[發(fā)明專利]耐硫化氫腐蝕的高強(qiáng)韌性石油套管及其制造方法

無效

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• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102618791A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李連進(jìn);王惠斌;宗衛(wèi)兵
• 申請（專利權(quán)）人: 天津商業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C38/28
• 分類號: C22C38/28;C22C33/04;C21D8/10
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 肖莉麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種耐硫化氫腐蝕的高強(qiáng)韌性石油套管及其制造方法。

背景技術(shù)

我國的四川、長慶、華北、新疆和江漢等油田，以及美國的巴羅馬、加拿大的平切爾灣等油田的油氣層中都含有硫化氫，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界的油氣田大約有1/3含有硫化氫氣體。

普通套管在用于含硫化氫的油氣資源開采時(shí)，套管在使用應(yīng)力和硫化氫氣體的作用下，往往會在受力遠(yuǎn)低于其本身屈服強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生脆斷，輕者造成套管柱或整口井報(bào)廢，重者會使硫化氫和油氣一同外泄，形成井噴，給油氣田的安全生產(chǎn)帶來極大的威脅。

我國西南部油氣田埋藏深，鉆探深度主要在4000～6000m左右，最深達(dá)7000多米，85％的氣田含H₂S量大于20mg/m³，個(gè)別油氣田的含H₂S量高達(dá)493g/m³，而且油井深層溫度達(dá)到80℃左右，使水等腐蝕的石油套管所處的使用環(huán)境十分惡劣。因此，油氣田企業(yè)對石油套管的性能提出了更高的要求。為此，現(xiàn)在開采含有硫化氫氣體的油氣資源就必須采用具有高強(qiáng)韌性的耐硫化氫應(yīng)力腐蝕的優(yōu)質(zhì)石油套管。

硫化氫腐蝕石油套管的過程，一般認(rèn)為分子態(tài)的H₂S大量生成原子氫被鋼的表面所吸附，套管在受力狀態(tài)下使用，通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散，氫將向鋼中的夾雜物(特別是長條狀MnS夾雜)及某些顯微缺陷部位積聚形成高壓，造成應(yīng)力集中，最后導(dǎo)致開裂。鋼的屈服強(qiáng)度或屈強(qiáng)比愈高，硫化物的開裂敏感性也愈大，形變速率低，硫化物開裂敏感性增加。

耐硫化氫腐蝕的高強(qiáng)韌性石油套管要求鋼材具有好的強(qiáng)度和韌性及耐硫化氫腐蝕性能，但材料的韌性及耐硫化氫腐蝕性能受鋼中的碳化物形態(tài)影響。為了減少金屬晶格上的碳化物，需要減少合金鋼的碳含量，但這會降低材料的淬透性和屈服強(qiáng)度等機(jī)械性能。目前，由于各種合金元素單獨(dú)控制，容易使合金元素的添加過量，致使當(dāng)量碳含量過多，反而降低石油套管的塑性和韌性，降低了鋼的耐硫化氫應(yīng)力腐蝕能力。另外，在高強(qiáng)度石油套管中，晶格變位的密度增加，氫元素易于儲存于晶格變位處，進(jìn)而，氫元素易積聚于應(yīng)力集中部位。為此，需要合理的軋制與熱處理工藝條件，降低殘余應(yīng)力，提高材料的屈強(qiáng)比。

公開號為CN101413088、發(fā)明創(chuàng)造名稱為《耐硫化氫應(yīng)力腐蝕的石油套管及其制造方法》的專利申請公開了一種耐硫化氫應(yīng)力腐蝕的石油套管及其制造方法，通過提高鋼的純凈度和屈強(qiáng)比及回火馬氏體比例、細(xì)化晶粒、降低殘余應(yīng)力等，制造具有高強(qiáng)韌性和耐硫化氫應(yīng)力腐蝕能力的石油套管及其制造方法，其屈服強(qiáng)度為862～931MPa、抗拉強(qiáng)度≥894.2Mpa、殘余應(yīng)力≤150MPa，沖擊韌性(縱向)在60J以下。由于石油套管的耐沖擊性能不高，在外加載荷的作用下，容易出現(xiàn)裂紋、斷裂、壓扁變形等，影響使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能夠滿足含硫化氫氣體的深油氣層開采的需要，具有耐硫化氫應(yīng)力腐蝕能力，耐沖擊性能高的石油套管及其制造方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種耐硫化氫腐蝕的高強(qiáng)韌性石油套管，其特征在于，按重量百分比由下述成分組成：C：0.15～0.20％、Si：0.1～0.2％、Mn：0.4～0.6％、Cr：0.6～0.8％、Mo：1.2～1.6％、Al：0.01～0.05％、Ti：0.002～0.05％、V：0.05～0.10％、Nb：0.005～0.015％、Ca：0.0003～0.005％、B：＜0.002％、P≤0.015％、S≤0.005％、N：0.003～0.010％，余量的Fe，其中Mo、V、Cr和Mn的添加量滿足12V+1-Mo≥0、Mo-(Cr+Mn)≥0。

一種耐硫化氫腐蝕的高強(qiáng)韌性石油套管的制造方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)配料冶煉：

采用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料，用電弧偏心爐熔化成鋼水，經(jīng)爐外精煉和真空脫氣方法，再經(jīng)Ca處理，得到制造石油套管的鋼水按重量百分比為：C：0.15～0.20％、Si：0.1～0.2％、Mn：0.4～0.6％、Cr：0.6～0.8％、Mo：1.2～1.6％、Al：0.01～0.05％、Ti：0.002～0.05％、V：0.05～0.10％、Nb：0.005～0.015％、Ca：0.0003～0.005％、B：＜0.002％、P≤0.015％、S≤0.005％、N：0.003～0.010％，余量為鐵；其中Mo、V、Cr和Mn的添加量滿足12V+1-Mo≥0、Mo-(Cr+Mn)≥0；