一种石油天然气开采用P110级膨胀管的制备方法，属于金属材料领域。膨胀管的化学成分以质量百分比计，含有C：0.10～0.30、Mn：0.70～2.0、Si：0.3～1.5、Al：0~1.0、Nb：0.02~0.1、Ti：0~0.02、其余为Fe和不可避免的杂质。在通过冶炼、轧制获得相关合金板后，对合金板进行卷板加工，然后焊接制成膨胀管，最后通过完全奥氏体化后淬火以及后续的亚温回火-淬火-配分处理共两套工序的热处理工艺，使膨胀管管材达到预期的强度标准和塑性变形能力，保证管材膨胀前后的力学性能均能满足API及其它有关标准的规定。测试结果表明，本发明专利技术方法生产的P110钢级多相高均匀延伸膨胀管表现出很高的强度、塑性、韧性以及延伸率。其综合力学性能优于常规的淬火-回火钢、Trip钢以及Q&P钢。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁材料领域，尤其涉及一种石油天然气开采用PllO级膨胀管的制备方法。
技术介绍
近年来，随着石油钻采工业的蓬勃发展，相关的勘探开发拓展到了海洋作业以及陆地超深井作业等复杂领域，海洋钻探以及陆地超深井的开采这些全新课题的出现使得油气勘探开发的难度日益增大。在这些领域中，传统的油气井作业方式受到了严重的限制，其原因在于，原有的技术套管是由多种尺寸的套管组成的，其井身结构呈上大下小的锥形，随着井深的增加，下入井眼中的套管层次也在不断增加，从而使可利用的井眼直径越来越小， 而大大增加了钻井的成本，在深井超深井钻井中，井眼直径的不断缩小甚至有可能导致无法最终钻达目的层。在这种情况下，上世纪九十年代末，壳牌公司首先提出了可膨胀套管技术，并由Enventure公司在墨西哥湾的海洋深井作业中完成了世界上的首次膨胀管的商业应用。膨胀管是一种具有良好塑性的金属钢管，可以广泛应用于钻井、完井、采油以及修井等作业过程中，是21世纪石油钻采行业的重大技术变革。可膨胀套管技术，就是通过在井下将钻井管(膨胀管)往径向膨胀，使其内、外径扩大，实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层次套管，以提高应对多个复杂地层的钻采能力，提高作业成功率，降低钻井成本。该项技术的诞生，使得由下入井眼中的管柱所导致的井眼尺寸的减小达到最低限度，从而使得传统上一些无法经济开采的深层油气藏得以开采，大大降低了该类油气田的开发成本， 同时可以极大地降低油气井建井成本，据统计，采用该项技术可以降低44%的钻井液用量、 42%的水泥用量、38%的套管用量和59%的钻屑生成量(杨传勇.国外可膨胀套管技术的发展及应用.石油机械.2006，34 (10):74-76)。自问世以来，膨胀管技术在世界范围内得到了蓬勃的发展，下入长度不断增加，工艺手段不断进步。目前，世界上多家石油公司均应用了此项技术。例如威福德公司、壳牌和哈里伯顿合资的Enventure公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及READ油井服务公司等(彭在美，赵旭，窦树柏，等.国外可膨胀套管技术的发展概况.焊管.2010，33(6):5-9)。我国于2000年开始引进可膨胀套管技术，对于该项技术的研究，目前尚处于起步阶段。在膨胀管材料的试制及性能研究方面， 国内的西安石油大学、天津大学以及上海形状记忆有限公司均开发了可膨胀管材并进行了试验；在可膨胀套管技术的下井试验方面(李作会.膨胀管关键技术研究及首次应用.石油钻采工艺，2004，26(3):17-18)，2003年12月5日-2004年1月7日，胜利油田钻井工艺研究院等单位在T61-C162井和W14C20井采用了 Envebture公司生产的Φ 107. 95mmX6. 35mm 实用可膨胀套管，膨胀后固井质量都达到了优良，两口井至今一直正常生产，效益显著。综合以上信息，不难看出，在实际的应用中，可膨胀套管技术技术是先进的、可靠的和经济的， 膨胀管技术的开发，将会进一步促进我国HEW焊管领域的产品结构调整，是具有广阔发展前景的重大技术变革。按照油田通用作业标准，膨胀管在膨胀前的外径不可超过118mm。因此，为了减小3膨胀管施工后对产油量和井下施工难度的影响，需要使用具有较大内通径的膨胀管，但若提高膨胀管的内通径，必须减小膨胀管的壁厚。