[發明專利]具有高強韌性的石油套管及其生產方法

無效

• 申請號: 200810053446.5
• 申請日: 2008-06-06
• 公開（公告）號: CN101285151A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 李連進;孫開明;付繼成;潘道津;張傳有;王惠斌;宗衛兵
• 申請（專利權）人: 天津商業大學
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C22C38/26;C22C38/46;C22C38/48;E21B17/00;C22C33/04;C21C7/00;B21B1/46;C21D1/18;C21D9/08;B21D3/00;B21B37/16;B21B37/74
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司
• 代理人: 肖莉麗

技術領域

本發明屬于冶金工業的無縫鋼管制造技術領域，特別涉及一種適用于深井或超深井用的具有超高強韌性的石油套管及其生產方法。

背景技術

隨著油氣田鉆井深度的加大，溫度和壓力的提高，固定井口用石油套管服役的地質環境發生了顯著變化，使用的力學條件也隨之發生了相應變化，其所承受的外擠載荷和軸向載荷越來越高。美國石油協會標準所規定的V125等優質石油套管一般采用Cr-Mo-V系列合金鋼種，由于該鋼種石油套管的冶煉和軋制及熱處理等工藝復雜，合金成分和制造工藝的不當，會造成石油套管的強度和韌性降低，不能承受深井或超深井帶來的外擠載荷和軸向載荷，加劇了石油套管的損傷失效，而套管的損傷失效又極易導致井眼失穩、儲層傷害、鉆井及固井困難等復雜問題，使油田作業安全受到嚴重威脅，甚至導致毀井事故等重大經濟損失。因此，油田對石油套管的性能提出了更高的要求。

目前，深井或超深井用石油套管要解決的問題就是超高強度與高韌性的匹配問題。高強韌性石油套管的性能不僅與采用的材料成份有關，也與其制造方法密切相關。眾所周知，超高強度鋼的沖擊韌性取決于鋼質的純凈度、組織的組成和細化程度。采用超純凈冶煉技術，以盡可能降低超高強度鋼中的硫、磷雜質元素和氣體含量，減少夾雜物數量，才可能獲得滿意的沖擊韌性。采用適當的熱處理工藝，在超高強度鋼中獲得以超細化板條馬氏體為基體、彌散分布奧氏體韌性相為特征的顯微組織，在軋制和矯直工藝過程中以獲得高精度的石油套管尺寸和表面質量以及低殘余應力為目標，這是實現超高強韌性石油套管的技術關鍵和有效途徑。

但目前的石油套管所采用的鋼種中硫、磷等雜質含量較高，金屬組織中含有片狀的夾雜物，金屬在軋制過程中流動不均造成橫向和縱向的機械性能不一致。而且，在目前的石油套管的生產方法中，在熱處理工藝中的淬火介質為水，容易造成開裂，同時，由于穿孔和軋制工藝以及熱處理工藝和矯直方法不盡合理，不能獲得最佳的強韌性匹配，并造成過高的殘余應力，而且，套管的幾何尺寸精度較差，這些都直接影響產品的抗擠毀等能力。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種能夠滿足油田深井或超深井開采條件需要的具有高強韌性的石油套管。

本發明的另一個目的是提供一種能夠滿足油田深井或超深井開采條件需要，具有高強韌性的石油套管的生產方法。

本發明通過下述技術方案實現：

一種具有高強韌性的石油套管，其特征在于，按重量百分比的組成成分為：C：0.22～0.35％、Si：0.17～0.30％、Mn：0.45～0.60％、Cr：0.80～1.10％、Mo：0.70～1.10％、Al：0.015～0.040％、Ni＜0.20％、Cu＜0.20％、V：0.070～0.100％、Nb＜0.050％、Ca＜0.0015％、P＜0.010％、S＜0.003％，余量為鐵。

其中主要合金元素的作用為：

C：0.22～0.35％，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會大大降低鋼的韌性。

Mn：0.45～0.60％，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，增加鋼中的殘余奧氏體量，影響熱軋組織的均勻性。

Cr：0.80～1.10％，鉻可提高鋼的機械性能、抗腐蝕性，以及提高淬透性，但其能使鋼的回火脆性增加。

V：0.070～0.100％，能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性。但含量達到一定量時，其效果增加便不明顯了，同時因為價格很高，所以要限制使用量。

Mo：0.70～1.10％，主要是通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度，含量過高會降低鋼的韌性。

Nb＜0.050，主要是細化晶粒，顯著改善高強鋼的韌性。

Ni＜0.20，主要提高鋼的強韌性，改善鋼的抗腐蝕能力，降低鋼的脆性轉變溫度。

Cu＜0.20，銅在合金鋼中可以提高鋼的強度和耐大氣腐蝕性，加入量過多會使鋼變脆，一般不宜超過0.2％。

為了確保優異的強韌性匹配，本發明的石油套管的生產方法包括下述步驟：