一种完井用抗细菌腐蚀连续管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种完井用抗细菌腐蚀连续管及其制造方法，其专用板材的化学成分按质量百分数为：C：0.02‑0.06％；Si：0.15‑0.30％；Mn：0.4‑0.8％；P：≤0.01％；S：≤0.005％；Cu：1.0‑3.0％；Cr：0.4‑0.6％；Ni：0.1‑0.25％；Mo：0.2‑0.5％；Ti：0.01‑0.04％；Nb：0.02‑0.06％，Re：≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。通过添加更多的铜并采取特殊的热处理，使管材基体中均匀、弥散地分布着铜的析出相(ε‑Cu)，服役过程中管材表面溶出的铜离子与细菌接触，导致细菌死亡，从而解决了管材在井下服役过程中的细菌腐蚀问题。

【技术实现步骤摘要】
一种完井用抗细菌腐蚀连续管及其制造方法
：本专利技术涉及石油天然气管材
，特别涉及一种完井用抗细菌腐蚀连续管及其制造方法。
技术介绍
：在油气的开发过程中，向地下钻出井管并下入套管后，需进行完井操作。一般用常规油管进行完井，将单根长度10米左右的普通低碳无缝钢管，采用螺纹接头连接至所需长度。而常规油管完井作业效率低，需要将每根油管进行螺纹与接箍连接，作业人员多，施工时间长。同时，单井螺纹接头较多，在螺纹连接部位，易发生泄漏及缝隙腐蚀，影响气井产率。中国专利CN108999597A公开的“一种用于气举生产的中心完井管柱及气举施工方法”，采用了连续管及其配套工具进行完井。中国专利CN105945517B公开的“一种连续速度管柱及其制造方法”，采用连续管替代常规油管，用作速度管柱，达到提高气井排液能力，解决气井积液问题。采用连续管替代常规油管进行完井或用作速度管柱，其优势在于连续管单根长度达上千米，无需螺纹连接，下井速度快，后期起出方便，在不动井下管柱的情况下，可完成多项井下作业，如实现通井、洗井、射孔、完井联作。随着连续管产品国产化以及连续管作业技术的发展，采用连续管替代常规油管进行完井或用作速度管柱的技术推广应用较快。无论是常规油管还是连续管，用于完井时将下入井内长期服役，井内管材除了受到常规的电化学腐蚀，微生物引起的管材腐蚀问题也日益突出。能够对金属产生腐蚀的微生物是多种多样的，其中腐蚀性最强的微生物是细菌，细菌腐蚀常以局部快速点蚀穿孔为主要特征，其发生、发展具有不可预见性，导致的管材失效从几周到几年不等。油气井针对细菌腐蚀主要防治措施有添加缓蚀剂和杀菌剂、材料表面涂料/涂层处理、阴极保护、使用抗菌材料等，并逐渐重视相关研究。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种完井用抗细菌腐蚀连续管及其制造方法，通过添加足量的铜和进行抗菌热处理，使管材基体中均匀、弥散地分布着铜的析出相(ε-Cu)，在连续管服役过程中管材表面溶出的铜离子与细菌接触，破坏细菌细胞壁和细胞膜，使胞内蛋白质露出从而导致细菌死亡，有效解决了管材在井下长期服役过程中的细菌腐蚀问题，保障了管材长期服役的安全性及气井长期的产率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种完井用抗细菌腐蚀连续管，所述抗细菌腐蚀连续管专用板材的化学成分按质量百分数为：C：0.02-0.06％；Si：0.15-0.30％；Mn：0.4-0.8％；P：≤0.01％；S：≤0.005％；Cu：1.0-3.0％；Cr：0.4-0.6％；Ni：0.1-0.25％；Mo：0.2-0.5％；Ti：0.01-0.04％；Nb：0.02-0.06％，Re：≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。上述合金成分的选择依据为：1、铜(Cu)的设计范围：1.0-3.0％。其原因：研究表明各种金属及其合金或非金属材料耐微生物腐蚀剂的敏感性不同，金属离子都具有不同程度的抗菌能力，实际使用时银离子的抗菌性能最好，其次是铜离子和锌离子。从其冶炼工艺考虑，可以添加银、铜和锌等具有抗菌特性的金属元素，就能从材料自身的角度上解决细菌问题。综合考虑连续管的经济性及生产工艺，选择添加铜作为抗菌元素。该方法在炼钢过程中有意地加入比传统含铜钢更多的铜元素并在制备的过程中采取特殊的热处理工艺使钢基体由内到外均匀、弥散地分布着铜的析出相(ε-Cu)。其杀菌机理是：ε-Cu析出相在表面附着的液体中容易游离出铜离子与细菌接触，破坏其细胞壁和细胞膜，使得胞内蛋白质露出而导致细菌死亡，使其通过材料表面铜离子的持续溶出而拥有良好抗菌能力。2、碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)的设计范围：C：0.02-0.06％；Si：0.15-0.30％；Mn：0.4-0.8％。其原因：由于更多铜元素的加入，为保证板材后续制管过程中的焊接性能，将板材C当量控制在≤0.60。碳当量技术参考经验公式:C当量＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]×100％，式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量。碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)能够提高钢的强度，本专利技术采用低碳、低锰成分设计，有利于控制板材的C当量，为后续连续管高质量、连续稳定焊接提供有力保障；同时，能够实现减少板材带状组织，从而提高管材的抗应力腐蚀性能。