一種連續(xù)速度管柱及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)速度管柱及其制造方法，按照重量百分比，該連續(xù)速度管柱的鋼材化學成分為：C：0.07～0.16，Si：0.2～0.45，Mn：0.5～0.85，P：≤0.02，S：≤0.002，Cr：0.52～0.9，Cu：0.1～0.4，Mo：≤0.22，Ni：≤0.3，V：≤0.05，Nb：0.02～0.04，余量為鐵；原料經(jīng)縱剪、對接、成型焊接、熱處理后，制得單根長度大于61米，最高可達數(shù)千米，中間沒有螺紋連接接頭的連續(xù)速度管柱；本發(fā)明的連續(xù)速度管柱屈服強度≥359MPa，抗拉強度≥455MPa，最大硬度248HV0.5，具有較好的耐腐蝕性能，適合在油氣井內(nèi)長期服役。
【專利說明】
一種連續(xù)速度管柱及其制造方法
技術領域：
[0001] 本發(fā)明涉及石油天然氣管材技術領域，具體涉及一種連續(xù)速度管柱及其制造方 法。
【背景技術】：
[0002] 長慶蘇里格等致密氣田在氣井投產(chǎn)后，隨著生產(chǎn)時間的延續(xù)，地層能量逐漸降低， 氣層壓力下降，氣井攜液能力逐漸減弱，井筒開始出現(xiàn)積液，產(chǎn)氣量下降，嚴重時可造成氣 井停噴，穩(wěn)產(chǎn)保供壓力巨大。
[0003] 將速度管柱下入油管內(nèi)由專用懸掛器懸掛于井口，通過封閉環(huán)空或管柱端部，讓 氣體從速度管柱內(nèi)部或者環(huán)空通過，以達到節(jié)流增速、提高氣井排液能力，是解決氣井積液 問題的有效途徑。以前所用的速度管柱為常規(guī)油管，單根長度10米左右，多采用螺紋接頭連 接至所需長度。常規(guī)速度管柱采用普通低碳無縫鋼管，在管段進行墩粗加厚及熱處理后加 工出螺紋，螺紋與接箍連接，擰緊后依靠金屬間臺階面緊密配合來實現(xiàn)油管的密封并連接 到所需長度。
[0004] 采用常規(guī)速度管柱進行排水采氣作業(yè)有以下缺點：一、接頭較多，質(zhì)量難以保證， 安全性較差。以在深度3000m的井內(nèi)應用為例，采用螺紋接頭連接，會產(chǎn)生300多個螺紋接 頭，任何一個接頭質(zhì)量不過關都可能使管柱脫落，引發(fā)井下事故，造成重大損失，且速度管 柱排水采氣作業(yè)需將速度管柱長期放置在井內(nèi)，經(jīng)受腐蝕介質(zhì)的侵蝕，常規(guī)速度管柱是普 通低碳鋼材質(zhì)，腐蝕性能一般，難以進行長期連續(xù)服役，尤其在接頭連接處容易產(chǎn)生縫隙腐 蝕(縫隙腐蝕是當金屬部件之間在介質(zhì)中形成微小縫隙，由于腐蝕介質(zhì)擴散不均勻致使在 縫隙內(nèi)部和外部形成濃度差異，構(gòu)成濃度電位差，使金屬發(fā)生局部腐蝕），極易造成速度管 柱泄露失效。二、作業(yè)效率較低。常規(guī)速度管柱單根長度有限，必須接長后下入，作業(yè)人員 多，施工時間較長。
[0005] 因此，需要研究開發(fā)一種適合在井下長期服役的連續(xù)速度管柱。本發(fā)明采用耐蝕 材料制成單根長度可達數(shù)千米的連續(xù)速度管柱，安裝快捷，且適合在油氣井內(nèi)長期服役，進 行排水采氣作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 為了克服上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適合在井下長期服役的連續(xù) 速度管柱，本發(fā)明的連續(xù)速度管柱耐蝕性能優(yōu)異、單根長度可達數(shù)千米，作業(yè)效率高;本發(fā) 明還提供了一種連續(xù)速度管柱的制造方法。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采取的技術方案是:一種連續(xù)速度管柱，按照重量 百分比，該管柱的鋼材化學成分為：C: 0.07~0.16, Si :0.2~0.45，Mn :0.5~0.85，P:彡 0.02，S:<0.002，Cr:0.52~0.9，Cu :0.1~0.4，Mo:<0.22，NK0.3，V:<0.05，Nb:0.02~ 0.04,余量為鐵。
