[發明專利]150ksi鋼級高強韌油氣井井下作業用鋼管及其生產方法

有效

• 申請號: 200910069758.X
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101613829A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 江勇;張傳友;周家祥;宗衛兵;賀爽城;周曉峰;史慶志;章華明;劉江成;李效華
• 申請（專利權）人: 天津鋼管集團股份有限公司
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C21C5/54;C21C7/10;C21C7/076;C21D8/10;C21D1/18;C21D1/60;C21D9/08;B21C37/06
• 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

本發明涉及一種150ksi鋼級高強韌油氣井井下作業用鋼管及其生產方法。

背景技術

近年來，由于全球經濟迅猛發展，國際市場上油價起伏跌宕，能源需求缺口越來越大，各國的石油公司都在加大在世界各地的作業力度。射孔作業是油氣開采過程中提高油氣采收率的經濟有效方式，被各大石油公司和作業服務公司廣泛采用。這不僅導致全球的無縫鋼管，主要是石油專用管，包括套管、油管、鉆桿及附件等的需求的迅速增長，在以往作為小批量生產的射孔槍管的需求也同步地飛快地增長起來。

射孔是石油勘探與開發系統工程中極其重要的一項技術，也是提高油氣井采收率的重要手段之一，是油田重要的挖潛增油的一種典型方法。射孔完井是國內外廣泛使用的一種完井方式，約占所有完井方法的井數的90％以上，幾乎所有的油氣儲集層都可以用此方法打開。

這種方法是指在油氣田開發過程中，油層套管下入并封固井壁后將射孔專用儀器設備輸送至井下預定深度，對準目的層引爆射孔器，聚能射孔彈被導爆索引爆后，爆轟波以7000-8000米/秒向前傳播，產生高溫、高壓沖擊波，從而穿透套管、水泥環進入地層，形成一個孔道，如圖所示。無論哪一種射孔方法，射孔槍的性能及質量對油氣井的射孔質量影響非常大。

射孔槍用無縫鋼管(以下簡稱射孔槍管)是制造射孔槍的主要原材料，不可回收重復利用，對其質量和性能要求很高，尤其是對其橫向沖擊韌性要求非常嚴格。根據檢測管材沖擊韌性的制樣方法可以看到，橫向沖擊韌性體現了管材沿縱向方向開裂的傾向性。一般情況下，管材的強度越高時，其沖擊韌性就越低，橫向沖擊韌性就更低，這是該類管材的薄弱環節。由于射孔作業一般在油層套管內進行，射孔槍管從規格上來說比較小(外徑比較小)，為增加槍身的穿透性，壁厚也不宜太大。這導致管材在制造工藝、精度控制、性能達標與否和檢測方法及過程上難度也較大。

通過查閱相關文獻可以看到，國內各大油田所采用的射孔槍管的強度級別大多在700～900MPa之間，其沖擊韌性(包括橫縱向沖擊吸收功)的要求也比較低，例如要求其最小屈服強度在700MPa時，0℃橫向全尺寸沖擊吸收功僅要求≥27J，這一要求還是比較容易實現，這與API?5CT標準要求的P110套管非常接近。大多生產油田用石油套管的廠家很容易生產達到這個要求的產品。

由于射孔槍管的強度等級決定了作業時的強度和效率級別，強度越高可以使作業的工具級別越高，單井的開發效率會越高。從油藏開發的整體上講，通過這一途徑可以降低開發成本。

國外各大石油作業和技術服務公司相繼提高該種管材的強度級別，同時提高沖擊韌性的要求。例如國外某公司要求該種產品的最小屈服強度達到850MPa時，要求0℃橫向2/3(10×6.7)尺寸沖擊吸收功僅要求≥56J，0℃縱向2/3(10×6.7)尺寸沖擊吸收功僅要求≥90J。

從石油管材開發的趨勢看，作為石油行業主要物資的套管，其強度級別要求越來越高，國內很多廠家已經開始供應150ksi級別的各種套管，都在儲備開發165/170ksi級別的油套管產品。配套地，國內外油井井下作業用管的強度級別也在往這上面發展。

但是，鋼鐵材料的一般規律顯示了其強度和韌性呈現了此消彼長的趨勢，其強度越高的情況下，韌性也很難得到改善。高強度級別鋼鐵材料的強韌性匹配問題一直以來是一個研究熱點，對于無縫鋼管產品來說，當其強度達到150ksi(1034MPa)鋼級后，其強韌性匹配問題是一個世界級難題。

發明內容

本發明是鑒于上述技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種150ksi鋼級高強韌油氣井井下作業用鋼管及其生產方法，從而解決150ksi鋼級無縫鋼管強韌性匹配難的技術難題，達到管體0℃橫向沖擊半尺寸(10×5×55mm)沖擊吸收功≥36J的技術水平，保證作業過程中整個系統的安全性。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種150ksi鋼級高強韌油氣井井下作業用鋼管及其生產方法，該無縫鋼管的化學成分按重量％為：C：0.22％～0.26％、Si：0.15％～0.35％、Mn：0.40％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.005％，Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.70％～0.80％、V：0.10％～0.15％，余量為Fe和不可去除的痕量元素。

還提供一種150ksi鋼級高強韌油氣井井下作業用鋼管及其生產方法。