[發(fā)明專利]一種石油天然氣開采用P110級膨脹管的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102534372A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚成嘉;任勇強;謝振家;賀飛;湯忖江;郭暉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C21D8/10;E21B17/01
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石油天然氣開采用P110級膨脹管的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著石油鉆采工業(yè)的蓬勃發(fā)展，相關(guān)的勘探開發(fā)拓展到了海洋作業(yè)以及陸地超深井作業(yè)等復(fù)雜領(lǐng)域，海洋鉆探以及陸地超深井的開采這些全新課題的出現(xiàn)使得油氣勘探開發(fā)的難度日益增大。在這些領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的油氣井作業(yè)方式受到了嚴(yán)重的限制，其原因在于，原有的技術(shù)套管是由多種尺寸的套管組成的，其井身結(jié)構(gòu)呈上大下小的錐形，隨著井深的增加，下入井眼中的套管層次也在不斷增加，從而使可利用的井眼直徑越來越小，而大大增加了鉆井的成本，在深井超深井鉆井中，井眼直徑的不斷縮小甚至有可能導(dǎo)致無法最終鉆達(dá)目的層。在這種情況下，上世紀(jì)九十年代末，殼牌公司首先提出了可膨脹套管技術(shù)，并由Enventure公司在墨西哥灣的海洋深井作業(yè)中完成了世界上的首次膨脹管的商業(yè)應(yīng)用。膨脹管是一種具有良好塑性的金屬鋼管，可以廣泛應(yīng)用于鉆井、完井、采油以及修井等作業(yè)過程中，是21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的重大技術(shù)變革。可膨脹套管技術(shù)，就是通過在井下將鉆井管（膨脹管）往徑向膨脹，使其內(nèi)、外徑擴大，實現(xiàn)使用同一尺寸的套管代替現(xiàn)行的多層次套管，以提高應(yīng)對多個復(fù)雜地層的鉆采能力，提高作業(yè)成功率，降低鉆井成本。該項技術(shù)的誕生，使得由下入井眼中的管柱所導(dǎo)致的井眼尺寸的減小達(dá)到最低限度，從而使得傳統(tǒng)上一些無法經(jīng)濟開采的深層油氣藏得以開采，大大降低了該類油氣田的開發(fā)成本，同時可以極大地降低油氣井建井成本，據(jù)統(tǒng)計，采用該項技術(shù)可以降低44%的鉆井液用量、42%的水泥用量、38%的套管用量和59%的鉆屑生成量（楊傳勇．國外可膨脹套管技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用．石油機械．2006，34（10）：74-76）。自問世以來，膨脹管技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了蓬勃的發(fā)展，下入長度不斷增加，工藝手段不斷進步。目前，世界上多家石油公司均應(yīng)用了此項技術(shù)。例如：威福德公司、殼牌和哈里伯頓合資的Enventure公司、哈里伯頓公司、貝克石油工具公司、斯倫貝謝公司以及READ油井服務(wù)公司等（彭在美，趙旭，竇樹柏，等．國外可膨脹套管技術(shù)的發(fā)展概況．焊管．2010，33（6）：5-9）。我國于2000年開始引進可膨脹套管技術(shù)，對于該項技術(shù)的研究，目前尚處于起步階段。在膨脹管材料的試制及性能研究方面，國內(nèi)的西安石油大學(xué)、天津大學(xué)以及上海形狀記憶有限公司均開發(fā)了可膨脹管材并進行了試驗；在可膨脹套管技術(shù)的下井試驗方面（李作會．膨脹管關(guān)鍵技術(shù)研究及首次應(yīng)用．石油鉆采工藝，2004,26（3）：17-18），2003年12月5日-2004年1月7日，勝利油田鉆井工藝研究院等單位在T61-C162井和W14C20井采用了Envebture公司生產(chǎn)的Φ107.95mm×6.35mm實用可膨脹套管，膨脹后固井質(zhì)量都達(dá)到了優(yōu)良，兩口井至今一直正常生產(chǎn)，效益顯著。綜合以上信息，不難看出，在實際的應(yīng)用中，可膨脹套管技術(shù)技術(shù)是先進的、可靠的和經(jīng)濟的，膨脹管技術(shù)的開發(fā)，將會進一步促進我國HEW焊管領(lǐng)域的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，是具有廣闊發(fā)展前景的重大技術(shù)變革。

按照油田通用作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，膨脹管在膨脹前的外徑不可超過118mm。因此，為了減小膨脹管施工后對產(chǎn)油量和井下施工難度的影響，需要使用具有較大內(nèi)通徑的膨脹管，但若提高膨脹管的內(nèi)通徑，必須減小膨脹管的壁厚。對于一般材質(zhì)，膨脹管壁厚與管體能夠達(dá)到的強度是成正比的，犧牲壁厚勢必會降低管體的強度。具有高強度、高塑性的P110鋼級以上級膨脹管的出現(xiàn)很好的解決了上述問題，因此，通過設(shè)計合理的成分、制定優(yōu)化的熱處理工藝，而實現(xiàn)P110鋼級膨脹管的國產(chǎn)化具有十分重要的現(xiàn)實意義。

縱觀當(dāng)前的P110鋼級膨脹管成分以及有關(guān)生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出兼顧優(yōu)良的使用性能、服役性能以及低廉的生產(chǎn)成本三個方面的高鋼級膨脹管，是該領(lǐng)域中研發(fā)的最大難點，同時也是制約P110高鋼級膨脹管鉆井技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。例如，公開號為CN?101353949A的中國專利，在成分里面加入了大量的Cr、Ni等貴金屬，原料的合金成本很高，此外，該項專利沒有提及對膨脹管綜合性能至關(guān)重要的沖擊性能、均勻延伸率以及屈強比等性能；專利號為特開2003-105441的日本專利以及公開號為CN?101144141A?的中國專利，合金成分里面也加入了11wt?%以上的Cr，致使膨脹管的生產(chǎn)成本較高，此外，上述專利對于膨脹管的沖擊性能、均勻延伸率以及屈強比等關(guān)鍵性能均未給予詳細(xì)說明。上述專利原料的合金成本較高，提升了膨脹管鉆井技術(shù)的成本，不利于P110高鋼級膨脹管技術(shù)的推廣和發(fā)展。