張金星，夏曉暉，宋成立，李先明，譚川江，李紀(jì)朋，林冠發(fā)

（1.中國石油股份公司 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院，西安 710077）

目前油田隨著深井、超深井的不斷開發(fā)和生產(chǎn)，盡管在井口采取節(jié)流措施，但地面管線還是面臨高溫高壓的腐蝕環(huán)境，對地面集輸管線的管材提出了更高的要求。21 世紀(jì)初，開發(fā)并應(yīng)用于油田的雙金屬復(fù)合管得到了大力推廣，對氣田集輸系統(tǒng)產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益，同時也帶來應(yīng)用過程中的諸多問題[1-3]。截至2015 年，塔里木油田已使用的超400 km 長的雙金屬機械復(fù)合管，就已經(jīng)發(fā)生了66 次失效事件，給油田造成了較大的經(jīng)濟損失和人力消耗[4-6]。盡管如此，由于機械復(fù)合管同隨后出現(xiàn)的冶金復(fù)合管相比，其管體的生產(chǎn)成本小，工藝技術(shù)和制造過程簡單，因此具有較好的經(jīng)濟效益，在國內(nèi)外各油田得到廣泛的應(yīng)用[7-11]。近年來，生產(chǎn)企業(yè)、研究機構(gòu)和油田用戶對雙金屬復(fù)合管的生產(chǎn)與應(yīng)用做了許多試驗與研究工作，針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題提出了較多的改進措施，使得該產(chǎn)品得到了不斷完善。

1 常見制造方法及其比較

從結(jié)構(gòu)形式來說，目前雙金屬復(fù)合管的耐蝕層與基管的復(fù)合主要有機械式復(fù)合和冶金復(fù)合2 種。相比較而言，冶金復(fù)合管的生產(chǎn)成本遠大于機械式復(fù)合管，因此目前在油田廣泛應(yīng)用的雙金屬復(fù)合管就是機械式復(fù)合管。雙金屬機械式復(fù)合管主流制造方法的原理與優(yōu)缺點見表1。

表1 雙金屬機械式復(fù)合管主要制造方法原理與優(yōu)缺點Tab.1 Principles and characteristics of the main manufacturing methods of bimetallic mechanical composite pipes

在塔里木油田應(yīng)用最多的是爆炸復(fù)合法制造的復(fù)合管，其次是機械旋壓法和液壓脹形法[12]。最初，前者占90%以上，后二者不足10%，但隨著爆炸復(fù)合管失效次數(shù)的增加，后二者的應(yīng)用比例逐漸增大。從失效分析來看，塔里木油田應(yīng)用機械復(fù)合管當(dāng)然是用量最大的爆炸復(fù)合管，特別是鼓包或塌陷的比例最大，而后來采用機械旋壓法和液壓脹形法生產(chǎn)的復(fù)合管這方面失效較少，機械旋壓法復(fù)合管最少。

2 油田應(yīng)用中典型失效類型及原因分析

塔里木油田運用雙金屬復(fù)合管始于2005 年，首先在牙哈作業(yè)區(qū)鋪設(shè)一試驗段，試驗取得成功后，在油田開始推廣應(yīng)用。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴大和時間的延長，以傳統(tǒng)焊接工藝進行封焊和對焊的雙金屬機械復(fù)合管存在的問題逐漸顯現(xiàn)出來，其主要問題就是管材的失效。該類管材失效主要有環(huán)焊縫腐蝕刺漏或穿孔、環(huán)焊縫開裂、內(nèi)襯鼓包或塌陷、爆管、基管本體穿孔等，其失效的原因也有許多方面。

