一种表层石油套管用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及石油开采用钢领域，具体涉及一种表层石油套管用钢及其制造方法。该表层石油套管用钢按重量百分比由以下成分组成：C：0.28‑0.33％，Si：0.17‑0.35％，Mn：1.20‑1.45％，V：0.05‑0.10％，Alt：0.010‑0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤20×10

A Steel for Surface Oil Casing and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种表层石油套管用钢及其制造方法
本专利技术涉及石油开采用钢领域，特别涉及一种表层石油套管用钢及其制造方法，该材料的特点是洁净度高，所制造的表层石油套管口径大壁厚小。
技术介绍
石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管，以保证钻井过程进行和完井后整个油井的正常运行。每一口井根据不同的钻井深度和地质情况，要使用几层套管。套管下井后要采用水泥固井，它与油管、钻杆不同，不可以重复使用，属于一次性消耗材料。所以，套管的消耗量占全部油井管的70％以上。石油套管是维持油井运行的生命线。由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用作用于管体，这对套管本身的质量提出了高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。石油套管在石油开采过程中分有不同的类型套管，分别为表层石油套管、技术石油套管、油层石油套管。表层石油套管保护钻井，使其避免受浅水层及浅气层污染，支撑井口设备并保持套管的其他层重量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种表层石油套管用钢及其制造方法，该材料主要特点是超高洁净度，所制造的表层石油套管特点是口径大壁厚小。因本专利技术表层石油套管用钢的纯净度高，有效的避免了大口径薄壁管在穿管过程出现的质量问题。该钢材料的其制造方法包括冶炼、LF炉外精炼+VD真空脱气和浇注工艺，其中，1)在炼钢工序中，炼钢原料采用优质铁水+自产废钢，铁水兑比70％以上，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，控制终点[C]、[P]，钢水的出钢温度1600-1660℃，钢包合金化；2)在LF炉精炼工序中，控制精炼渣碱度，加强脱硫操作，保持白渣操作，进行成分和温度微调；3)VD炉真空处理工序中，最小真空度小于67Pa，并保持18分钟以上，氩气搅拌及VD炉处理后软吹氩；4)连铸工序中，全保护浇注，采用电磁搅拌，控制中间包温度，稳定拉速，保持较低的过热度。其中，制得的表层石油套管用钢的化学成分按质量百分比计包括：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.35％，Mn：1.20-1.45％，V：0.05-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤20×10-4％,[N]≤70×10-4％，[H]≤2.0×10-4％,余为Fe和不可避免的杂质元素。具体地，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术的表层石油套管用钢，其组织成分按重量百分比为：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.35％，Mn：1.20-1.45％，V：0.05-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤20×10-4％，[N]≤70×10-4％，[H]≤2.0×10-4％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。如本专利技术所述的表层石油套管用钢，优选地，所述钢的组织成分按重量百分比为：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.35％，Mn：1.20-1.45％，V：0.05-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤15×10-4％,[N]≤60×10-4％，[H]≤1.5×10-4％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。如本专利技术所述的表层石油套管用钢，进一步优选地，所述钢的组织成分按重量百分比：C：0.29-0.32％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.30-1.44％，V：0.07-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤15×10-4％,[N]≤60×10-4％，[H]≤1.5×10-4％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其中,进一步作为优选地，五害元素(As+Pb+Sn+Sb+Bi)之和最低值达到0.009％，最大值0.0211％。