2023石油天然气工业用冶金复合油管

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1、石油天然气工业用冶金复合油管目次前言III1 范围12 规范性引用文件13 术语、定义、符号和缩略语23.1 术语和定义23.2 符号和代号33.3 缩略语34 购方须知44.1 基本信息44.2 补充信息45 制造55.1 原材料55.2 复合工艺55.3 热处理65.4 矫直65.5 管端加工65.6 表面处理65.7 需要工艺确认的工序66 技术要求76.1 化学成分76.2 拉伸性能76.3 冲击韧性86.4 抗压扁性能96.5 硬度96.6 淬透性116.7 显微组织116.8 层间结合强度116.9 基层抗腐蚀试验116.10 CRA 层耐腐蚀性126.11 耐静水压强度126.1

2、2 尺寸、质量及其偏差12I6.13 表面状况、缺欠和缺陷147 试验和检验方法147.1 一般规定147.2 化学成分分析167.3 拉伸试验167.4 冲击试验167.5 压扁试验177.6 硬度试验177.7 淬透性177.8 显微组织177.9 层间结合强度试验187.10 基层腐蚀试验187.11 CRA 层腐蚀试验187.12 静水压试验197.13 尺寸检测197.14 外观检查207.15 无损检测208标志228.1 标志方法228.2 标志位置238.3 标志内容239包装、储存和防护2510文件25附录A （规范性） 酸性环境用基层材料26附录B （资料性） 基层材料腐蚀

3、试验方法28附录C （资料性） CRA 层材料腐蚀试验方法31附录D （规范性） 缺欠和缺陷的处理34参考文献35II石油天然气工业用冶金复合油管1 范围本文件规定了石油天然气工业注入井或生产井用冶金复合油管的购方须知、制造、技术要求、试验和检验方法、标志、包装、储存和防护要求。本文件适用于石油天然气工业领域注入或采出含有腐蚀性介质的石油、天然气和水等流体用冶金复合油管。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 228.1

4、金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法GB/T 228.2 金属材料 拉伸试验 第 2 部分：高温试验方法GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法GB/T 230.1金属材料洛氏硬度试验第 1 部分：试验方法GB/T 231.1金属材料布氏硬度试验第 1 部分：试验方法GB/T 4157-2017金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室试验方法GB/T 4334-2020金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法GB/T 6394金属平均晶粒度测定方法GB/T 6396复合钢板力学及工艺性能试验方法GB/T 7735无缝和焊接(埋弧焊除外)钢管缺欠的自动涡流检测GB

5、/T 8650管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法GB/T 8923.1涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第 1 部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级GB/T 9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T 13298金属显微组织检验方法GB/T 15260-2016金属和合金的腐蚀镍合金晶间腐蚀试验方法GB/T 15970.2金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第 2 部分：弯梁试样的制备和应用GB/T 18590金属和合金的腐蚀点蚀评定方法GB/T 23802石油和天然气工业套管、油管和接箍毛坯用耐腐合金无缝管交货技术条件NB/T 47013.7承压设备无

6、损检测第 7 部分：目视检测19SY/T 6423.4石油天然气工业钢管无损检测方法第 4 部分：无缝和焊接钢管分层缺欠的自动超声检测SY/T 6423.6石油天然气工业钢管无损检测方法第 6 部分：无缝和焊接（埋弧焊除外）铁磁性钢管纵向和/或横向缺欠的全周自动漏磁检测SY/T 6423.7石油天然气工业钢管无损检测方法第 7 部分：无缝和焊接铁磁性钢管表面缺欠的磁粉检测SY/T 6423.8石油天然气工业钢管无损检测方法第 8 部分：无缝和焊接（埋弧焊除外）钢管纵向和/或横向缺欠的全周自动超声检测TSG Z6002特种设备焊接操作人员考核细则ISO 15156-3 石油天然气工业 油气开采中

7、用于含 H2S 环境下的材料 第 3 部分：抗开裂耐腐蚀合金和其他合金（Petroleum and natural gas industries - Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production- Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys）ISO 10893-4 钢管的无损检测 表面缺陷探测用无缝和焊接钢管的液体渗透检测（Non-destructive testing of st

8、eel tubesLiquid penetrant inspection of seamless and welded steel tubes for the detection of surface imperfections）API Spec 5CT-2018 油管和套管（Casing and tubing）ASTM G48-2011使用氯化铁溶液测定不锈钢和有关合金耐点腐蚀和缝隙腐蚀的标准试验方法（Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Relat