2.1 環(huán)焊縫腐蝕刺漏或穿孔

環(huán)焊縫腐蝕刺漏或穿孔是雙金屬機械復(fù)合管失效比較多的一種形式，也是導(dǎo)致環(huán)焊縫開裂的重要因素之一。一般是先在內(nèi)表面的焊縫及其熱影響區(qū)處形成腐蝕坑（因封焊部位多次加熱而產(chǎn)生貧鉻區(qū)），有些則是內(nèi)焊縫余高因局部的腐蝕而降低，然后腐蝕坑擴大而相連形成腐蝕溝槽，或是腐蝕坑加大加深，最后腐蝕至剌漏或穿孔，如圖1 所示。形成環(huán)焊縫腐蝕剌漏或穿孔的部位大部分處于管線的底部，主要集中于4 點到8 點區(qū)間（如圖2 所示），而在管道上半部的環(huán)焊縫上也有形成相對較少的腐蝕坑或點蝕，極個別也可造成剌漏或穿孔。

圖1 克深區(qū)塊雙金屬機械復(fù)合管環(huán)焊縫內(nèi)腐蝕坑或槽形貌Fig.1 Morphology of corrosion pits or grooves in the girth weld of the composite pipe

圖2 克深區(qū)塊雙金屬機械復(fù)合管環(huán)焊縫刺漏或穿孔位置統(tǒng)計結(jié)果Fig.2 Results of puncture or perforation position in the girth weld of the composite pipe

分析這類失效原因，首先是塔里木油田應(yīng)用最多的克拉蘇區(qū)塊，其地面集輸系統(tǒng)面臨高壓（節(jié)流后最高12 MPa）、高溫（最高70.4 ℃）環(huán)境，天然氣中有較高含量的 CO2組分（最高物質(zhì)的量分數(shù)為1.04%），地層水含很高的Cl–（最高1.25×105mg/L），因此腐蝕環(huán)境較為苛刻，內(nèi)襯發(fā)生點蝕、應(yīng)力腐蝕、與基管電偶腐蝕等破壞的風(fēng)險較高[13]。其次，主要是襯層熱影響區(qū)的耐蝕性相對母材變差了，是因為襯層在封焊、根焊、填充焊或過渡焊的多次加熱過程中形成了貧鉻相，在高含Cl–情況下就可形成腐蝕坑或溝槽。第三，焊接時焊縫存在諸多缺陷和根焊使得襯層引入過多的基管成分，導(dǎo)致其耐蝕性下降。第四，管線介質(zhì)溫度的變化導(dǎo)致基管與內(nèi)襯的熱膨脹造成焊縫處應(yīng)力集中，從而加速了內(nèi)襯的腐蝕，也就是應(yīng)力腐蝕比一般均勻腐蝕或非應(yīng)力腐蝕的局部腐蝕要快得多[14-15]。

由于焊縫及其熱影響區(qū)是管材失效的薄弱部位，因此焊縫的力學(xué)性能和耐蝕性能等就成為管材失效的重要影響因素。針對塔里木油田克深二氣田所用的內(nèi)襯是316 L 不銹鋼的雙金屬機械復(fù)合管，最初的焊縫焊接工藝是免充氬保護氬弧焊封焊（R309LT1-5 藥芯焊絲，帶內(nèi)保護）+根焊（R316LT1-5 藥芯焊絲）+過渡層焊（ER309 MoL 實芯焊絲）+電弧焊填蓋（CHE427 或CHE507 碳鋼焊條），隨后采用免充氬保護氬弧焊封焊（R309LT1-5 藥芯焊絲，帶內(nèi)保護）+根焊（R316LT1-5 藥芯焊絲）+過渡層焊（ER309 MoL實芯焊絲）+手工焊填蓋（不銹鋼焊材，ATS-309 MoL）的焊接工藝[5]。由于最初根焊采用了耐蝕性不是很好的不銹鋼焊絲，雖然較基管的耐蝕性要好，但比內(nèi)襯的耐蝕性只是略好，同時加上不能很好保證現(xiàn)場焊接的質(zhì)量，并在根焊部位存在基管與襯管的應(yīng)力集中，使得焊縫耐蝕性（實際上就是抗應(yīng)力腐蝕性能）急劇下降，所以焊縫處及其熱影響區(qū)就很容易被腐蝕，甚至造成應(yīng)力腐蝕開裂而刺漏，還未開裂時則形成較多一定深度的腐蝕溝槽。這樣應(yīng)力腐蝕過程對最初一般不銹鋼焊絲的過渡焊層同樣也有發(fā)生，現(xiàn)場一些焊縫失效包括過渡焊層也被嚴(yán)重的腐蝕就說明這種情況，如圖3 所示，其中圖3b 上的基管已穿孔。

