一种稠油开发用高强度耐热套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种稠油开发用高强度耐热套管，按重量百分比计，含有C：0.08

【技术实现步骤摘要】
一种稠油开发用高强度耐热套管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种耐热套管，特别涉及一种稠油开发用高强度耐热套管及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着石油开采工业的不断发展和石油消耗量的不断增加，稠油已成为国内外许多石油公司的主要产量来源。稠油开采通常有蒸汽吞吐和汽驱等两种开采方式。蒸汽吞吐是指在本井中完成注蒸汽、焖井和开井生产三个过程的稠油开采方法。蒸汽驱是指通过适当井网，由注汽井连续注汽，在注入井周围形成蒸汽带，注入的蒸汽将地下原油加热并驱到周围生产井后产出。九十年代以前，我国稠油开采主要以蒸汽吞吐井为主。但是，国内油田采用蒸汽吞吐开采技术进行稠油开发已普遍进入高轮次、后续开采阶段，因地层压力下降，开发效果变差，产量降低。采用稠油蒸汽驱井开发方式，可以有效地提升稠油油田进入高轮次开采阶段后的采收率，对提高稠油产量有突出效果。
[0003]随着稠油开采方式由蒸汽吞吐井向汽驱井的转变，对耐热套管也提出了更高要求。和普通油气开发的低温工况环境不同，稠油蒸汽驱开发具有350℃、17MPa蒸汽压力和长时间服役的特点，套管在长期服役过程中受到升温
‑
降温所导致的周期应力变化以及高温环境下发生蠕变使套管发生变形，因此要求耐热套管具有良好的高温力学性能和抗蠕变性能，防止套管在高温环境下力学性能不足或者材料蠕变导致套损问题。
[0004]CN200810204727.6公开了一种耐热套管用钢，其重量百分比组分为：C 0.2
‑
0.30％，Si 0.10
‑/>0.3％，Mn 0.4
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1.0％，Cr 0.5
‑
1.5％，W 0.1
‑
0.5％，其它为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括步骤：按上述成分配比冶炼、浇铸和热轧形成无缝钢管；在820℃～920℃温度区均温后保温30
‑
60分钟进行奥氏体化充分处理；进行淬火处理；淬火管在580℃～720℃温度区间均温后保温30
‑
90分钟进行回火处理。
[0005]CN201710469926.9公开了一种无缝钢管、其制造方法及稠油热采套管。按重量百分含量计，无缝钢管包括：C 0.20～0.30％、Si 0.20～0.60％、Mn 0.50～1.20％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr 0.80～1.30％、Mo 0.30～0.70％、Ti 0.005～0.02％、Ni≤0.10％、Al 0.01～0.05％、余量为铁Fe和不可避免的杂质。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种稠油开发用高强度耐热套管及其制造方法，该石油套管兼具有良好的高温强度和抗蠕变性能，可以满足稠油开发高温环境下对套管性能使用要求，尤其可以满足采用蒸汽驱井开发方式开采稠油对套管性能的需求。
[0007]稠油开发的环境温度较高，一般达到350℃，套管需要具有良好的高温力学性能和抗蠕变性能，以防止套管在高温环境下力学性能不足或者材料蠕变导致套损问题。通常的设计思路是添加Cr、Mo、W等合金元素以通过其引起固溶强化增强基体原子间的结合力，提高高温环境下材料的强度，形成对抵抗蠕变有利的微观组织。
[0008]钢的晶粒尺寸对蠕变性能也有显著的影响。随着蠕变的不断进行，晶界滑动和晶界扩散比较充分，促进了空洞、裂纹沿晶界形成和发展，最后导致材料断裂。相对于细晶材料来说，粗晶材料的晶界总面积比较小，晶界滑动产生变形也相对少一些，具有低的蠕变速度和较高的蠕变断裂极限，因此增大晶粒尺寸可以提升材料的抗蠕变性能。但是现有技术中耐热套管热处理采用离线淬火+回火的热处理工艺，套管在热轧后冷却至室温，在淬火炉内重新奥氏体化并进行淬火和回火，这种热处理工艺会显著细化晶粒，降低抗蠕变性能。
[0009]在本专利技术提供的实施例中，采用与现有技术不同的在线控冷技术，套管在热轧后直接在线进行淬火，省却离线淬火工序，同时套管在热轧后利用余热进行在线淬火会保留热轧态原始的粗大晶粒，解决了传统离线热处理工艺中套管奥氏体化后淬火所产生的晶粒细化问题，可以改善材料的抗蠕变性能。但是套管在热轧后直接淬火时因晶粒畸变储存了较高的能量，在淬火过程中易发生开裂，因此本专利技术提供的实施例结合在线控冷工艺特点对耐热套管的C、Mn、Cr、Mo、W等合金种类及含量进行优化设计，防止管体裂纹和应力集中，保证生产的安全和质量的稳定。由于Ti、Nb等合金元素的析出物会细化晶粒，因此本申请不添加Ti或Nb。
[0010]本专利技术一方面提供一种稠油开发用高强度耐热套管，按重量百分比计，含有C：0.08
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0.19％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.0
‑
1.8％；Cr：1
‑
2％Mo：0.1
‑
0.4％；W：0.1
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0.5％；V：0.01
‑
0.15％；Al：0.01
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0.05％；N≤0.008％；Fe和不可避免的杂质，其中，不含有Ti或Nb。
[0011]本专利技术的一方面还提供一种稠油开发用高强度耐热套管，按重量百分比计，含有C：0.08
‑
0.19％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.0
