[發明專利]高抗擠毀和抗硫化氫腐蝕低合金石油套管及其生產方法

有效

• 申請號: 200710037599.6
• 申請日: 2007-02-15
• 公開（公告）號: CN101245437A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 田青超;郭金寶
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C22C38/54;C22C33/04;C21C7/00;B21B37/74;B21B23/00;C21D8/10;C21D9/08;C21D1/18
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種低合金石油天然氣井石油套管，特別是涉及一種高抗擠毀和抗硫化氫腐蝕的低合金石油套管及其生產方法。

背景技術

高抗擠毀油套管是適用于深井、超深井等油氣井完井作業不可缺少的專用管材，在下井及固井過程中，起著保護井眼、加固井璧、隔絕井下油、氣、水層及封固各種復雜地層，保證鉆進的作用。而在我國塔里木、四川等油田普遍存在硫化氫等腐蝕介質，使用的油井管在受到擠壓的同時還受到嚴重的侵蝕。可想而知，在這種應力腐蝕的環境下，油套管將快速失效開裂，不僅會給油田造成嚴重的經濟損失，而且也影響油田的正常安全生產。

一般而言，鋼管的抗擠強度和抗腐蝕性能是矛盾的對立體，也就是說，對于同一個鋼級的鋼管，提高材料的強度可以有效的提高鋼管的抗擠強度，然而，強度的提高對于材料的抗腐蝕性能不利。相關高抗擠抗硫石油套管的日本專利JP63210236A指出，淬火、回火后200-500℃溫矯直或冷矯直后再加熱處理可以使鋼管既保持高的抗擠強度又有較好的抗腐蝕性能。因為這樣可以降低鋼管的殘余應力，因而對鋼管的抗擠抗硫性能都有利。該專利所使用的鋼種為添加了Nb的傳統的CrMo鋼，如表1所示，雖然材料的抗腐蝕性能有所改善，但是，由于化學成分過于簡單，沒有考慮合金元素以及微觀組織對材料抗H₂S腐蝕性能的影響，并且沒有對鋼管的幾何尺寸以及殘余應力進行嚴格的控制，鋼管的抗擠抗硫性能不能滿足油田的需求。

中國專利CN1619005公開了一種高抗擠毀的石油天然氣開采中深井、超深井石油套管及其生產方法。首先該專利所提供的石油套管為非API鋼級，其次，所使用的鋼的化學成分不含Ti、Nb、Al等元素，見表1，而這些元素可以通過細化奧氏體晶粒來提高材料的強韌性，同時對于抗硫化氫腐蝕有好處。另外，由于該專利沒有對合金的成分以及組織因素進行控制，因此不具備抗硫化氫腐蝕的性能。

日本專利JP2001059136公開的抗硫化氫腐蝕鋼管成分以高的Cr含量(1-9％)和微量的B(10-20ppm)為主要特征，通過調質處理后，材料抗硫化氫應力腐蝕開裂性能滿足NACE?TM0177-96方法中規定的N80鋼級的要求。但該專利合金成本較高，而且也不能滿足鋼管高抗擠毀性能的要求。

對于低合金抗硫化氫腐蝕鋼管所使用的化學成分一般不含Cu、Ni等合金元素，而這兩種元素的加入可以有效地抑制氫致開裂的可能性。典型的如專利JP04342858、EP100866以及JP10280037，一種用V來提高強度，而另一種用B來提高淬透性和強度。一般而言，鋼中加入B，則必須同時加入Ti，通過形成TiN來避免形成BN，從而發揮B提高淬透性的作用。然而，由于鋼中會不可避免的熔入氮，在鋼水澆注前Ti就會和N反應生成大的方塊狀TiN，在隨后的冷卻過程中，TiC會在其和基體的界面處形核使該Ti(NC)顆粒進一步長大，而對抗硫化氫性能產生不利的影響。

發明內容

本發明的目的是開發一種高抗擠毀和高抗硫化氫腐蝕低合金石油套管及其生產方法，以滿足既有抗擠毀性能要求，又有抗硫化氫腐蝕要求的油氣田的勘探開發需要。

本發明的思路是通過綜合控制材料的化學成分與微觀組織、回火溫度與殘余應力、以及鋼管的壁厚均勻性與外徑不圓度等各方面因素，提高鋼管的抗擠壓性能以及抗硫化氫性能。適當的合金成分、較低的夾雜物含量、低硫及低氫的工藝控制，加上均勻細小的晶粒組織，可以使低合金高強度鋼的抗硫化氫腐蝕性能得到較大提高。在合金元素添加順序上首先添加B使之和N反應生成BN。通過控制終軋溫度、再加熱奧氏體化溫度、回火溫度以及保溫時間，獲得細小的原始奧氏體晶粒，細小彌散分布的析出物以達到最大的強韌化效果以提高材料的強韌性，這樣在提高材料抗擠毀性能的同時并不損壞材料的抗硫化氫性能。

公認的抗硫化氫應力腐蝕的元素有Cr、Mo、V、Ti、Nb、Al等，在此基礎上，為有效抑制氫向鋼中的進入，在合金元素的設計中考慮添加一定的銅、鎳含量，另外，由于Cu元素的析出強化作用，還對鋼管的抗擠性能有利，為了避免Ti和N反應生成大塊狀TiN，合金中可考慮添加B元素。