圖3 克深區(qū)塊雙金屬機械復(fù)合管環(huán)焊縫橫截面腐蝕形貌Fig.3 Corrosion morphology of the cross section of the circumferential weld of the composite pipe

2.2 環(huán)焊縫開裂

環(huán)焊縫開裂是雙金屬機械復(fù)合管失效很重要的一種形式，其典型特征是開裂沿著焊縫擴展，多數(shù)開裂處于焊縫與母材熔合線附近的封焊部位，特別是最初雙金屬機械復(fù)合管焊接采用309 焊絲根焊、過渡區(qū)和蓋面采用碳鋼焊條的封焊焊縫發(fā)生這種開裂的情形較多。從宏觀角度來看，多數(shù)環(huán)焊縫開裂發(fā)生在彎頭和管道應(yīng)力集中的部位，其宏觀形貌如圖4 所示。

圖4 塔里木油田雙金屬機械復(fù)合管環(huán)焊縫開裂形貌Fig.4 Cracking morphology of the girth weld of the composite pipe in Tarim oilfield

這種失效的原因首先就是基層與襯層之間的缺口和溫差引起襯層與基層熱膨脹，導(dǎo)致封焊位置存在應(yīng)力集中，易引發(fā)裂紋的萌生（通過塔里木油田克深區(qū)塊地面集輸所用同類管材運行5 年多的焊縫無損檢測發(fā)現(xiàn)，幾乎所有焊縫均存在不同長度的裂紋，最短15 mm，最長350 mm[5]）。其次，由于電弧熱作用，封焊、根焊、填充焊或過渡焊對襯層耐蝕性產(chǎn)生影響（主要是導(dǎo)致熱影響區(qū)貧鉻區(qū)形成）[16-18]，易形成腐蝕坑而成為焊縫開裂的起裂點。第三，封焊焊接時，內(nèi)襯不可避免地會熔入較多的基層碳鋼成分或在這一過程中產(chǎn)生馬氏體，會造成該處的硬度偏高，止裂性差而易開裂。第四，封焊后，由于基管與襯層的縫隙存在，所以等于給封焊的焊縫預(yù)留一個缺口或裂紋，在后續(xù)使用過程中將成為封焊焊縫開裂的起裂源，在現(xiàn)場這種焊接的機械復(fù)合管就發(fā)生了此類環(huán)焊縫開裂事件。第五，封焊后根焊附近有時存在類似未熔合、裂紋、氣孔等缺陷也是環(huán)焊縫開裂的重要原因之一，其形貌見圖5。

圖5 克深區(qū)塊機械復(fù)合管環(huán)焊縫處的缺陷及襯管與基管交接處Fig.5 Defects in the girth weld of the pipe and the junction of the liner and the base pipe

2.3 內(nèi)襯塌陷或鼓包

雙金屬內(nèi)襯復(fù)合管的內(nèi)襯塌陷或鼓包是其最為嚴(yán)重的一種失效形式（見圖6），因為這在所有雙金屬機械復(fù)合管失效類型中所占的比例最大，有些管徑高達到68%[5]。雖然大部分內(nèi)襯塌陷或鼓包不能完全阻斷介質(zhì)的流動，但對介質(zhì)流態(tài)則產(chǎn)生了較大影響。如塌陷占據(jù)了管內(nèi)有效的橫截面，流態(tài)發(fā)生了改變，輸送阻力急劇升高，嚴(yán)重影響管線的正常運行。

圖6 塔里木油田用雙金屬機械復(fù)合管內(nèi)襯塌陷或鼓包形貌Fig.6 Lining collapse or bulge morphology of the composite pipe used in Tarim oilfield