9、ed Alloys by Use of Ferric Chloride Solution）3 术语、定义、符号和缩略语3.1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1 3.1.1购 方 purchaser负责冶金复合油管产品订货要求且为所购产品付款的业主、或其代理人、检查人员以及其他被授权的代表。3.1.2 3.1.2制造商 manufacturer负责生产冶金复合油管且对产品做标志的工厂或公司。3.1.3 3.1.3基 层 backing layer冶金复合油管内由碳钢或低合金钢材料制成并起主要承受力学载荷作用的金属层统称。3.1.4 3.1.4基 管 backing pipe用于制

10、造冶金复合油管基层部分的碳钢或低合金钢油管。3.1.5 3.1.5耐腐蚀合金层corrosion resistant alloy layer冶金复合油管内由不锈钢、铁镍基合金、镍基合金或其他 CRA 材料制成并起耐腐蚀作用的金属层统称。注：耐腐蚀合金层简称 CRA 层。3.1.6 3.1.6冶金复合metallurgical bonding通过爆炸、堆焊、热挤压等复合工艺，使 CRA 层与基层的接触界面形成原子间相互扩散而形成的结合。3.1.7 3.1.7平端管plain-end pipe以无螺纹形式提供的加厚或不加厚冶金复合油管。3.1.8 3.1.8短节pup-joint短于长度范围 1

11、的冶金复合油管。3.1.9 3.1.9剪切结合强度shear bond strength使 CRA 层与基层之间发生分离的单位接触面积所需要的切向应力。3.1.10 3.1.10酸性环境sour environmentH2S 分压大于或等于 0.3 kPa 并能够引起如 ISO 15156-2 所规定的碳钢或低合金钢材料发生 SSC 和HIC 失效形式的含石油、天然气和水等介质的单相或多相流体环境。3.2 符号和代号下列符号和代号适用于本文件。D冶金复合油管的规定外径，单位为毫米（mm）； d冶金复合油管的规定内径，单位为毫米（mm）； H压扁试验两压板间距离，单位为毫米（mm）； Rm抗拉强

12、度，单位为兆帕（MPa）；Rt0.5、R t0.6、R t0.65、R t0.7总伸长率 0.5%或 0.6%或 0.65%或 0.7%的屈服强度，单位为兆帕（MPa）；tb基层的公称壁厚，单位为毫米（mm）； tcCRA 层的公称壁厚，单位为毫米（mm）。3.3 缩略语下列缩略语适用于本文件。AUT自动超声检测（automatic ultrasonic testing） CVN夏比V 型缺口（Charpy V-notch）ET涡流检测（Eddy Current Testing）HAZ热影响区（heat-affected zone）HBW布氏硬度（Brinell hardness, when

13、testing with a tungsten carbide ball） HIC氢致开裂（hydrogen-induced cracking）HRCC 标尺洛氏硬度（Rockwell hardness C-scale） MT磁粉检测（magnetic particle testing）NDT无损检测（nondestructive testing）PREN耐点蚀当量数（pitting resistance equivalent number）注：根据材质类型，PREN 可采用（%Cr + 3.3%Mo + 16%N）计算，或采用%Cr + 3.3 (%Mo +0.5%W) + 16%N计算。P

14、SL产品规范水平（product specification level） PT渗透检测（penetrant testing）SCC应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking）SOHIC应力导向氢致开裂（stress-orientied hydrogen-induced cracking） SSC硫化物应力开裂（sulfide stress cracking）SMYS规定最小屈服强度（specified minimum yield strength） UT超声检测（ultrasonic testing）4 购方须知4.1 基本信息在订购按本文件制造管材时，购方应在订单中规

15、定以下基本信息，包括但不限于以下信息：a） 管材数量；b） 产品名称：冶金复合油管；c） 材质和钢级（包括基层和 CRA 层）；d） 制造要求；e） 尺寸，至少应包括：1） 规定外径；2） 端部内径；3） 基层的公称壁厚；4） CRA 层的公称壁厚；5） 长度和长度类型。f） 其他要求（管端加工、特殊长度或其他）。4.2 补充信息4.2.1 可能情况下，应由购方提供以下补充信息，包括但不限于：a） 运行条件（包括输送流体组成、温度和压力等）；b） 设计温度；c） 特殊的尺寸要求；d） 补充的检验和试验要求；e） 设计标准或设计系数；f） 热处理；g） 耐腐蚀性能要求（包括基层和 CRA 层）；

16、h） 表面要求；i） 涂敷或喷涂要求；j） 标志要求（如果与本文件不同）；k） 包装和装运说明； l） 第三方检验机构； m） 检验文件；n） 检验文件的格式和附加内容要求。4.2.2 本文件允许购方和制造商在特殊情况下，同意用其他条件代替或附加于本文件的要求。如果购房或制造商想使用下列选择，那么选择在调查阶段就应明确指出，并在合同中写明和认可。5 制造5.1 原材料5.1.1 用于制造冶金复合油管的基层材料应满足如下要求：a） 使用成品碳钢低合金钢油管作为基管制造冶金复合油管时，应选用满足 API Spec 5CT 中C110以及其它钢级的 PSL2 或 PSL3 要求的无缝油管，或选用满足

