[發明專利]一種耐熱高強套管用鋼及其制備工藝

有效

• 申請號: 201410441145.5
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104264045B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 畢宗岳;王軍;張峰;李周波;韋奉;何石磊;白鶴;唐俊;魯碧為;周新義;李遠征;王亮;趙勇;張鵬
• 申請（專利權）人: 寶雞石油鋼管有限責任公司
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C33/04
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種高溫、高壓油氣井或熱采井用套管，尤其涉及一種耐熱高強套管用鋼及其制備工藝，屬于黑色金屬冶煉及制管領域。

背景技術

隨著陸上勘探領域的擴大和向深層發展，井內溫度、壓力相應升高，國內以塔里木油田為代表，儲層埋藏深一般5000m，最深可達7830m，地層壓力高一般105MPa，最高可達184MPa，地層溫度高一般130℃，最高可達176℃。高溫降低了套管的屈服強度和彈性模量，高壓增加了套管承受的外壓，均增大了管材的服役風險。海上油氣田同陸地油氣田一樣，不僅普遍存在著異常高壓或高溫高壓的問題，而且同樣具有分布范圍廣、變化范圍大的特點。迄今在海上發現的高溫高壓(HPHT)氣井，其溫度和壓力絕對值都非常高，壓力梯度最高可達到或超過理論推算的上覆地層壓力梯度(即2.31g/cm³當量鉆井液密度)，地溫梯度達到4℃/100m以上，極大限制了油藏開發所需材料和技術的應用范圍。此外，巖層蠕變、吸水膨脹、斷層運動等產生的地應力，作用于套管也會使套管變形損壞，因此亟待開發耐熱高強套管滿足高溫高壓井況需求。

隨著石油開采工業的不斷發展和石油消耗量的不斷增加，開采稠油已成為國內外許多石油公司的主要產量來源。我國的遼河、新疆、河南、勝利等油田都有豐富的稠油資源，其中遼河油田、新疆克拉瑪依油田的稠油產量分別占到其原油總產量的1/2和1/3；國外的加拿大、委內瑞拉、美國、印度尼西亞稠油資源也非常豐富。稠油熱采是目前世界上規模最大的提高原油采收率的工程項目，該技術自問世以來，經過突飛猛進的發展，現已形成以蒸汽吞吐、蒸汽驅、SAGD、熱水驅、火燒油層、電磁加熱等一系列技術，其中注蒸汽單井吞吐開采是目前開采稠油的主要手段。熱采井注蒸汽的平均溫度在320℃左右，有的超過350℃，同時由于稠油的地層膠結疏松，在采油過程中容易出砂，造成地層移動，從而使套管發生擠毀變形、錯斷等套損現象。而且由于注采和回采過程中，套管發生反復冷熱變形，從而產生周期性的拉壓應力，很容易導致普通套管疲勞失效，因此很有必要開發耐熱高強套管。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種高溫、高壓油氣井或熱采井用套管，具體通過以下方式實現套管的高強耐熱性能：

一種耐熱高強套管用鋼，按照重量百分比，所述套管用鋼的化學成分為：C：0.10～0.25；Si：0.10～0.30；Mn：0.70～1.30；Hf：0.05～0.30；B：0.001～0.006；Mo：0～0.20；W：0～0.25；Nb：0～0.15；Ta：0～0.20；Ti：0～0.18；Zr：0～0.18；RE：0.01～0.20；P：≤0.008；S：≤0.004；其余為Fe。

所述稀土元素為Pr、Ce、Nd的混合物，其重量百分配比為：Pr43％、Ce39％、Nd18％。

一種耐熱高強套管用鋼的制備工藝如下：

(1)熔煉：耐熱鋼原料按照配比加入轉爐或電爐，加熱至1550～1700℃，并于1400～1500℃出爐；(2)變質及鎮靜處理：向鋼水中加入鈮稀土進行變質處理，待鋼液鎮靜處理后連鑄成板坯；(3)控制軋制和控制冷卻：板坯經1050～1300℃加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度≥850℃，軋后板帶經層流冷卻至650℃以下卷取成板卷。

一種耐熱高強套管的制備工藝如下：(1)冶煉；(2)板卷制備；(3)鋼帶縱剪；(4)FFX成型；(5)高頻焊接；(6)焊縫中頻正火及碾壓處理；(7)高溫形變淬火處理；(8)回火處理；(9)帶溫定徑和矯直；(10)全管探傷檢測。

所述步驟(5)、(6)中鋼管焊接時，V型開口角設定為3°～5°、擠壓量≤1.0t、焊接速度為20～35m/min，焊后即時進行內、外焊縫毛刺清除，焊縫碾壓及正火處理，正火溫度為850～1000℃。

所述步驟(7)中先以2～4℃/min升溫至650～700℃，保溫40～100min后以1～2℃/min升溫至900～1000℃，保溫60～100min后即時進入張力減徑機組，進行45％以下(根據目標規格和定尺長度進行減徑和改變壁厚)的張減處理，然后油冷至室溫。

所述步驟(8)和步驟(9)中以4～6℃/min升溫至370～450℃，保溫160～240min，再以2～4℃/min升溫至650～750℃，保溫65～85min，然后強風風冷至200～260℃，并保溫150～220min后進行定徑和矯直處理。