內(nèi)襯塌陷或鼓包的直接原因應(yīng)當(dāng)是內(nèi)襯與基管的結(jié)合力太小和管內(nèi)壓發(fā)生突然改變而造成的，這是由其本身結(jié)構(gòu)特點決定的。從生產(chǎn)原理和制造過程來看，耐蝕內(nèi)襯與維持管體強度的碳鋼基管是通過過盈相嵌起來的，內(nèi)襯先是彈性變形再塑性變形，在維持一定的殘余應(yīng)力后，與基管貼合在一起；基管則是通過彈性變形與內(nèi)襯貼合在一起的，因此內(nèi)襯與基管之間的表面沒有任何粒子或原子的滲透和擴散等物質(zhì)傳輸，僅僅是機械貼合在一起，并沒有形成冶金熔合區(qū)[19]。由此看來，內(nèi)襯與基管的結(jié)合力應(yīng)當(dāng)比較小，其間不加任何其他膠粘劑時，純機械附著力（一般檢測的是剪切強度）一般只有幾個兆帕或更小。如果該類管材采用3PE 外防腐層時，可能這一附著力還會降低。因為制作3PE 防腐層時，其內(nèi)層目前采用的熔結(jié)環(huán)氧粉末通過加熱200～240 ℃后涂敷上去的，而這一加熱溫度正是金屬及其零件的低溫回火溫度，其熱處理主要的作用是消除金屬部件中存在的殘余應(yīng)力[20]，而雙金屬機械復(fù)合管就是憑借這種殘余應(yīng)力使得內(nèi)襯材料與基管保持貼合狀態(tài)，因而其采用3PE 外防腐層施工可能導(dǎo)致內(nèi)襯與基管的附著力降低，這是造成內(nèi)襯層鼓包和塌陷的關(guān)鍵因素之一。不同規(guī)格的雙金屬機械復(fù)合管在外防腐層施工完成后，通過拉脫法測定的剪切強度見表2[21]。研究表明，一定的結(jié)合強度能夠提高機械式復(fù)合管的抗鼓包能力，但結(jié)合強度提高到一定程度后，再提高則不會對復(fù)合管鼓包產(chǎn)生明顯改善，而且過大會造成襯管的反向屈服，反而加劇了失穩(wěn)，因此機械式復(fù)合管的結(jié)合強度應(yīng)控制在一個合理的范圍內(nèi)[22]。

表2 不同規(guī)格雙金屬復(fù)合管結(jié)合強度試驗結(jié)果Tab.2 Bonding strength test results of bimetallic composite pipes of different specifications

同時，如果內(nèi)襯與基管間殘留少量的空氣或水分時，在進行內(nèi)層熔結(jié)環(huán)氧粉末的加熱涂敷時，則層間的空氣就會受熱膨脹或水分受熱汽化進而膨脹。這時較薄的內(nèi)襯（最初一般為1.5～2.5 mm）由于受基管約束而只能向內(nèi)鼓起，形成了內(nèi)襯的鼓包或塌陷現(xiàn)象，有時即使加熱涂敷結(jié)束管體恢復(fù)到常溫，其鼓包或塌陷也無法恢復(fù)到加熱前的形態(tài)，這就是內(nèi)襯的鼓包或塌陷是發(fā)生屈曲失穩(wěn)塑性變形的緣故[23]。因此，加熱涂敷環(huán)氧熔結(jié)粉末可導(dǎo)致部分雙金屬機械復(fù)合管產(chǎn)生鼓包或塌陷現(xiàn)象而被直接查看出來。對塔里木油田一區(qū)塊所用雙金屬機械復(fù)合管3PE 外防腐層施工完成后，檢查到的內(nèi)襯鼓包、塌陷結(jié)果統(tǒng)計見表3[5]。由表3 可見，雙金屬機械復(fù)合管管徑并不是越大越容易鼓包或塌陷，而內(nèi)襯越薄則越易發(fā)生。由此得出管徑越小或內(nèi)襯越厚，內(nèi)襯發(fā)生鼓包或塌陷的可能性越小。

表3 雙金屬復(fù)合管外防腐后襯層鼓包、塌陷比率Tab.3 Rate of bulging and collapse of the lining layer after the external anticorrosion of the pipe