对于一般材质，膨胀管壁厚与管体能够达到的强度是成正比的，牺牲壁厚势必会降低管体的强度。具有高强度、高塑性的PllO钢级以上级膨胀管的出现很好的解决了上述问题，因此，通过设计合理的成分、制定优化的热处理工艺，而实现Plio钢级膨胀管的国产化具有十分重要的现实意义。纵观当前的PllO钢级膨胀管成分以及有关生产工艺，生产出兼顾优良的使用性能、服役性能以及低廉的生产成本三个方面的高钢级膨胀管，是该领域中研发的最大难点，同时也是制约PllO高钢级膨胀管钻井技术发展的瓶颈之一。例如，公开号为CN 101353949A的中国专利，在成分里面加入了大量的Cr、Ni等贵金属，原料的合金成本很高， 此外，该项专利没有提及对膨胀管综合性能至关重要的冲击性能、均勻延伸率以及屈强比等性能；专利号为特开2003-105441的日本专利以及公开号为CN 101144141A的中国专禾IJ，合金成分里面也加入了 Ilwt %以上的Cr，致使膨胀管的生产成本较高，此外，上述专利对于膨胀管的冲击性能、均勻延伸率以及屈强比等关键性能均未给予详细说明。上述专利原料的合金成本较高，提升了膨胀管钻井技术的成本，不利于PllO高钢级膨胀管技术的推广和发展。近年来，Q&P (quenching and Partitioning，淬火-分配)钢因其自身所具有的高强度和高塑韧性等优良力学性能而受到了国际社会的广泛关注。利用Q&P两步处理所获得的钢材具有的强度高、延伸性好、冲击韧性优良等特点，使其成为钢铁材料领域中耀眼的新星。现有的研究，如"M. J. Santofimia, T. Nguyen-Minh, L. Zhao, R. Petrov, I. Sabirov, J. Sietsma. New low carbon Q&P steel containing film-like intercritical ferrite, Mater Sci Eng A, 2010，527，6429—6439” 和 “H. Y. Li, X. W. Lu, X. C. ffu, Y. A. Min, X. J. Jin. Bainitic transformation during the two-step quenching and partitioning process in a medium carbon steel containing silicon, Mater Sci Eng A, 2010, 527，6255-6259”均记载了利用Q&P两步处理获得高强、高塑、高韧钢的方法，其工艺流程为热轧一卷板后空冷至室温一部分奥氏体化一淬火一配分(等同于低温回火)一淬火，即将钢热轧之后，再将钢部分奥氏体化，然后快冷到Ms-Mf点之间最终得到由板条状的马氏体、分布于其板条之间的薄膜状的亚温铁素体以及具有较高稳定性的残余奥氏体组成的多相组织结构。其中，Ms为钢在淬火过程中过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度，该临界温度与钢的含碳量、合金元素成分的高低、奥氏体晶粒大小、冷却速度、钢的应力状态以及塑性形变等因素有关，Mf为马氏体相变的结束温度。这两个温度均可以通过德国Baehr热分析公司生产的DIL805A淬火膨胀仪对相关钢材做温度-热膨胀曲线而得到。公开号为 CN101775470A、名称为“低合金复相Q&P钢的生产方法”的中国专利技术专利中所提到的几类 Q&P钢的合金元素含量适中，均勻延伸率以及断后延伸率二值均较高，分别达到了 19%和 32%，抗拉强度和屈服强度分别达到了 605ΜΙ^和810MPa，其强塑积达到了 25920MPa%，实现了强度和塑性二者的优良组合。综上所述，从节约能源、降低成本、进一步提高钢材的强度、塑性以及焊接性，提高钢材的综合性能指标、从而拓宽Q&P钢的应用领域等角度考本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尚成嘉，任勇强，谢振家，贺飞，汤忖江，郭晖，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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