‑
1.8％；Cr：1
‑
2％；Mo：0.1
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0.4％；W：0.1
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0.5％；V：0.01
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0.15％；Al：0.01
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0.05％；N≤0.008％；余量Fe和不可避免的杂质。
[0012]进一步地，按重量百分比计，其中，C:0.1
‑
0.16％；Si:0.15
‑
0.35％；Mn:1
‑
1.6％；Cr:1
‑
1.5％；Mo:0.15
‑
0.4％；W:0.2
‑
0.5％；V:0.05
‑
0.12％；Al:0.015
‑
0.035％。
[0013]进一步地，上述不可避免的杂质包括P和S元素，其中P≤0.015％，S≤0.005％。
[0014]进一步地，P≤0.013％，S≤0.003％。
[0015]本专利技术提供的高强度耐热套管中的各化学元素的设计思路为：
[0016]C：C为碳化物形成元素，其可以提高钢的强度。当C含量低于0.08wt％时，会使得钢的淬透性降低，从而降低钢的强度和韧性。然而，当C含量高于0.19wt％时，则会增加钢的淬火开裂敏感性，在在线淬火时易产生淬火裂纹。为了达到石油套管的高强度的要求，在本专利技术的技术方案中需要将C元素的含量控制为0.08～0.19wt％。
[0017]Si：Si固溶于铁素体，其可以提高钢的屈服强度，但是Si元素的添加量不宜过高，太高的Si元素会恶化钢的加工性和韧性，低于0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，按重量百分比计，含有C:0.08
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0.19％；Si:0.1
‑
0.4％；Mn:1.0
‑
1.8％；Cr:1
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2％；Mo:0.1
‑
0.4％；W:0.1
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0.5％；V:0.01
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0.15％；Al:0.01
‑
0.05％；N≤0.008％；Fe和不可避免的杂质，其中，不含有Ti或Nb。2.一种稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，按重量百分比计，含有C:0.08
‑
0.19％；Si:0.1
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0.4％；Mn:1.0
‑
1.8％；Cr:1
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2％；Mo:0.1
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0.4％；W:0.1
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0.5％；V:0.01
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0.15％；Al:0.01
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0.05％；N≤0.008％；余量Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，按重量百分比计，其中，C:0.1
‑
0.16％；Si:0.15
‑
0.35％；Mn:1
‑
1.6％；Cr:1
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1.5％；Mo:0.15
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0.4％；W:0.2
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0.5％；V:0.05
‑
0.12％；Al:0.015
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0.035％。4.如权利要求1或2所述的稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，按重量百分比计，所述不可避免的杂质包括P和S，其中，P≤0.015％，S≤0.005％。5.如权利要求4所述的稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，P≤0.013％，S≤0.003％。6.根据权利要求5所述的稠油开发用高强度耐热套管，其特征在于，通过以下步骤制备：冶炼步骤：根据权利要求5所述的稠油开发用高强度耐热套管的化学组分进行配料，得
到原料，并对所述原料进行冶炼得到坯料；连铸步骤：控制钢水过热度低于40℃，连铸拉速为2.0
‑
2.4m/min；穿孔步骤：使圆坯在1200
‑
1260℃的环形炉内进行加热，穿孔温度为1120
‑
1200℃；轧制步骤：控制终轧温度为98...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓明，张忠铧，杨为国，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：