[發明專利]用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材及其制備方法

有效

• 申請號: 201811601295.2
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109706344B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 劉強;宋生印;白強;田峰;汪蓬勃;楊專釗;王遠
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司管材研究所;西安三環科技開發總公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/18;E21B17/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發明涉及一種用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材及其制備方法，以保證油氣井安全有效開采，主要解決現有鈦合金管的強度和韌性難以滿足油氣田井超深、高壓等環境特點的問題。該鈦合金管材除Ti以外，主要由以下成分按質量百分比組成，Al：3.8～5.0％，V：2.4～3.3％，Fe：1.3～1.8％，Nb：0.4～0.8％，Ni：0.3～1.0％，O≤0.2％，C≤0.04％，N≤0.04％，H≤0.0135％，還添加以下一種或兩種合金元素，Cr：0.15～0.35％，Mo：0.05～1.0％。同時，本發明還提供了一種上述鈦合金管的制備方法。

技術領域

本發明涉及石油天然氣工業油氣開發用管材領域，具體涉及一種在深井、超深井油氣開發中使用的高強度高韌性鈦合金管材及其制備方法，以保證油氣井安全有效開采。

背景技術

隨著石油天然氣開發的進一步深入，中國許多西部和西南油氣田開發具有高溫(大于140℃)、高壓(大于100MPa)、井深(大于5000m)、含高腐蝕介質(CO₂、H₂S、CL^－)等苛刻環境；為了滿足油氣田開發對油套管耐腐蝕性的要求，考慮到鈦合金材料具有強度高、耐蝕性優異、彈性模量低、易于冷成型、耐海水沖刷等優良特性，故其已被用于制造油套管且具有非常優異的性能表現。

由于中國的油氣開發工況和其他國家有較大區別，很多油氣田井的總壓力、CO₂分壓和H₂S分壓等腐蝕條件都遠超過其他國家，特別是西部地區的油氣田井一般具有超深、高壓等特點，因此在鉆探這類油氣井時，對鉆具的強度和韌性都提出了更高要求。目前，并不是所有鈦合金材料都適用于中國的嚴酷油氣開發工況，常規鈦合金如TA18、TC4等材料制成的管材，在韌性方面通常達不到油氣開發行業所要求的“先漏后破”要求，從而制約了鈦合金材料在石油開發鉆探領域中的使用，因此需要在保持一定強度和耐蝕性的條件下，開發出滿足工況要求的高強度、高韌性鈦合金管材料及其制備加工工藝，實現鈦合金油井管產品在油氣開采領域的工業化應用。

發明內容

本發明的目的是解決現有鈦合金管的強度和韌性存在難以滿足油氣田井超深、高壓等環境要求的問題，提供一種高強度高韌性鈦合金管材及其制備方法，該鈦合金材料制備的石油管材具有高強度高韌性的性能和良好的疲勞性能，可以滿足油氣開采領域的使用需要。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材，除Ti以外，主要由以下成分按質量百分比組成，Al：3.8～5.0％，V：2.4～3.3％，Fe：1.3～1.8％，Nb：0.4～0.8％，Ni：0.3～1.0％，O≤0.2％，C≤0.04％，N≤0.04％，H≤0.0135％；還添加有以下一種或兩種合金元素，Cr：0.15～0.35％，Mo：0.05～1.0％。

進一步地，上述用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材由以下成分按質量百分比組成，Al：4.53％，V：3.11％，Fe：1.69％，Ni：0.33％，Nb：0.77％，O：0.12％，C：0.035％，N：0.007％，H：0.0131％，Mo：0.09％，余量為Ti。

進一步地，上述用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材由以下成分按質量百分比組成，Al：4.92％，V：2.56％，Fe：1.41％，Ni：0.89％，Nb：0.51％，O：0.13％，C：0.028％，N：0.016％，H：0.0134％，Mo：0.88％，Cr：0.19％，余量為Ti。

進一步地，上述用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材由以下成分按質量百分比組成，Al：3.92％，V：2.82％，Fe：1.74％，Ni：0.37％，Nb：0.63％，O：0.16％，C：0.030％，N：0.010％，H：0.0129％，Mo：0.91％，Cr：0.31％，余量為Ti。

同時，本發明還提供一種用于油氣開發的高強度高韌性鈦合金管材的制備方法，包括以下步驟：