一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法，通过本方法对轧态页岩气套管进行一次完全淬火+一次亚温淬火+高温回火调质热处理后，套管基体中保持一定量的铁素体铁可提高材料的韧性，两次淬火后使得材料晶粒更加细小，各项异性差异也更小，横向冲击韧性和纵向冲击韧性差异更小，同时套管在保持高强度的同时还具有高的韧性。完全能满足页岩气开采套管的工况需求。开采套管的工况需求。

【技术实现步骤摘要】
一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法


[0001]本专利技术涉及页岩气套管热处理领域，尤其涉及一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法。

技术介绍

[0002]中国作为北美之外最大的页岩气生产国，随着页岩气勘探开发的持续快速推进，在埋深3500m以浅的海相页岩区已经建成200
×
108m3的页岩气年产规模。未来全国埋深3500m浅页岩气能否继续稳产上产、埋深超过3500m的深层页岩气的开发潜力如何，既是评价和判断未来中国页岩气资源开发潜力和发展前景等的前提，也是决定能否在川渝地区建成“天然气大庆”的关键。页岩气开采井深深、地层压力大、地质条件复杂，服役工况对生产套管的技术性能要求为：
①
生产套管的下入以上提下放为主，旋转下入为辅。上提下放:下入遇阻，反复上提下放在2000次左右，需具有高抗压缩性和较高的冲击韧性；旋转下入：需具有高抗扭、高抗压缩和高冲击韧性的能力；
②
射孔阶段，炸药产生的冲击载荷易引起管体开裂，需高韧性；
③
压裂阶段，泵压裂液注入引起的交变载荷和温度变化对套管结构完整性的影响，垂直段套管需高抗内压强度，而水平段套管由于受页岩层理发育、地应力大，且存在断层，需高抗挤强度和高韧性。国内页岩气井普遍采用API规格套管特殊扣产品，尽管各个性能指标均可满足油田的指标要求，但油田在压裂施工作业过程中发现普遍存在套管发生点变形的情况严重影响后续作业。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法，采用合适的热处理技术，从而降低套损的发生概率，提高油田开采的成功率。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法，包括：第一次完全淬火
→
第二次亚温淬火
→
高温回火
→
高压水除鳞
→
矫直；
[0006]所述第一次完全淬火包括：对所述的轧态钢管入步进式淬火炉，进行第一次完全淬火处理，淬火温度为890℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，冷却方式为内喷外淋；
[0007]所述第二次亚温淬火包括：对所述第一次完全淬火后的钢管再次入步进式淬火炉，进行第二次亚温淬火处理，淬火温度为830℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，冷却方式为内喷外淋；
[0008]所述高温回火包括：对上述一次完全淬火+一次亚温淬火后的套管，入步进式回火炉中进行回火处理，回火温度为660℃
‑
690℃，保温时间75min，后出炉；
[0009]所述高压水除鳞包括：经过回火处理的钢管出炉进行高压水除鳞，除鳞水压力保持为15
‑
18MPa。
[0010]进一步的，所述矫直具体包括：经过回火高压水除鳞后的钢管进行矫直处理，保持矫直温度≥550℃。
[0011]进一步的，热处理后的材料的屈服强度达到150ksi钢级。
[0012]进一步的，热处理后的材料0℃横向冲击功达到134J，相比较于处理前100J的横向冲击值有了大幅度提高。
[0013]进一步的，热处理后的材料横向冲击韧性和纵向比值大于0.9，相比较于常规调质0.75横纵比有非常好的改善作用。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：
[0015]本专利技术热处理后的页岩气开采用套管晶粒细小，各项异性差异小，横向冲击韧性和纵向冲击韧性差异小，同时套管在保持高强度的同时还具有高的韧性。完全能满足页岩气开采套管的工况需求。
具体实施方式
[0016]下面通过具体实例对本专利技术进行具体描述。
[0017]一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法包括：一次完全淬火+一次亚温淬火+高温回火+高压水除鳞+娇直；具体为：
