[發(fā)明專利]石油天然氣鉆采用J55級膨脹管材成分設(shè)計及制備方法

有效

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• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102912220A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚成嘉;謝振家;任勇強(qiáng);王學(xué)敏;張宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C21D9/00;C21D1/78
• 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)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及石油套管，特別是一種石油天然氣鉆采用J55級膨脹管材成分設(shè)計及制備方法。?

背景技術(shù)

在石油天然氣勘探開發(fā)中，鉆井工程是直接了解地下地質(zhì)情況、發(fā)掘和開采油氣田廣為應(yīng)用的最有效手段。常規(guī)鉆井是將固定尺寸的套管下入井中，從井口向下層層套入，每一層套管的尺寸由上至下是逐漸縮小的。這種鉆井的方式對于深井而言將導(dǎo)致兩種結(jié)果：若固定井口套管直徑，有可能因為套管（井眼）尺寸限制而不能達(dá)到目的層，進(jìn)而不能進(jìn)行深井的井下作業(yè)；反之，若不固定進(jìn)口套管直接，則鉆進(jìn)越深，套管的層數(shù)就越多，這樣將導(dǎo)致井口直徑很大。為此，人們發(fā)展了膨脹管技術(shù)，它是近年來發(fā)展起來的一種新型的頗具應(yīng)用前景的石油鉆采技術(shù)，為解決鉆井、固井、補(bǔ)井等問題提供了新的有效途徑，既能解決井眼變徑問題，又能大量節(jié)約作業(yè)成本，被認(rèn)為是21?世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)之一（馬宏偉，黃勇．膨脹管技術(shù)現(xiàn)狀分析[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報．2010，17：69-71．）。?

所謂膨脹管技術(shù)是利用金屬材料的彈塑性特征，以冷加工成型的方式，采用膨脹錐頭以液壓或機(jī)械擠壓的方法在井下將鉆井管柱徑向膨脹，使其內(nèi)、外徑擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)使用同一尺寸的套管代替現(xiàn)行的多層套管，以提高應(yīng)對多個復(fù)雜地層的深井鉆采能力。從經(jīng)濟(jì)角度分析可知，使用可膨脹套管技術(shù)可以縮減上部井眼尺寸，優(yōu)化鉆具組合，提高機(jī)械鉆速，節(jié)省井口設(shè)備、鉆井液、循環(huán)時間、水泥、鉆頭和平臺費(fèi)用（彭在美，趙旭，竇樹柏，等．國內(nèi)外可膨脹套管技術(shù)的發(fā)展概況[J]．焊管．2010，33（6）：5-9．）。據(jù)統(tǒng)計，該技術(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。在海上鉆井和建井中可節(jié)省33％-48％的建井費(fèi)用（楊傳勇．國外可膨脹套管技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]．石油機(jī)械，2006，34（10）：74-76．）。?

自1990年初，Royal?Dutch?Shell公司最先提出膨脹管技術(shù)的概念，并于1993年在挪威的海牙（Hague）進(jìn)行了第一次概念性試驗（利用一種用于汽車防撞區(qū)的材料，采用焊接方式實(shí)現(xiàn)了內(nèi)徑膨脹率22％-24％）。膨脹管技術(shù)經(jīng)歷了概念性研究、探索性研究和應(yīng)用研究等三個研究過程（孟慶昆，謝正凱，馮來，王輝，王玉明.?可膨脹套管技術(shù)概述[J].鉆采工藝，2003，26（4）：67-68．）。尤其是最近幾年，膨脹管技術(shù)呈現(xiàn)爆炸式大發(fā)展，該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于油氣井鉆采、地質(zhì)勘探、老井加深、修井以及堵水井工程中。目前，國外有多家石油技術(shù)服務(wù)公司可以提供鉆井膨脹管技術(shù)服務(wù)，其中億萬奇環(huán)球工藝技術(shù)公司(Enventure?Technology?Venture，1998年12月由殼牌公司和哈里伯頓公司合資成立)、威德福公司（Weatherford）以及俄羅斯韃靼（TatNIPIneft）石油設(shè)計院處于領(lǐng)跑地位。可膨脹管技術(shù)的概念是2000年引入國內(nèi)的，但直到2001年才引起鉆井界的足夠重視。目前國內(nèi)多家公司和科研機(jī)構(gòu)在跟蹤國外發(fā)展現(xiàn)狀的同時，也在從事膨脹管技術(shù)的研究，但僅限于理論及實(shí)驗室的研究（張海東．膨脹管技術(shù)的現(xiàn)狀及未來[J].特種油氣藏，2007，14（1）：3-6．）。?

隨著膨脹管技術(shù)在國外的成功應(yīng)用，證明其在石油鉆采也的關(guān)鍵地位，同時，也意味著國內(nèi)將有著大量的需求。然而，膨脹管技術(shù)的最關(guān)鍵要素之一，是可膨脹管材的成分設(shè)計及熱處理工藝?？膳蛎浭教坠懿牧闲阅芤笱由炻矢咔乙子谂蛎涀冃?，膨脹變形后機(jī)械性能基本達(dá)到普通套管水平，能符合API?5CT?8th或者有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。同時，材料的價格要和普通套管屬同一數(shù)量級（孟慶昆，謝正凱，馮來，王輝，王玉明.?可膨脹套管技術(shù)概述[J].鉆采工藝，2003，26（4）：67-68．）。國內(nèi)外目前開發(fā)的高性能鋼中添加了大量的Cr、Ni、Zr等貴重金屬元素，導(dǎo)致成本較高，不利于可膨脹技術(shù)推廣應(yīng)用。因此，降低膨脹管的成本、簡化制造工藝、提高擴(kuò)徑性能和增加產(chǎn)品膨脹后的力學(xué)穩(wěn)定性對該技術(shù)的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種低成本高擴(kuò)徑性及良好的焊接性能的J55級膨脹管材的成分設(shè)計及制備方法，通過合理的成分設(shè)計及熱處理工藝獲得低生產(chǎn)成本的J55級膨脹管材用鋼。鋼材經(jīng)冶煉并熱軋軋制成板材，然后將鋼板重新加熱到奧氏體化溫度進(jìn)行均勻化處理后淬火，又加熱到兩相區(qū)淬火（或退火），最后進(jìn)行高溫回火，獲得具有高均勻延伸率且其他力學(xué)性能均符合API或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹管材用鋼。從而使J55鋼級膨脹管在強(qiáng)行擴(kuò)徑的方式下，發(fā)生較大的塑性變形，達(dá)到擴(kuò)大管徑，降低鉆采成本和增加油井產(chǎn)量目的。?