3、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)的设计范围：Cr：0.4-0.6％；Ni：0.1-0.25％；Mo：0.2-0.5％。其原因：由于连续管将在井内长期服役，需要管材具备一定的耐蚀性能，设计加入一定量改善耐腐蚀性能的元素：铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)，以提高管材耐均匀腐蚀、抗氧化腐蚀、抗点蚀性能。4、钛(Ti)、铌(Nb)的设计范围：Ti：0.01-0.04％；Nb：0.02-0.06％。其原因：由于连续管在生产、服役过程中要经过多次弯曲，对管材的韧性要求较高，设计加入强碳、氮化合物形成元素：钛(Ti)、铌(Nb)，在均热和再加热过程中均可阻止奥氏体晶粒长大，在奥氏体化时形成细晶组织和细小碳化物，细化奥氏体晶粒，提高管材的强韧性，显著改善热影响区的韧性。5、稀土元素(Re)的设计范围：Re：≤0.02％。其原因：稀土元素(Re)具有广谱抗菌性能，在材料表面的稀土离子能够对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌表现出抗菌性，且制备含稀土元素抗菌钢不需进行抗菌热处理。同时，稀土元素能有效去除氧、硫、磷、氢、氮等气体，以及改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善钢的各种性能。设计稀土元素Re为镧(La)、铈(Ce)及铕(Eu)的混合稀土金属，按重量占比分别为：La30％，Ce40％，Eu30％。6、磷(P)、硫(S)的设计范围：P：≤0.01％；S：≤0.005％。磷(P)、硫(S)是极为有害的元素，对于连续管产品更应严格控制，综合考虑制造成本及服役环境，提出本专利技术设计范围。上述一种完井用抗细菌腐蚀连续管的制造方法，包括的步骤有：步骤1：卷板制备：将铁水作为主原料进行预脱硫处理，使钢水的成分质量百分数达到上述要求即可出钢，铸成100-200mm厚度的板坯，通过热机械控制轧制工艺，经粗轧、精轧，轧成宽度1000-1200mm，厚度3.18-6.35mm的热轧板，在550-650℃进行卷板卷取；步骤2：抗菌热处理：抗菌热处理具体工艺：将卷板加热至800-900℃固溶，保温20-40min后空冷，空冷后加热到450-650℃，保温1-2h等温时效后空冷，最后经过酸洗、检测后，经张力卷曲机卷曲成卷板供制管使用；步骤3：卷板纵剪和对焊接长：将制备好的卷板按照连续管规格要求，通过纵剪机组分成宽度120～280mm的钢带；将前后两条钢带的端头加工成40-50°后进行拼接，对接钢带长度根据所需连续管长度而定，焊接方法采用搅拌摩擦焊或等离子填丝焊进行斜焊缝焊接；焊后对焊缝进行步骤2的抗菌热处理；步骤4：钢带制管：采用排辊成型方法控制钢带成型；采用高频感应焊接方法焊接管坯；调整焊接参数，提高焊接热输入，焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种完井用抗细菌腐蚀连续管，其特征在于：所述抗细菌腐蚀连续管专用板材的化学成分按质量百分数为：C：0.02-0.06％；Si：0.15-0.30％；Mn：0.4-0.8％；P：≤0.01％；S：≤0.005％；Cu：1.0-3.0％；Cr：0.4-0.6％；Ni：0.1-0.25％；Mo：0.2-0.5％；Ti：0.01-0.04％；Nb：0.02-0.06％，Re：≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种完井用抗细菌腐蚀连续管，其特征在于：所述抗细菌腐蚀连续管专用板材的化学成分按质量百分数为：C：0.02-0.06％；Si：0.15-0.30％；Mn：0.4-0.8％；P：≤0.01％；S：≤0.005％；Cu：1.0-3.0％；Cr：0.4-0.6％；Ni：0.1-0.25％；Mo：0.2-0.5％；Ti：0.01-0.04％；Nb：0.02-0.06％，Re：≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种完井用抗细菌腐蚀连续管的制造方法，其特征在于：包括的步骤有：
步骤1：卷板制备：将铁水作为主原料进行预脱硫处理，使钢水的成分质量百分数达到上述要求即可出钢，铸成100-200mm厚度的板坯，通过热机械控制轧制工艺，经粗轧、精轧，轧成宽度1000-1200mm，厚度3.18-6.35mm的热轧板，在550-650℃进行卷板卷取；
步骤2：抗菌热处理：抗菌热处理具体工艺：将卷板加热至800-900℃固溶，保温20-40min后空冷，空冷后加热到450-650℃，保温1-2h等温时效后空冷，最后经过酸洗、检测后，经张力卷曲机卷曲成卷板供制管使用；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿斌，刘云，毕宗岳，鲜林云，余晗，赵勇，汪海涛，王维亮，王亮，李小龙，刘玉栋，李博锋，赵博，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，宝鸡石油钢管有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11