17、附录 A 要求的无缝油管。b） 使用坯料或其它形式的非成品管材作为基层制造冶金复合油管时，坯料或其它形式的非成品管材应满足API Spec 5CT 中 C110 以及其它钢级的 PSL2 或 PSL3 的化学成分要求，或满足附录 A 所列化学成分要求。5.1.2 用于制造冶金复合油管的 CRA 层材料应满足如下要求：a） 使用成品耐腐蚀合金管作为 CRA 层制造冶金复合油管时，应选用 GB/T 23802 规定的材料制造的无缝管，并应满足对应的热处理状态交货要求。如果协商，耐腐蚀合金管可选择其他牌号的CRA 材料并满足相应标准要求。b） 使用坯料或其它形式的非成品管材作为 CRA 层制造冶金复

18、合油管时，坯料或其它形式的非成品管材应满足表 1 的化学成分要求。如果协商，CRA 层可选择其他牌号的 CRA 材料并满足相应标准要求。c） 使用堆焊材料作为 CRA 层制作冶金复合油管时，堆焊用焊接材料宜满足 ASME BPVC .C 要求。5.1.3 制造冶金复合油管的所有原材料应有质量合格证明书。5.1.4 某些服役过程下冶金复合油管可能会承受井下作业工具的力学损伤，制造商和购方宜在选取CRA 层材料和壁厚时给予足够的考虑。5.2 复合工艺冶金复合油管宜采用以下复合工艺：a） 热挤压；b） 在基管内表面堆焊 CRA 层；c） 爆炸；d） 经购方与制造商协商，可采用热等静压、粉末冶金或其他

19、冶金复合工艺。5.3 热处理5.3.1 对采用堆焊工艺制造的冶金复合油管，在保证堆焊工艺不会导致基层各项性能偏离本文件技术要求的前提下，堆焊后的冶金复合油管可不再进行热处理。5.3.2 对于除 5.3.1 以外冶金复合油管，应根据材质和加工过程由购方和制造商协商确定不进行热处理或选择合适的热处理工艺。5.4 矫直5.4.1 使用成品平端油管作为基管制造冶金复合油管时，除非另有规定，宜对未开展热矫直或热处理或消除应力处理的基管进行热处理或消除应力，基层材料在各制造环节中的总形变率不应超过 2.0%。5.4.2 使用坯料或其它形式的非成品管材作为基层制造冶金复合油管时，管材的矫直和定径不应造成CR

20、A 层的表面损伤，并应采取适当的热处理或消除应力降低管材残余应力、并避免 CRA 层耐腐蚀性能下降。5.4.3 冶金复合油管可在最终热处理之后进行管端定径，除非另有协议，塑性变形超过 3%时CRA 层为马氏体类组织时应在合适的温度下进行去应力处理，或者按工艺文件进行整体热处理。如果管端定径在最终整体热处理之前进行，则不需要进行去应力处理。5.5 管端加工5.5.1 本文件可以平端管材形式交货，也可以购方和制造商协商要求的带螺纹形式供货。5.5.2 本文件不涉及管端螺纹形式和加工要求，但接头或连接方法会影响本文件中规定材料的腐蚀性能，制造商或螺纹加工单位宜给予足够考虑。5.5.3 管端应无有害毛

21、刺，端面垂直度应在 0.01D 范围内。5.6 表面处理5.6.1 冶金复合油管最终交付前应对 CRA 层表面进行酸洗、喷砂及干燥处理，并达到 GB/T 8923.1规定的 Sa2.5 级。对管端处理方式的机加工应在酸洗钝化前进行。5.6.2 酸洗钝化处理后应使用蓝点法（使用铁氰化钾溶液）对 CRA 层内表面进行表面检测，以证实钝化膜无缺陷和无铁离子污染，蓝点法可依据 GB/T 25150 进行。5.7 需要工艺确认的工序产品制造过程中凡影响本文件要求的符合性（化学成分和尺寸除外）的关键工序应予以工艺确认。进行工艺确认的工序应包括：无损检测；冶金复合油管的最终再加热作业和热定径或扩缩减；若适用

22、，加厚、冷加工。最终热处理（包括任何冷作硬化之前的最终热处理）；冷作硬化（如适用）。6 技术要求6.1 化学成分6.1.1 基层的化学成分应满足 API Spec 5CT:2018 中 C.4 要求或表 A.1 所示化学成分要求。6.1.2 CRA 层的化学成分应满足表 1 要求。如果协商，CRA 层可选择表 1 以外其他牌号的耐蚀合金材料并满足相应标准要求。产品分析结果应满足购方对 CRA 层的 PREN 要求。表1 CRA 层化学成分材料典型化学成分（质量分数）PREN最小值组织类型CCrNiMoN马氏体13-5-20.0213.05.002.0-马氏体/铁素体13-1-00.0313.0

