[發(fā)明專利]一種抗硫化氫腐蝕用高強度油套管及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810238135.6
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN101418421A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 張云三;國煥然;黎新春;徐天兵;王洪兵;梁永強;于海超
• 申請（專利權）人: 山東墨龍石油機械股份有限公司
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C21C7/00;B23P17/00;B21B19/00;C21D9/08
• 代理公司: 濰坊正信專利事務所
• 代理人: 趙玉峰

技術領域

本發(fā)明涉及一種屬于油井管及其制造方法，特別涉及一種屈服強度大于758MPa(110ksi)抗硫化氫腐蝕用高強度油套管及其制造方法。

背景技術

碳鋼或低合金鋼暴露于含H₂S的環(huán)境介質中，因腐蝕而產生的氫侵入鋼中，在應力作用下會發(fā)生硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)，含硫油氣田開發(fā)面臨的主要問題就是H₂S腐蝕問題。在我國，含硫油氣田主要分布在四川、華北和新疆，其中，尤其以川東地區(qū)最嚴重，由于氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂會引起油套管(油管和套管)早期失效甚至導致災難性事故發(fā)生，因此開發(fā)生產抗H₂S的油套管自然成為研究的重要課題。

鋼在H₂S介質中的腐蝕破壞現(xiàn)象40多年前就已被發(fā)現(xiàn)，各國學者為此進行了大量的研究工作。已普遍認為H₂S不僅對鋼材具有很強的腐蝕性，而且H₂S本身還是一種很強的滲氫介質，H₂S腐蝕破裂是由氫引起的。含H₂S酸性油氣田油套管腐蝕破壞類型主要有三種形式：均勻腐蝕或(和)點蝕、硫化物應力開裂(SSC)、氫誘發(fā)裂紋(HIC)和氫鼓泡(HB)。

導致鋼基體開裂的過程至今也無一致的認識。但普遍認為，鋼中氫的含量一般是很小的，有試驗表明通常只有百萬分之幾。因此，萌生裂紋的部位必須是有足夠富集氫的能量。實際工程上使用的油套管鋼中都存在著缺陷，這些缺陷與氫的結合能強，可將氫捕捉陷住，使之難以擴散，便成為氫的富集區(qū)，通常把這些缺陷稱為陷井。分子態(tài)的H₂S大量生成原子氫向這些陷阱積聚，富集在陷井的氫一旦結合成氫分子，積累的氫氣壓力很高，造成應力集中，于是促使鋼脆化，局部區(qū)域發(fā)生塑性變形，并萌生裂紋最后導致開裂，此類斷裂屬于硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)。SSCC屬于低應力破裂，發(fā)生SSCC時的應力值通常遠低于鋼材的抗拉強度，其具有脆性機制特征的斷口形貌。穿晶和沿晶破壞均可觀察到，一般高強度鋼多為沿晶破裂。

影響油套管抗硫化氫應力腐蝕材料因素主要有：材料的硬度、材料的顯微組織和材料的化學成分。

鋼管的硬度(強度)是鋼管硫化氫應力腐蝕(SSC)現(xiàn)場失效的重要變量，是控制鋼管發(fā)生硫化物應力腐蝕的重要指標。鋼管硬度越高，開裂所需的時間越短，說明SSC敏感性越高。通過大量的試驗發(fā)現(xiàn)強度對抗硫化氫應力腐蝕的影響，當Rt≤700MPa時隨Rt增加，抗硫化氫應力腐蝕門檻值σC增加，但是，當Rt>700MPa時抗硫化氫應力腐蝕門檻值σC急劇下降。實際表現(xiàn)為：當材料的屈服強度低于應力腐蝕門檻值時，不發(fā)生應力腐蝕；屈服強度高于應力腐蝕門檻值時，材料會在遠低于材料屈服強度的條件下發(fā)生應力腐蝕開裂。因此，在NACE?MRO175標準中，規(guī)定的所有抗SSC材料均有硬度要求。鋼管的顯微組織直接影響著鋼材的抗SSC性能。對碳鋼和低合金鋼，當其強度相似時，不同顯微組織對SSC敏感性由小到大的排列順序為：鐵素體中均勻分布的球狀碳化物、完全淬火+回火組織(回火索氏體)、正火+回火組織、正火組織、貝氏體及馬氏體組織。淬火后高溫回火獲得的均勻分布的細小球狀碳化物組織是抗SSC最理想的組織，而貝氏體及馬氏體組織對SSC最敏感，其他介于這兩者間的組織，對SSC敏感性將隨鋼材的強度而變化。鋼的化學成分對其抗SSC的影響一般認為在碳鋼和低合金鋼中，鎳、錳、硫、磷為有害元素。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種抗硫化氫腐蝕用高強度油套管及其制造方法，本發(fā)明產品能保證在低于758Mpa(110ksi)屈服強度范圍內油套管在淬火+回火狀態(tài)時具有抗硫化氫應力腐蝕性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種抗硫化氫腐蝕用高強度油套管，管成分以重量％計為：C?0.20～0.25％，Si≤0.25％，Mn?0.80～1.50％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo?0.60～1.4％，Cr?0.90～1.30％，B?0.0005～0.010％，Ti?0.01～0.10％，Nb?0.03～0.10％，As≤0.020％，Sn≤0.020％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Al≤0.02％，〔H〕≤0.0002％，〔N〕≤0.008％，余量為鐵，以及一些加工過程不可避免雜質，并且管的抗硫化氫應力門檻值≥85％SMYS。