具有高强韧性的石油套管及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高强韧性的石油套管及其生产方法，旨在提供一种能够满足油田深井或超深井开采条件需要的具有高强韧性的石油套管及其生产方法。按重量百分比的组成成分为：Ｃ：０．２２～０．３５％、Ｓｉ：０．１７～０．３０％、Ｍｎ：０．４５～０．６０％、Ｃｒ：０．８０～１．１０％、Ｍｏ：０．７０～１．１０％、Ａｌ：０．０１５～０．０４０％、Ｎｉ＜０．２０％、Ｃｕ＜０．２０％、Ｖ：０．０７０～０．１００％、Ｎｂ＜０．０５０％、Ｃａ＜０．００１５％、Ｐ＜０．０１０％、Ｓ＜０．００３％，余量为铁。本发明专利技术的石油套管采用Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｖ合金系的调质钢种，该钢种经过热处理后可以获得超细板条.马氏体基体上弥散分布一定数量的奥氏体韧性相，提高钢的强韧性，以适应承受深井或超深井带来的外挤载荷和轴向载荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金工业的无缝钢管制造
，特别涉及一种适用于深 井或超深井用的具有超高强韧性的石油套管及其生产方法。
技术介绍
随着油气田钻井深度的加大，温度和压力的提高，固定井口用石油套管 服役的地质环境发生了显著变化，使用的力学条件也随之发生了相应变化，其所承受的外挤载荷和轴向载荷越来越高。美国石油协会标准所规定的VI25 等优质石油套管一般釆用Cr-Mo-V系列合金钢种，由于该钢种石油套管的冶 炼和轧制及热处理等工艺复杂，合金成分和制造工艺的'不当，会造成石油套 管的强度和韧性降低，不能承受深井或超深井带来的外挤载荷和轴向载荷， 加剧了名油套管的损伤失效，而套管的损伤失效又极易导致井眼失稳、储层 伤害、钻井及固井困难等复杂问题，使油田作业安全受到严重威胁，甚至导 致毁井事故等重大经济损失。因此，油田对石油套管的性能提出了更高的要 求。目前，深井或超深井用石油套管要解决的问题就是超高强度与高韧性的 匹配问题。高强韧性石油套管的性能不仅与采用的材料成份有关，也与其制 造方法密切相关。众所周知，超高强度钢的沖击韧性取决于钢质的纯净度、 组织的组成和细化程度。采用超纯净冶炼技术，以尽可熊降低超高强度钢中 的硫、磷杂质元素和气体含量，减少夹杂物数量，才可能获得满意的冲击韧 性。采用适当的热处理工艺，在超高强度钢中获得以超细化板条马氏体为基 体、弥散分布奥氏体韧性相为特征的显微组织，在轧制和矫直工艺过程中以 获得高精度的石油套管尺寸和表面质量以及低残余应力为目标，这是实现超 高强韧性石油套管的技术关键和有效途径。但目前的石油套管所采用的钢种中硫、磷等杂质含量较高，金属组织中 含有片状的夹杂物，金属在轧制过程中流动不均造成横向和纵向的机械性能4不一致。而且，在目前的石油套管的生产方法中，在热处理工艺中的淬火介 质为水，容易造成开裂，同时，由于穿孔和轧制工艺以及热处理工艺和矫直 方法不尽合理，不能获得最佳的强韧性匹配，并造成过高的残余应力，而且， 套管的几何尺寸精度较差，这些都直接影响产品的抗挤毁等能力。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够满足油田深井 或超深井开采条件需要的具有高强韧性的石油套管。本专利技术的另 一个目的是提供一种能够满足油田深井或超深井开采条件 需要，具有高强韧性的石油套管的生产方法。本专利技术通过下述技术方案实现一种具有高强韧性的石油套管，其特征在于，按重量百分比的组成成分 为C: 0. 22 ~ 0. 35%、 Si: 0. 17 ~ 0. 30%、 Mn: 0， 45 ~ 0. 60%、 Cr: 0. 80-1. 10%、 Mo: 0.70-1.10%、 Al: 0. 015 ~ 0. 040%、 Ni<0. 20%、 Cu<0. 20%、V: 0.070 -0.100%、 Nb< 0.050%、 Ca< 0.0015%、 P< 0.010%、 S<Q. 003%，余量为铁。其中主要合金元素的作用为C: 0. 22 ~ 0.35%, C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时 效果不明显，太高时会大大降低钢的韧性。Mn: 0.45 - 0.60%， Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，增 加钢中的残余奥氏体量，影响热轧组织的均匀性。Cr: 0.80~1. 10%,铬可提高钢的机械性能、抗腐蚀性，以及提高淬透 性，但其能使钢的回火脆性增加。V: 0. 