本专利技术还提供了上述任一表层石油套管用钢的制备方法，包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空处理和连铸工序，具体包括以下步骤：1)在电炉冶炼工序中，为了保证五害元素As、Pb、Sn、Sb、Bi满足要求，必须选用优质铁水+自产废钢。同时保证炉体状况良好，以减少炉体因素而使钢中气体增加，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，均匀脱碳、减少吸氮，控制出钢P含量不大于0.010％，钢水的出钢温度1600-1660℃。出钢过程随钢流加钢芯铝进行脱氧，钢包合金化时按照成分下限配入合金调整；2)在LF炉外精炼工序中，吨钢渣料不小于12Kg，加强脱硫操作，喂入铝线，LF炉出钢前，按照1.5-3.5m/吨钢喂入钙线；3)在VD真空脱气工序中，真空处理时间不小于25分钟，VD后软吹氩时间不小于20分钟，软吹氩时严禁裸露钢水和大氩气量搅拌降温；4)在浇注工序中，采用连铸保护浇注铸坯，连铸中采用电磁搅拌，控制中间包过热度为20-30℃，拉坯速度控制在0.34±0.01m/min。为了保证连铸坯质量，不能在冷床停留，要及时收集入坑缓冷，入坑温度不小于650℃，且缓冷时间72小时以上，保证出坑温度不大于200℃。如本专利技术所述的表层石油套管用钢的制造方法，步骤1)中，采用高温快速脱碳，控制终点C≥0.13wt％，P≤0.010wt％。如本专利技术所述的表层石油套管用钢的制造方法，步骤1)中，钢包合金化，加入高锰合金、硅锰合金、钒铁合金，按吨钢1.5-2.5Kg加入钢芯铝。如本专利技术所述的表层石油套管用钢的制造方法，步骤2)中，精炼渣碱度为3.0～3.5，同时根据成分分析加入高锰、钒铁进行成分微调。如本专利技术所述的表层石油套管用钢的制造方法，步骤2)中，喂铝线1.5-3.5m/t钢、优选2.5m/t钢加强脱硫，喂钙线1.5-3.5m/t钢、优选2.5m/t钢进行钢中夹杂物球化处理。针对该钢材料所制造的表层石油套管用于保护钻井，使其避免受浅水层及浅气层污染，支撑井口设备并保持套管的其他层重量，管子的特点是口径大壁厚小，钢级为J55级。本专利技术提供一种高洁净度钢管坯料及其制造方法，该钢管坯料满足一种口径大壁厚小石油表层石油套管的制造工艺及石油开采稳定使用的要求。管坯钢在制管过程中经热态穿孔、轧制、定径等多道工序，经受各种复杂的应力，管坯表面和内部的缺陷会延伸、扩展、暴露，而且钢管出厂要进行超声波和漏磁联合探伤检验。因此，管坯钢必须有良好的表面和内在质量。本专利技术提供的管坯钢所制造的套管主要特点是口径大壁厚小，且作为石油开采过程中的最外层套管，直接接触水、气、泥浆等恶劣地质的环境。因此，本专利技术提供的管坯钢主要通过严格控制五害元素、P、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表层石油套管用钢，其特征在于，所述钢的组织成分按重量百分比为：C：0.28‑0.33％，Si：0.17‑0.35％，Mn：1.20‑1.45％，V：0.05‑0.10％，Alt：0.010‑0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤20×10

【技术特征摘要】
1.一种表层石油套管用钢，其特征在于，所述钢的组织成分按重量百分比为：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.35％，Mn：1.20-1.45％，V：0.05-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤20×10-4％，[N]≤70×10-4％，[H]≤2.0×10-4％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。2.如权利要求1所述的表层石油套管用钢，其特征在于，所述钢的组织成分按重量百分比为：C：0.28-0.33％，Si：0.17-0.35％，Mn：1.20-1.45％，V：0.05-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤15×10-4％，[N]≤60×10-4％，[H]≤1.5×10-4％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。3.如权利要求1所述的表层石油套管用钢，其特征在于，钢的组织成分按重量百分比：C：0.29-0.32％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.30-1.44％，V：0.07-0.10％，Alt：0.010-0.040％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，As≤0.0100％，Pb≤0.0100％，Sn≤0.0100％，Sb≤0.0100％，Bi≤0.0100％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤0.0250％，[O]≤15×10-4％，[N]≤60×10-4％，[H]≤1.5×...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳峥容，张佩，吴明洋，周宪海，李金浩，郑桂芸，邹春峰，张海霞，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37