一种高抗挤抗硫套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高抗挤抗硫套管，其含有Fe以及不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.25～0.35％，Si：0.5～1.0％，Mn：0.10％～0.40％，Cr：0.60～1.40％，Mo：0.80～1.20％，V：0.01～0.05％，Nb：0.02～0.08％，B：0.0010～0.0025％，Ce：0.010～0.020％，Al：0.005～0.02％，Ca：0.001～0.004％，Ti：0.001～0.005％。此外，本发明专利技术还公开了上述高抗挤抗硫套管的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和浇铸，以得到管坯；(2)加热、穿孔、热轧，以得到荒管；(3)淬火+回火调质热处理，以获得100％的回火马氏体；(4)矫直：矫直温度为550～600℃。本发明专利技术所述的高抗挤抗硫套管具有高强度、高抗挤毁和高抗硫化氢应力腐蚀性能，其可以服役于恶劣开采环境，能够有效应用于含硫化氢的石油天然气的开采工程中。硫化氢的石油天然气的开采工程中。

【技术实现步骤摘要】
一种高抗挤抗硫套管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种套管及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着浅层石油资源的逐渐枯竭，我国油气开采重点已转向中西部地质条件更加恶劣的深井、超深井、酸性含硫化氢油气田，这些恶劣的开采环境对于石油管的强度和耐硫化氢腐蚀性能提出了更高的要求。
[0003]套管是油气井完井作业中不可缺少的专用管材，其起着保护井眼、加固井壁、隔绝井下油、气、水层及封固各种复杂地层，保证钻进的作用；随着深井超深井的不断开发，油田对套管产品的抗挤压性能也提出了更高的要求，开采井深的不断增加对于套管刚的性能也提出了更高的要求，其要求套管钢具有更优的均质性、强韧性和抗地层压力性能。
[0004]已有研究表明，材料的屈服强度、残余应力、壁厚不均度以及钢管的外径椭圆度是影响套管抗挤毁性能的四大关键因素，屈服强度越高、残余应力越低，则套管的抗挤毁性能越好。而材料的屈服强度、晶粒度、弥散析出相、带状组织等是同时也是影响套管抗硫化氢应力腐蚀性能的关键因素，屈服强度越低，晶粒度越细、析出相越小越弥散、带状偏析带越小，套管的抗硫化氢应力腐蚀越好。由此可见，材料的高屈服强度和抗挤毁性能与材料的抗硫化氢腐蚀性能是一对矛盾的存在，对于7000米以上深井超深井酸性油气资源的开发，解决这一矛盾具有十分重要的现实意义。
[0005]公开号为CN102251180A，公开日为2011年11月23日，名称为“一种含稀土超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法”的中国专利文献公开了一种含稀土超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法，通过在Cr
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Mo低合金钢种添加0.0005
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0.01％的稀土元素，获得强度≥140000PSI、残余应力≤80MPa、冲击功≥80J、晶粒度≥8级的抗挤毁石油管。但该专利套管仅具备高强度和抗挤毁性能，不具备抗硫化氢应力腐蚀能力，产品无法应用于含硫化氢的酸性油气田。
[0006]公开号为JP63210236A，公开日为1988年8月31日，名称为“一种抗锯用高塌陷油井管的制造方法”的日本专利文献，公开了一种高抗挤抗硫石油套管及制造方法，其通过传统Cr
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Mo钢添加Nb元素，调质热处理后并通过200
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500℃温矫直或冷矫直后再加热处理使得钢管既保持高的抗击强度又有较好的抗腐蚀性能。但该专利的成分和工艺过于简单，对钢种的微观组织和残余应力均未进行严格控制，产品抗挤毁性能和抗硫化氢腐蚀无法满足日益苛刻的深井、超深井油气田开采开发需求。
[0007]公开号为CN101532113A，公开日为2009年9月16日，名称为“一种抗挤毁石油套管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种抗挤毁石油套管及其制造方法，其通过Cr
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Mo合金体系，配以Nb、V、Al、Ti、B等微合金元素，并通过热轧斜轧等轧制方式进行微观组织和织构控制，延缓压溃失稳，获得纳米级析出相颗粒以及管壁切向方向(111)织构形成的骨架结构，从而生产性能优良的超高强度抗挤毁套管，通过该方法生产的95ksi、110ksi以及125ksi钢级的抗挤毁套管抗挤性能超过同类产品10％以上。但是该方法生产的套管未能从
晶粒度、析出相以及屈服强度控制等角度考虑材料的抗硫化氢腐蚀性能，产品仍然无法应用于含硫化氢酸洗油气田开采。
[0008]由此可见，上述现有专利中的技术方案均未解决油井管抗硫性能和高强度抗挤毁性能之间的关系，而通过我们的研究发现，通过合理成分设计来降低材料的偏析和提高强韧性可以很好解决这一矛盾，而偏析元素的控制、析出相的调整和晶粒度细化的设计，可以保证高强度油井管保持高强度获得抗挤毁性能的同时，获得更好的抗硫化氢应力腐蚀性能。