導(dǎo)致雙金屬機械復(fù)合管內(nèi)襯鼓包或塌陷還有其他因素，比如內(nèi)襯與基管因熱膨脹系數(shù)不同，在外防腐施工和生產(chǎn)過程中，由于溫度的不斷改變而使內(nèi)襯與基管可發(fā)生相對滑動，從而造成附著力的不斷減小而可能導(dǎo)致內(nèi)襯的鼓包或塌陷[23]。管線投產(chǎn)后，發(fā)生關(guān)停或某處的剌漏或穿孔，甚至爆管造成內(nèi)壓的急劇下降也可引起內(nèi)襯的鼓包或塌陷。當(dāng)環(huán)焊縫發(fā)生剌漏或穿孔時，管內(nèi)介質(zhì)就會流入襯管與基管的間隙，并經(jīng)過一段時間后，管內(nèi)與間隙的壓力達到平衡，如在后續(xù)的運行過程中管內(nèi)壓力有快速減小的情況（如管線關(guān)?；蚰程幍呢萋┗虼┛咨踔帘艿龋?，這時有可能導(dǎo)致內(nèi)襯的鼓包或塌陷，在油田現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫剌漏或穿孔都伴隨內(nèi)襯的鼓包或塌陷發(fā)生就是最好的證明。事實上，雙金屬機械復(fù)合管的內(nèi)襯鼓包或塌陷所發(fā)生的屈曲失穩(wěn)，與內(nèi)襯的材質(zhì)、直徑與厚度（徑厚比）、初始缺陷（橢圓度、凹度等）等有關(guān)，徑厚比越大、橢圓度越低、襯層與基管的間隙越大，則內(nèi)襯鼓包或塌陷越易發(fā)生[24]。

同時在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，不同生產(chǎn)方法制造的雙金屬機械復(fù)合管產(chǎn)生內(nèi)襯塌陷的幾率不同，相比水下爆炸復(fù)合法，采用液壓擴徑法與機械旋壓法制造的復(fù)合管在外防腐層制作過程中尚未發(fā)生內(nèi)襯塌陷[19]。

2.4 爆管

雙金屬機械復(fù)合管發(fā)生爆管失效的情況比較少，但也有發(fā)生，特別是投用時間越長，爆管事件發(fā)生的次數(shù)就越多。雙金屬機械復(fù)合管爆管現(xiàn)象一般不發(fā)生在焊縫及其附近，發(fā)生的部位一般與焊縫有一段距離。通過對塔里木油田機械復(fù)合管2 次爆管處基管的壁厚檢查發(fā)現(xiàn)，爆管開裂的基管對應(yīng)位置壁厚嚴(yán)重減薄，最薄處已不足1 mm。這說明管內(nèi)介質(zhì)穿過襯管到達間隙后，對基管局部的腐蝕比較嚴(yán)重，使其不能再承受內(nèi)壓而爆裂，如圖7 所示。

圖7 塔里木油田一氣田機械復(fù)合管2 次爆管形貌Fig.7 Morphology of the composite pipe in Tarim oilfield after bursting

對爆管的雙金屬復(fù)合管進行檢查發(fā)現(xiàn)，一起爆管事件的雙金屬復(fù)合管內(nèi)襯環(huán)焊縫發(fā)生了腐蝕穿孔，那么腐蝕介質(zhì)就會通過環(huán)焊縫處內(nèi)襯的腐蝕穿孔到達了間隙中。由于基管的碳鋼與耐蝕的內(nèi)襯兩者耐蝕性能的差異，可形成顯著的電偶腐蝕，使得基管嚴(yán)重腐蝕而局部減薄[25-26]。另一起爆管事件的復(fù)合管環(huán)焊縫及其熱影響區(qū)均完好無損，也就是說引起爆管的基管減薄的腐蝕介質(zhì)不是由內(nèi)襯環(huán)焊縫的刺漏或穿孔進來的，而是中部內(nèi)襯發(fā)生刺漏或穿孔導(dǎo)致的，從現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)就有這樣的爆管事件，圖6b 的爆管就是如此。