070 ~ 0.100%,能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧 性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了，同时因为价格很高，所 以要限制使用量。 'Mo: 0. 70 ~1. 10%，主要是通过碳化物及固溶强化形式来提高钢的强度， 含量过高会降低钢的韧性。Nb< 0.050，主要是细化晶粒，显著改善高强钢的韧性。Ni<0. 20,主要提高钢的强韧性，改善钢的抗腐蚀能力，降低钢的脆性 转变温度。Cu<0. 20,铜在合金钢中可以提高钢的强度和耐大气腐蚀性，加入量过多会使钢变脆， 一般不宜超过O. 2%。为了确保优异的强韧性匹配，本专利技术的石油套管的生产方法包括下述步骤(1) 配料冶炼采用海棉铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉(EFA)熔化成 钢水，经炉外精炼(LF)和真空(VD)脱气后，获得制，石油套管的钢水成 分按重量百分比为C: 0. 22 ~ 0.35%、 Si: 0. 17 ~ 0. 30%、 Mn: 0. 45 ~ 0. 60°/。、 Cr: 0. 80 ~ 1.10%、 Mo: 0.70-1.10%、 Al: 0. 015 ~ 0. 040%、 Ni<0.20%、 Cu <0. 20%、 V: 0. 070 ~ 0. 100%、 Nb< 0.050%、 Ca < 0. 0015%、 P< 0.010%、 S < 0.003%,余量为4失。(2) 连铸连轧将上述高纯净钢水连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环 形加热炉内加热，管坯加热炉温为1300 ~ 1320°C，之后，定心、穿孔、连 轧、定减径、冷却、锯切；其中，热定心温度为1260 ~127(TC，热穿孔温 度为1240 ~ 1250°C,连轧温度为1070 ~1120°C，定减径温度为910~ 930°C。环形炉管坯加热温度1280 ~ 1290°C,允许温差士5。C。' 穿孔工艺采用三辊锥形穿孔机，减小合金钢的穿孔剪切应变，防止毛管表面产生 裂紋、折迭、离层等缺陷。取穿孔的延伸率为3. 5~4. 2、径壁比20~28、 扩径率在35%以下，穿孔机的出口速度在0. 9m/s以下，要求连铸圆管坯的 直径公差《土1. 4%、椭圆度公差《2. 5%,保证毛管的几何尺寸和形状精度。 穿孔温度为1240 ~ 1250°C。连轧工艺连轧工艺目的在于将穿孔工序移送来的毛管进行减径、延伸并相应减 壁，同时改善荒管内、外表面粗燥度，提高壁厚均匀性。连轧时，毛管内表面在孔型顶部处与芯棒接触，而在侧壁处则不与芯棒 接触。孔型顶部的金属，由于受轧辊的外压力和芯棒的压力作用而延伸，并 在轴向延伸的同时产生圆周方向的宽展，而孔型侧壁的金属在孔型顶部金属 延伸时也被拉伸，并相应在纵向产生拉缩。控制连轧各道工序的压下率，使 荒管在连轧工艺中变形前后的有效横截面积之比为2. 8~6. 5，以保证石油 套管的纵横向冲击功趋于一致。连轧的最大入口速度在1. 5m/s以内，最大出口速度在3. 5m/s以内，毛管与荒管的^黄截面积之比为3.7左右。连轧溫 度为1070 ~1120°C。 定减径工艺定减径过程是一个空心体连轧的过程，除了起定径的作用外，还要求有 较大的减径率，工作机架数为24架。首先荒管在再加热炉加热至920。C~ 10S0。C后出炉，在出炉辊道出口进行表面测温后，用20MPa的高压水除鳞装 置去除来自连轧机组的荒管在轧制过程产生的氧化铁皮，然后在定减径机中 轧制。定减径轧制温度为910 ~ 930。C，定减径轧制入口速度在0. 5 ~ 1. 4m/s 之间、出口速度在0. 51 ~ 7m/s之间，有效横截面积之比在1. 5以内。(3)热处理将上述荒管采用淬火后再回火的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高强韧性的石油套管，其特征在于，按重量百分比的组成成分为：Ｃ：０．２２～０．３５％、Ｓｉ：０．１７～０．３０％、Ｍｎ：０．４５～０．６０％、Ｃｒ：０．８０～１．１０％、Ｍｏ：０．７０～１．１０％、Ａｌ：０．０１５～０．０４０％、Ｎｉ＜０．２０％、Ｃｕ＜０．２０％、Ｖ：０．０７０～０．１００％、Ｎｂ＜０．０５０％、Ｃａ＜０．００１５％、Ｐ＜０．０１０％、Ｓ＜０．００３％，余量为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李连进，孙开明，付继成，潘道津，张传有，王惠斌，宗卫兵，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]