[發明專利]一種石油天然氣開采用N80鋼級膨脹管的制備方法

有效

• 申請號: 201210009855.1
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102534369A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 尚成嘉;任勇強;謝振家;賀飛;湯忖江;王學敏
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;C22C38/14;C21D8/10;C21D1/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，尤其涉及一種石油天然氣開采用N80鋼級膨脹管的制備方法。

背景技術

近年來，隨著我國石油天然氣消費的逐步增長，勘探開發深入到了海洋作業、陸地超深井以及老井的二次開發等領域，使得石油勘探開發的難度日益增大。當鉆井作業需要通過更深的過壓地層、枯竭地層或易塌易漏失地層時，現有的技術是采用不同直徑的鉆頭鉆進，并以不同直徑的套管以套筒的形式層層封固完成。在這種情況下，井越深，套管層次越多，井眼直徑就越大；反之，如果初始井眼直徑一定，最終的井眼直徑更小，有可能鉆不到目的層或者即使鉆至目的層，但井眼太小，滿足不了開采及后續修井、增產等重入作業的要求（李日寧，賀新敬，劉今朝，吳縫鋼，程國勝．可膨脹管技術及其在石油鉆采行業中的應用．石油機械．2002，30（7）：66-68?）。采用可膨脹管技術就可實現這一要求。可膨脹管技術可應用于鉆井、完井、采油、修井等作業中，既能解決井眼變徑問題，又能大量節約作業成本，被認為是21?世紀石油鉆采行業的核心技術之一。

膨脹管技術是近年發展起來的一項實用技術，該項技術技術是在鉆進施工過程中，將管柱下入井底，用膨脹錐頭以液力或機械力的方法使管材永久形變，從而達到增大套管，以實現節省井眼尺寸、封堵復雜地層的一種技術方法（馬宏偉，黃勇．膨脹管技術現狀分析．科技創新導報．2010，17：69-71）。目前，膨脹管技術主要應用于石油鉆井，在地質勘探中尚未獲得應用。可膨脹管可應用于鉆井、完井、采油及修井等作業過程中，是21世紀石油鉆采行業的重要技術之一。應用于鉆井工程中的可膨脹管技術主要有可膨脹波紋管和實體管。可膨脹波紋管是管通過冷壓方式處理，使其管端面形狀呈梅花狀，減小管的包絡外徑，可以通過上層套管內徑，再通過液壓，將其膨脹基本還原，在膨脹錐頭的膨脹下，使其完全膨脹成圓管。可膨脹實體管是小于上層套管內徑的特殊管，在井下通過液壓式或機械式方式推動膨脹錐頭，使小內徑的管膨脹為較大直徑管（馬宏偉，黃勇．膨脹管技術現狀分析．科技創新導報．2010，17：69-71）。

上世紀九十年代末，殼牌公司首先提出了可膨脹套管技術，并由Enventure公司在墨西哥灣的海洋深井作業中完成了世界上的首次膨脹管的商業應用。自問世以來，膨脹管技術在世界范圍內得到了蓬勃的發展，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用了此項技術。例如：殼牌和哈里伯頓合資的Enventure公司、威福德公司、哈里伯頓公司、貝克石油工具公司、斯倫貝謝公司以及READ油井服務公司等（彭在美，趙旭，竇樹柏，等．國外可膨脹套管技術的發展概況．焊管．2010，33（6）：5-9）。

隨著膨脹技術在國外應用成功，證明了膨脹管技術對未來鉆井業的關鍵作用，同時，在國內存在著巨大的技術需求。在我國西部以及南方海相，?特別是深井中，應用膨脹管技術可以改變井身結構，減少套管下入層數，封堵多壓力體系地層、漏層、水層、易坍塌地層等復雜地層（馬宏偉，黃勇．膨脹管技術現狀分析．科技創新導報．2010，17：69-71）。類似上述復雜的地層隨著井越深，這樣的情況更多，特別是在西部及南方海相的深井以及超深井的鉆探作業中，問題更為突出，對套管的性能也相應的提出了更高的要求。針對該問題，目前最有效的解決辦法就是采用N80、P110等高鋼級膨脹管技術，實現全井同尺寸井眼,?從而降低鉆井作業成本，使油井鉆探開發的風險得以減小。

膨脹管鉆井技術的關鍵要素之一，就是開發相應的膨脹管用鋼以及相應的管材熱處理工藝。因為膨脹管在井下被徑向膨脹的過程中要發生大的永久性的塑性均勻變形，所以，膨脹管應該具有足夠的塑性變形能力。膨脹后，管材的力學性能、尺寸精度等應符合API?5CT?8th或者有關標準的規定。

在綜合分析了當前國內的膨脹管技術之后，不難發現，當今的膨脹管材料研究存在以下技術問題：一是管材用料的合金成分復雜，貴金屬及稀有金屬用量較多，直接導致了管材用鋼的碳當量偏高，不利于管材的焊接。例如，如中國專利CN1594631A公開了一種石油油井用膨脹合金材料，該合金材料中使用了我國稀缺的Cr、Ni、Zr等金屬，并在材料中添加了0.1wt%的戰略性金屬——稀土；中國專利CN1011144376A中公開的一種連續膨脹管中，其合金材料中也同樣使用了我國稀缺的Cr、Mo、Ni、和Cu等稀有金屬。貴金屬及稀有金屬的使用，從原材料上提高了膨脹管的生產成本，不利于該項技術的推廣；此外，由于該兩項專利中所涉及材料的合金成分復雜，合金元素的含量較高，在無形中提高了該材料的碳當量，對管材的焊接也會造成不良影響。

發明內容