圖8 是該油田一集輸管線所用的雙金屬機械復(fù)合管發(fā)生了基管中部的穿孔，現(xiàn)場是通過3PE 外防腐層撕裂處發(fā)生泄漏而發(fā)現(xiàn)的，這種基管中部發(fā)生剌漏或穿孔的失效事件并不多。把該外防腐層剝離后可發(fā)現(xiàn)，在基管中部有一直徑3 mm 的近似橢圓形的穿孔，其明顯是內(nèi)腐蝕穿孔造成的。由于管線內(nèi)部介質(zhì)的沖刷腐蝕，已在基管的外表面形成大小不一、深度不同的長花瓣形溝槽，可見介質(zhì)流速較大、壓力較高。最初的沖刷強度還是比較大的，而外防腐層與基管外的附著力又比較強，從而在基管外表面與外防腐層之間就造成這樣沖刷腐蝕溝槽。通過檢查還發(fā)現(xiàn)，該根復(fù)合管兩端焊縫完好無損，而在與基管穿孔相對應(yīng)的襯管位置上形成了3 條相互接近的穿透性內(nèi)襯裂縫，因此造成基管腐蝕穿孔的介質(zhì)是通過此裂縫泄漏的。由于該根復(fù)合管其他部位并沒有任何損傷，因此推斷內(nèi)襯所形成的裂縫應(yīng)當(dāng)是內(nèi)襯制作、外防腐施工或投產(chǎn)運行中發(fā)生了反復(fù)折疊，從而形成了這樣的內(nèi)襯裂縫。如果在內(nèi)襯已形成裂縫而基管未發(fā)生穿孔前，管內(nèi)壓力有所變化時，那么該根機械復(fù)合管就可發(fā)生鼓包或塌陷。如果泄漏到間隙的介質(zhì)一邊腐蝕一邊漫延，當(dāng)腐蝕造成一定范圍漫延區(qū)域的基管內(nèi)表面減薄到不能承受內(nèi)壓時，就有可能發(fā)生爆管事件，這就與上述后一爆管結(jié)果相同。因此，上述后一爆管事件也應(yīng)當(dāng)是內(nèi)襯反復(fù)折疊開裂或其他原因引起內(nèi)襯開裂或穿孔導(dǎo)致介質(zhì)進入間隙使得基管局部減薄而發(fā)生的。

圖8 塔里木油田一氣田機械復(fù)合管基管中部穿孔和內(nèi)襯開裂形貌Fig.8 Pitting of the base pipe and cracking of the inner lining of the pipe in Tarim Oilfield

對雙金屬機械復(fù)合管現(xiàn)場的失效形式不只以上幾種，還有其他形式。如焊接質(zhì)量問題引起內(nèi)襯的縱向直焊縫開裂，高含Cl–介質(zhì)引發(fā)內(nèi)襯的點蝕穿孔，進而導(dǎo)致基管穿孔或爆管。除以上存在的應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕和點蝕外，雙金屬復(fù)合管還存在疲勞腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕等。

3 雙金屬機械復(fù)合管失效的應(yīng)對措施

針對雙金屬機械復(fù)合管不同失效原因，可采取不同的應(yīng)對措施。實際上采用一種改進或應(yīng)對措施可以同時解決多種類型的失效，目前塔里木油田主要采取以下對策。

3.1 將封焊改為堆焊

為了避免基管與襯管在焊縫處的應(yīng)力腐蝕，提高焊縫附近內(nèi)襯的耐蝕性，將原有在環(huán)焊縫處的基管與襯管的封焊改為堆焊，即將原來的內(nèi)襯在管端口伸出，先改為向內(nèi)縮短一定距離（50～100 mm），然后再用耐蝕合金（現(xiàn)塔里木油田多采用825 鎳基合金，內(nèi)襯材料選用316 L 不銹鋼、2205 雙相不銹鋼、825鎳基合金等）從內(nèi)襯邊開始堆焊直至管端口，堆焊的厚度與內(nèi)襯相同，如圖9 所示。采取這樣堆焊結(jié)構(gòu)以后，可以減少內(nèi)襯在環(huán)焊縫處的應(yīng)力集中，同時后續(xù)的環(huán)焊縫坡口就直接改為V 形結(jié)構(gòu)。

