设备质量轻，投资少，能耗低，模具的更换周期短，适合的品种多，产品的批量较为适中。然而生产效率低下，自动化水平较“UOE”工艺低，而且成型后的钢管开口缝较大，管坯内张力差异较大，形状不是标准的圆，焊缝应力大，易错边[2]。所以，为了消除钢管内应力，并提高尺寸精度，焊接之后要对钢管进行扩径。

2.3 直缝埋弧焊管工艺在隔水管主管生产中的应用

目前，我国制造生产的直缝埋弧焊管大多用于油气输送管道。根据文献[3]介绍，宝鸡石油钢管有限责任公司利用JCOE成型方法制造出一种X80钢级抗疲劳性能优良的高强度隔水管主管，管径为Φ533.4 mm、壁厚为25.4 mm。这是国内公开文献中唯一关于隔水管主管制造方法的报道。考虑到近年来我国X80、X100、X120级管线钢管相继研制成功，直缝埋弧焊管的生产设备和检测设备齐全、工艺技术成熟，采用直缝埋弧焊技术的隔水管主管的批量生产应该会很快实现。

3 结论与展望

1）焊管的重心立足于薄壁管，无缝钢管的中心立足于厚壁管，对于一些中厚壁管，既可采用焊管也可采用无缝钢管。

2）从工艺角度考虑，隔水管主管的制造生产，既可采用无缝钢管的工艺也可采用直缝埋弧焊管技术，但是我们要根据我国未来的隔水管系统技术的发展，综合考虑无缝钢管和直缝埋弧焊管的成型工艺。

3）由于我国的隔水管制造生产技术刚刚起步，所以我们需要借鉴国际标准，综合考虑钢材的材料性能、力学性能以及抗腐蚀性能等，选取不同的成型方法。

参考文献

[1]王进全，王定亚.国外海洋钻井隔水管与国产化研究建议[J].石油机械，2009，37（9）：147-150.

[2]API RP 16Q-1993海洋钻井隔水管系统设计、选择、操作和维护的推荐做法[S].

[3]畅元江，陈国明，鞠少栋.国外钻井隔水管系统产品技术现状与进展[J].石油机械，2008，36（9）：205-209.endprint