23、0.500.01-双相奥氏体/铁素体22-5-30.0222.05.003.00.183525-7-30.0225.07.003.00.1837.5超级双相奥氏体/铁素体25-7-40.0425.07.003.80.274026-6-30.0225.54.752.51.1740铁基奥氏体27-31-40.0227.031.003.5-25-32-30.0225.032.003.0-22-35-40.0322.035.504.5-镍基奥氏体21-42-30.0221.042.003.0-22-50-70.0222.050.007.0-25-50-60.0325.050.006.0-20-54-9

24、0.0120.054.009.0Fe=17-22-52-110.0221.552.0011.0-15-60-160.0115.060.0016.0W=4-6.2 拉伸性能6.2.1 若冶金复合油管基于基层强度材料设计，应测试基层材料的拉伸性能，测试结果应满足表 2 要求。6.2.2 若冶金复合油管基于全壁厚强度设计，应测试全壁厚管材拉伸性能，测试结果应满足表 2 对应钢级要求的拉伸性能要求。6.2.3 如果设计温度超过 100，应对材料进行高温拉伸试验，合格性判据由购方和制造商协商确定。表2 拉伸性能要求钢级载荷下的总伸长率%屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率a最小值最大值最小值最小值H400

25、.5276552414-J550.5379552517-K550.5379552655-N800.5552758689-R950.5655758724-M650.5448586586-L800.5552655655-C900.5621724689-T950.5655758724-C1100.7758828793-P1100.6758965862-Q1250.658621034 b931-a 以百分数表示的最小伸长率 e 可按公式（1）计算：A0.2（1）e = 1942.57 R 0.9m式中：e标距为 50.8mm 时的最小伸长率，以百分数表示，小于 10%时圆整到最接近的 0.5%，大于等

26、于 10%时圆整到最接近的单位百分数；A拉伸试样的横截面积，单位为平方毫米（mm2），根据规定外径或试样的名义宽度和规定壁厚计算，圆整到最接近的 10mm2。A 值取计算值或 490mm2 中的较小者；对于两种圆棒拉伸试样标距内直径为 8.9mm、标距长度为 35.6mm 和标距内直径为 12.7mm、标距长度为 50.8mm，其最小伸长率均应用面积 A 为 130mm2 确定。Rm规定的最小抗拉强度，单位为兆帕（MPa）。b Q125 钢级 PSL3 最高屈服强度应为 965MPa。6.3 冲击韧性6.3.1 基层材料的 CVN 冲击试验结果应满足表 3 的要求。6.3.2 试样规格上应首先

27、加工 10 mm10 mm 的全尺寸试样。若采用较小尺寸的 10 mm7.5 mm 或 10 mm5.0 mm 试样，其 CVN 冲击吸收能要求值应分别为对应方向标准全尺寸试样规定值的 0.80 和 0.55。若降低后吸收能要求低于 11J，不应使用小尺寸试样。6.3.3 J55 和 K55 钢级应在 21试验，其他钢级试验温度应为 0，也可由购方与制造商协商确定的最低设计温度开展试验，试验温度公差应为3。表3 全尺寸试样最低吸收能要求（10 mm10 mm）钢级横向要求（Cv）J纵向要求（Cv）J最小剪切面积比H40、J55 和K55没有强制性的 CVN 吸收能要求没有强制性的 CVN 吸收

28、能要求-N80 所有类型、R95、L80、C90、T95YSmin（0.00118t+0.01259）或 14J，取二者中的较大者YSmin（0.00236t+0.02518）或 27J，取二者的较大者75%P110YSmin（0.00118t+0.01259）或 20J，取二者中的较大者YSmin（0.00236t+0.02518）或 41J，取二者的较大者75%C110 和 Q125YSmax（0.00118t+0.01259）或 20J，取二者中的较大者YSmax（0.00236t+0.02518）或 41J，取二者的较大者75%6.4 抗压扁性能冶金复合油管应进行压扁试验，压扁试验结果应满足以下要求：a） 延性试验阶段：在两板间距离小于 H 之前，基层、CRA 层的内表面、外表面和试样边缘不应出现裂纹和开裂，CRA 层不应发生剥离；b） 完整性试验阶段：对于冶金复合油管，应继续压扁直至试样断裂或 CRA 层内壁贴合，CRA 层不应发生剥离。6.5 硬度6.5.1 全壁厚硬度冶金复合油管横截面测得的基层和 CRA 层各自的平均硬度值应满足表 4 要求。若任何单个压痕测得的硬度值超过