[0009]基于此，本专利技术期望获得一种高抗挤抗硫套管，其具有高强度、高抗挤毁和高抗硫化氢应力腐蚀性能，该高抗挤抗硫套管的屈服强度为758
‑
862MPa、抗拉强度≥793MPa，抗挤强度≥65MPa，残余应力≤80MPa，抗H2S应力腐蚀K
1SCC
≥30MPa*m
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，其可以服役于恶劣开采环境，能够有效应用于含硫化氢的石油天然气的开采工程中，具有十分重要的现实意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的之一在于提供一种高抗挤抗硫套管，其通过合理的化学元素成分设计，可以获得具有高强度、高抗挤毁和高抗硫化氢应力腐蚀性能的套管。本专利技术所述的高抗挤抗硫套管的屈服强度为758
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862MPa、抗拉强度≥793MPa，抗挤强度≥65MPa，残余应力≤80MPa，抗H2S应力腐蚀K
1SCC
≥30MPa*m
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，其可以服役于恶劣开采环境，能够有效应用于含硫化氢的石油天然气的开采工程中，具有十分重要的现实意义。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高抗挤抗硫套管，其含有Fe以及不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0012]C：0.25～0.35％，Si：0.5～1.0％，Mn：0.10％～0.40％，Cr：0.60～1.40％，Mo：0.80～1.20％，V：0.01～0.05％，Nb：0.02～0.08％，B：0.0010～0.0025％，Ce：0.010～0.020％，Al：0.005～0.02％，Ca：0.001～0.004％，Ti：0.001～0.005％。
[0013]进一步地，在本专利技术所述的高抗挤抗硫套管中，其各元素质量百分含量为：
[0014]C：0.25～0.35％，Si：0.5～1.0％，Mn：0.10％～0.40％，Cr：0.60～1.40％，Mo：0.80～1.20％，V：0.01～0.05％，Nb：0.02～0.08％，B：0.0010～0.0025％，Ce：0.010～0.020％，Al：0.005～0.02％，Ca：0.001～0.004％，Ti：0.001～0.005％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
[0015]在本专利技术所述的高抗挤抗硫套管中，其各化学元素的设计原理如下所述：
[0016]C：在本专利技术所述的高抗挤抗硫套管中，C是保证强度及淬透性的重要元素。当钢中C元素含量较低，C元素含量小于0.25％时，不仅钢材的淬透性会受到影响，而且在一定的回火温度以上难以获得足够的强度难来保证材料的抗挤毁性能。而当钢中C元素含量过高，C元素含量高于0.35％时，则淬火时易出现裂纹，同时还会增大晶界粗大碳化物的析出倾向。因此，考虑到本技术方案中C元素对高抗挤抗硫套管性能的影响，在本专利技术所述的高抗挤抗硫套管中，将C元素的质量百分含量控制在0.25～0.35％之间。
[0017]当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，可以将C元素的质量百分含量控制在0.28～0.32％之间。
[0018]Si：在本专利技术所述的高抗挤抗硫套管中，Si是钢中的脱氧剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高抗挤抗硫套管，其含有Fe以及不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.25～0.35％，Si：0.5～1.0％，Mn：0.10％～0.40％，Cr：0.60～1.40％，Mo：0.80～1.20％，V：0.01～0.05％，Nb：0.02～0.08％，B：0.0010～0.0025％，Ce：0.010～0.020％，Al：0.005～0.02％，Ca：0.001～0.004％，Ti：0.001～0.005％。2.如权利要求1所述的高抗挤抗硫套管，其特征在于，其各元素质量百分含量为：C：0.25～0.35％，Si：0.5～1.0％，Mn：0.10％～0.40％，Cr：0.60～1.40％，Mo：0.80～1.20％，V：0.01～0.05％，Nb：0.02～0.08％，B：0.0010～0.0025％，Ce：0.010～0.020％，Al：0.005～0.02％，Ca：0.001～0.004％，Ti：0.001～0.005％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高抗挤抗硫套管，其特征在于，不可避免的杂质中的各化学元素满足下述各项的至少其中之一：S≤0.003％，P≤0.010％，O≤0.0020％，N≤0.006％。4.如权利要求3所述的高抗挤抗硫套管，其特征在于，不可避免的杂质中的各化学元素满足下述各项的至少其中之一：S≤0.001％，P≤0.008％，O≤0.0015％。5.如权利要求1或2所述的高抗挤抗硫套管，其特征在于，其各化学元素含量进一步满足下述各项的至少其中之一：C：0.28～0.32％，Si：0.6～0.8％，Cr：0.8～1.0％，Nb：0.03～0.05％，B：0.0015～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，张春霞，左宏志，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：