[發明專利]一種高強度耐熱油套管材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011007623.3
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112143972B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 鄧敘燕
• 申請（專利權）人: 達力普石油專用管有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/24;C22C38/28;C21D1/25;C21D6/00;C21D8/10;C21D9/08;C22C33/06
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 李坤

本發明公開一種高強度耐熱油套管材料及其制備方法，所述油套管材料的成分重量百分比為：0.25％≤C≤0.30％、0.15％≤Si≤0.35％、0.9％≤Mn≤1.1％、0.9％≤Cr≤1.1％、0.04％≤V≤0.08％、0.01％≤Ti≤0.03％、Al≤0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質；本發明提供的油套管材料中還可加入0.01％～0.03％的Zr元素，可進一步提高油套管材料的耐熱性能。本發明的油套管材料成分體系簡單、制造成本低，且高溫力學性能和抗擠毀性能優異，可廣泛用于稠油熱采井鉆采，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本發明涉及油套管制造技術領域，尤其涉及一種高強度耐熱油套管材料及其制備方法。

背景技術

目前世界上的稠油資源比較豐富，約占世界剩余油資源的70％。我國是稠油生產大國，稠油資源所占比重相當大，稠油開發遍布遼河、勝利、新疆、河南等十余個藏油區。稠油黏度大、流動性差，如何有效開采稠油是石油工業一直面臨的難題。稠油對溫度極為敏感，每增加10℃，粘度即下降一半，因此，稠油蒸汽驅井方式(即通過管道往油井內注入高壓高溫的蒸汽，進行“燜井”式的稀釋開采方式)作為目前稠油開采的主要手段，能夠有效升高油層溫度，降低稠油粘度，使稠油易于流動，可有效提升稠油油田進入高輪次開采階段的采收率，對提高稠油產量有突出的效果。

稠油蒸汽驅井方式中注蒸汽的平均溫度在320℃左右，高的達到350℃以上，由于注蒸汽后油層溫度上升，套管也要受熱膨脹，但是，油套管受地錨和井壁的約束，不能自由的伸長和縮短，因此，套管內部會產生很大的熱應力(壓應力)，而在回采過程中，由于溫度下降，套管又受到較大的拉應力的作用。這種拉-壓應力非常大，在最嚴重的部位達到700MPa以上，套管周期性承受如此高的拉-壓應力作用，是熱采井套管損壞的主要原因。同時，由于稠油的地層膠結疏松。在采油過程中易出砂導致地層移動，在地層移動的情況下，套管經常發生擠毀變形、錯斷等損壞。遼河油田稠油井的套管平均損壞率為14％，個別區塊可達30％。因此，開發具有良好的高溫力學性能和抗擠毀性能的油套管產品對于稠油井的開發具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有稠油井開采套管存在的耐高溫力學性能和抗擠毀性能較差的問題，本發明提供一種高強度耐熱油套管材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供的技術方案是：

一種高強度耐熱油套管材料，其成分重量百分比為：0.25％≤C≤0.30％、0.15％≤Si≤0.35％、0.9％≤Mn≤1.1％、0.9％≤Cr≤1.1％、0.04％≤V≤0.08％、0.01％≤Ti≤0.03％、Al≤0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質。

現對于現有技術，本發明提供的高強度耐熱油套管材料，合金成分體系簡單，取消了傳統采用的昂貴的Mo和W元素，通過加入Cr、V形成高熔點的碳化物，提高材料的高溫強度；通過加入Ti元素，與C、N形成碳、氮化物，起到固定N的作用，且形成的TiN具有延緩奧氏體晶粒長大，提高強韌性的作用；通過控制Al≤0.01％，抑制晶粒過度細化，將晶粒度控制在7～8級，有利于減少材料中的晶界面積，從而進一步提高高溫力學性能。本發明各組分相互配合協同，使得油套管材料的高溫力學性能和抗擠毀性能優異的前提下，還顯著降低了合金的成本，完全滿足注熱蒸汽稠油熱采井用油套管的性能要求，具有廣闊的應用前景。

本發明還提供了一種高強度耐熱油套管材料，其成分重量百分比為：0.25％≤C≤0.30％、0.15％≤Si≤0.35％、0.9％≤Mn≤1.1％、0.9％≤Cr≤1.1％、0.04％≤V≤0.08％、0.01％≤Zr≤0.03％、0.01％≤Ti≤0.03％、Al≤0.01％，余量為Fe及不可避免的雜質。

高溫條件下，鋼材料的晶界區域的晶格畸變程度變小，原子擴散速度快，導致晶界強度減弱，從而很容易出現鋼材料斷裂。相對于上述未加入Zr元素的油套管材料，加入Zr元素后，Zr可以填充晶界空位，阻礙原子擴散，進一步提高高溫蠕變抗力，適合制備高強度耐高溫油套管材料。