[0018]首先对稀土页岩气开采轧态套管进行第一次完全淬火，淬火温度为890℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，该钢的AC3为834℃，第一次完全淬火温度在AC3以上50℃，保证合金全部容易奥氏体中，淬火后相变组织全部转变为马氏体同时组织细小均匀；第一次淬火完成后进行第二次亚温淬火，淬火温度为830℃
±
10℃，保温时间45min，亚温淬火的温度为不完全淬火，在一次完全淬火的基础上进行亚温淬火既可以保证基体中保证一定量的铁素体又可以使得剩余组织全部为马氏体，基体含有一定量的铁素体可以使得钢的韧性得到加强，而马氏体在后续回火过程中转变为回火索氏体又具有良好的综合力学性能，两次淬火即材料发生两次相变，可以使组织更加细小，同时两次相变也使得材料的各向异性减轻，横向冲击韧性和纵向冲击韧性的比值增加，横向冲击韧性会更高，亚温淬火在F+A两相区进行奥氏体化，由于奥氏体化温度较低，会有较多未溶的碳化物阻止晶粒长大，形成较细的奥氏体晶粒，降低淬火应力，同时获得马氏体+铁素体的双相组织，条状铁素体分布在细小的马氏体板条之间，然后经过高温回火，回火660℃
‑
690℃，保温时间75min，经过亚温淬火后的钢管回火后有较低的缺口敏感性和较高的强韧性匹配；经过回火处理的钢管出炉进行高压水除鳞，除鳞水压力保持为15
‑
18MPa，在此压力下钢管外氧化铁皮可以完全去除，保持钢管表面质量；经高压水除鳞后的钢管进行热娇直，娇直温度≥550℃，在此温度以上娇直可以降低残余应力使得钢管具有更好抗挤毁性能值。
[0019]对比例：
[0020]含稀土页岩气开采套管常规调质热处理方法为：完全淬火+高温回火+高压水除鳞+娇直；具体为：淬火温度为890℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，回火660℃
‑
690℃，保温时间75min，其它工艺和亚温调质工艺相同，经过常规调质热处理后127
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12.14mm的含稀土页岩气开采套管BT150V检测性能如下：
[0021]表拉伸性能检验结果
[0022][0023]表冲击性能检验结果
[0024][0025]表抗挤毁强度以及残余应力
[0026][0027][0028]按照以上亚温调质方法处理到的规格为127
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12.14mm的含稀土页岩气开采套管BT150VRE检测性能如下：
[0029]表1拉伸性能检验结果
[0030][0031]表2冲击性能检验结果
[0032][0033]表3抗挤毁强度以及残余应力
[0034]试样编号最大压力试验结果残余应力1#196.3试样未发生失效12MPa2#196.4试样未发生失效13MPa3#196.7试样未发生失效15MPa
[0035]实验结果讨论：
[0036]从表1可以看出，材料的屈服强度达到了15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含稀土页岩气开采套管亚温调质热处理方法，其特征在于，包括：第一次完全淬火
→
第二次亚温淬火
→
高温回火
→
高压水除鳞
→
矫直；所述第一次完全淬火包括：对所述的轧态钢管入步进式淬火炉，进行第一次完全淬火处理，淬火温度为890℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，冷却方式为内喷外淋；所述第二次亚温淬火包括：对所述第一次完全淬火后的钢管再次入步进式淬火炉，进行第二次亚温淬火处理，淬火温度为830℃
±
10℃，保温时间45min，后出炉水冷至室温，冷却方式为内喷外淋；所述高温回火包括：对上述一次完全淬火+一次亚温淬火后的套管，入步进式回火炉中进行回火处理，回火温度为660℃
‑
690...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行刚，余泽金，石晓霞，魏淼，贾冬梅，裴福莉，米永峰，周继峰，张海燕，刘国辉，詹飞，陈镇方，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：