圖9 雙金屬機械復(fù)合管環(huán)焊縫焊接工藝Fig.9 (a) Sealing and (b) overlaying process of the circumferential weld of the bimetal composite pipe

3.2 環(huán)焊縫全部采用鎳基合金焊材

為了提高環(huán)焊縫的耐蝕性，防止環(huán)焊縫整體發(fā)生應(yīng)力腐蝕，現(xiàn)在封焊、根焊、填充焊、過渡焊和蓋面均采用鎳基合金。塔里木油田在克深氣田區(qū)塊，雙金屬機械復(fù)合管的環(huán)焊縫管口采用熱絲TIG 全自動625鎳基焊材堆焊或手工氬弧焊625 鎳基焊材封焊，現(xiàn)場焊口則采用內(nèi)充氬氣保護，均采用ERNiCrMo-3、E NiCrMo-3 鎳基焊材進行焊接。

3.3 增加內(nèi)襯厚度

通過上述失效分析，內(nèi)襯發(fā)生鼓包或塌陷的原因與內(nèi)襯的厚度也有很大關(guān)系。當(dāng)內(nèi)襯越厚，其鼓包或塌陷所需要的屈曲失穩(wěn)應(yīng)力就越大，也就是發(fā)生鼓包或塌陷可能性就會減小，因此增加內(nèi)襯厚度也是控制內(nèi)襯鼓包或塌陷的重要對策之一。前期在現(xiàn)場應(yīng)用的雙金屬機械復(fù)合管內(nèi)襯厚度小的有1.5、2 mm 等，現(xiàn)在要求內(nèi)襯的厚度不少于2.5 mm。

3.4 其他有效對策

針對以上失效原因除采取以上措施外，還有其他可采用的有效對策。例如，為了減少外防腐層施工對內(nèi)襯與基管結(jié)合力的影響，建議對小管徑（≤200 mm）以下的管線采用聚氯乙烯冷緾帶。通過上面的結(jié)合力現(xiàn)場失效統(tǒng)計來看，小管徑（≤200 mm）以下機械復(fù)合管的內(nèi)襯發(fā)生鼓包或塌陷的幾率很小，相反，大管徑發(fā)生的可能性很大，因此建議小管徑的雙金屬復(fù)合管可以采用機械復(fù)合管，而大管徑則必須采用冶金復(fù)合管。同時，建議油田用戶在管線運行期間，關(guān)停管線時緩慢操作，避免其內(nèi)壓突然變化可能引起內(nèi)襯的塌陷或鼓包。

采取了以上這些措施后，現(xiàn)場所用的雙金屬機械復(fù)合管發(fā)生失效事件大大減少，取得了很好的防護效果，使得該類管材在油田得到了廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語

1）雙金屬機械復(fù)合管常見的典型制造方法有機械滾壓法、機械旋壓法、爆炸復(fù)合法、機械拉拔法和液壓脹形法等，各有優(yōu)缺點，其制造產(chǎn)品內(nèi)襯與基管的結(jié)合力均較小。塔里木油田最初以爆炸復(fù)合管為主，后來因其失效較多而使相對較好的機械旋壓法和液壓脹形法的應(yīng)用逐漸增多。

2）塔里木油田所用雙金屬機械復(fù)合管現(xiàn)場失效較多的是環(huán)焊縫腐蝕剌漏或穿孔、環(huán)焊縫開裂、內(nèi)襯塌陷或鼓包、爆管等，失效原因主要是高壓含CO2/Cl–腐蝕環(huán)境、封焊結(jié)構(gòu)、焊接工藝、外防腐層施工、應(yīng)力腐蝕或電偶腐蝕等。

3）油田用雙金屬機械復(fù)合管可采取管端堆焊結(jié)構(gòu)、環(huán)焊縫用鎳基合金焊材、增加內(nèi)襯厚度和小管徑等對策，并加強現(xiàn)場外防腐層施工和焊接質(zhì)量的監(jiān)控，可有效減少其失效事件發(fā)生。