[發明專利]具有高強度和高韌性的石油套管及其制造方法

有效

• 申請號: 200810052521.6
• 申請日: 2008-03-26
• 公開（公告）號: CN101250671A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 嚴澤生;張傳友;王青峰;李連進;付繼成;劉江成;宗衛兵;周家祥;王振祥;陳建偉;賀爽城
• 申請（專利權）人: 天津鋼管集團股份有限公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;B21B1/46;C21D9/08
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明屬于冶金工業的無縫鋼管制造技術，特別涉及一種具有高強度和高韌性的石油套管及其制造方法。

背景技術

隨著石油價格的高騰和勘探技術的發展，開采的油層深度不斷由淺入深，油氣井內的壓力和溫度也不斷提高，地質環境也變得越來越惡劣，使油氣井下的石油套管所承受的應力狀態更為復雜和嚴酷。這樣的鉆采條件對石油套管的強度及韌性要求很苛刻，一旦石油套管選擇不當，就會出現壓潰和泄露等事故，導致整口井的減產，甚至報廢。同時，在目前生產技術水平下，鋼材存在微小缺欠或損傷是難以避免的，關鍵是要在提高石油套管強度的同時，改善其斷裂韌性，使材料的缺欠或損傷在承載后不致擴展而導致破裂。

目前，制約石油套管機械性能的主要問題是在高強度和強韌性匹配。一般鋼的強度與韌性表現為互為消長的關系，強度高的鋼常常韌性就低，反之，為追求高韌性，就必須犧牲鋼的強度。制約具有高強度和高韌性石油套管制造的主要技術難點有：鋼材化學成份、高純凈鋼冶煉、超細晶粒鋼的軋制、熱處理工藝和矯直方法以及套管幾何尺寸精度差等。這些問題制約了具有高強韌性石油套管的發展。隨著石油工業鉆采難度的進一步加大，高強度高韌性套管的需求加大，所以急需生產研發性能遠高于API5CT標準Q125鋼級的強度等級達到150KSI的高韌性套管。

總之，高強韌性石油套管的機械性能不僅與采用的材料成分有關，也與其制造方法密切相關。研究高強韌性石油套管及其制造技術，是目前各無縫鋼管企業仍在進行中的課題。

發明內容

為解決上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種具有高強度和高韌性的石油套管及其制造方法，滿足油田深井或超深井開采條件的需要。通過該方法制造的石油套管能達到V150鋼級。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是提供一種具有高強度和高韌性石油套管，套管鋼種組成元素的重量配比為：C：0.22～0.4％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.45～0.60％、Cr：0.95～1.10％、Mo：0.70～0.80％、Al：0.015～0.040％、Ni：≥0.05～＜0.20％、Cu：≥0.070～＜0.20％、V：0.070～0.100％、Ca＞0.0015％、P＜0.010％、S＜0.003％，其余為鐵。

軋制具有高強度和高韌性石油套管的制造方法，其步驟包括有：

①配料冶煉

按上述鋼種組成元素重量成分為：C：0.22～0.4％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.45～0.60％、Cr：0.95～1.10％、Mo：0.70～0.80％、Al：0.015～0.040％、Ni：≥0.05～＜0.20％、Cu：≥0.070～＜0.20％、V：0.070～0.100％、Ca＞0.0015％、P＜0.010％、S＜0.003％，其余為鐵。

②連鑄連軋

高純凈鋼水連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環形加熱爐內加熱，爐溫為1300～1320℃，熱定心溫度1250～1240℃，熱穿孔溫度1230～1220℃，連軋溫度1100～1050℃，定徑溫度890～910℃，冷卻，鋸切。

③管加工

采用淬火后再回火的熱處理工藝，淬火溫度為920℃±10℃，淬火介質為水，回火溫度在630℃±10℃，采用空冷；石油套管熱處理后，需進行定徑和矯直處理，定徑機溫度在630～610℃之間，熱矯直溫度在500℃～520℃之間，最后探傷；

所述石油套管的力學性能達到的指標如下：

屈服強度：1034～1172MPa

抗拉強度：≥1120MPa

沖擊韌性：縱向全尺寸夏比沖擊功(0℃)≥80J

橫向全尺寸夏比沖擊功(0℃)≥80J

延伸率：≥16％。

本發明的有益效果是使用該工藝方法具體表現在：1)采用合金含量較高的鋼種，機械性能好，成本較低；2)穿孔和軋制工藝制定的合理，最大限度地提高了套管的機械性能；3)熱處理工藝和熱矯直溫度選擇合理，細化了組織的晶粒度，最大限度地降低了套管的殘余應力；4)制訂了嚴格的幾何精度控制范圍，在成本合理的情況下，提高了套管的性能。本發明的套管在機械性能指標方面，遠超出API標準現有最高鋼級要求。

具體實施方式

結合實施例對本發明的具有高強度和高韌性的石油套管及其制造方法加以說明。