[0008] 上述連續(xù)速度管柱外徑為25.4~88.9mm，壁厚為1.9~7.6mm，屈服強度彡359MPa， 抗拉強度多455MPa，最大硬度248HV〇. 5。
[0009] 上述連續(xù)速度管柱單根長度多61m，最高可達數(shù)千米，中間沒有螺紋連接接頭。
[0010] 制造上述連續(xù)速度管柱的制造方法為:具體制造步驟如下：
[0011]步驟1:將化學成分進行熔煉、鍛造成板坯；
[0012]步驟2:將板坯進行乳制，具體工藝如下：
[0013] 采用TMCP工藝，將上述成分的板坯加熱至980~1250 °C時進行粗乳，在690 °C~900 °C進行精乳;卷曲溫度380~600°C，最后制成厚度1.9~7.6mm的鋼卷；
[0014]步驟3:將鋼卷縱剪成鋼帶，實現(xiàn)鋼帶的接長
[0015] 將相鄰的鋼帶端部按一定角度進行切斷，根據(jù)鋼帶厚度加工成合理的焊接坡口， 采用等離子焊接或氬弧焊、攪拌摩擦焊及其他焊接方法將鋼帶焊接起來。清理對接焊縫附 近焊渣后，將對接焊縫及熱影響區(qū)加熱到一定的溫度后對焊縫進行碾壓后冷卻，從而實現(xiàn) 鋼帶的接長；
[0016] 步驟4:將接長后的鋼帶制成連續(xù)速度管柱
[0017] 將接長后的鋼帶通過排輥成型后，采用高頻焊進行焊接。對焊縫進行880°C~960 °C熱處理，隨后對全管體進行600 °C~770 °C去應力處理。
[0018] 步驟5:對連續(xù)速度管柱進行耐蝕性能檢測。
[0019] 上述步驟2中鋼卷的鋼材性能：屈服強度300~650MPa，抗拉強度彡420MPa，延伸率 大于20%，最大硬度240HV〇. 5，晶粒度在ASTM El 12N0.8級以上，帶狀組織彡2級。
[0020] 上述步驟3中鋼帶焊接采用的方法是等離子焊接。
[0021]本發(fā)明的有益效果：
[0022] 1、在滿足管材力學性能的前提下，通過低碳Cu-Mo-Cr-Ni合金系成分設計，創(chuàng)新全 流程超潔凈度冶煉工藝，從鋼材控制著手提高了管材自身的耐蝕性。同時，通過鋼帶對接及 焊后碾壓熱處理工藝，得到質(zhì)量優(yōu)異的鋼帶對接接頭，實現(xiàn)鋼帶的接長。并通過高頻焊 (HFW)及特殊的后續(xù)熱處理工藝，制造出耐蝕性能優(yōu)異、單根長度可達數(shù)千米的連續(xù)速度管 柱產(chǎn)品。
[0023] 2、本發(fā)明的連續(xù)速度管柱沒有螺紋連接接頭，單根長度多61m，最高可達數(shù)千米， 解決了常規(guī)速度管柱螺紋接頭較多，且螺紋接頭易產(chǎn)生縫隙腐蝕造成管柱脫落的難題;在 進行排水采氣作業(yè)時，無需接單根，可通過連續(xù)管作業(yè)設備直接下入井內(nèi)，作業(yè)效率得到極 大的提尚。
[0024] 3、通過對本發(fā)明連續(xù)速度管柱進行耐蝕性能檢測，本發(fā)明的連續(xù)速度管柱和常規(guī) 低碳無縫鋼管速度管柱相比具有優(yōu)異的耐蝕性能，更能夠滿足井內(nèi)長期服役的要求。
【具體實施方式】：
[0025] 1)設計了如下成分的卷板：
[0026]
[0027] 將采用上述成分設計的鋼乳制成為1120X3.18mm規(guī)格、重20t，長約680m的鋼卷。
[0028] 該鋼材主要性能：屈服強度465MPa，抗拉強度540MPa，延伸率27 %，硬度218HV〇.5。 晶粒度在ASTM El 12N0.10級，帶狀組織1.0級。
[0029] 2)將該鋼卷縱剪成寬度120.2mm的9條鋼帶。將鋼帶對接成總長6120米的鋼帶。利 用排輥成型為Φ 38.1 X 3.18mm規(guī)格的鋼管，經(jīng)焊縫熱處理、全管體去應力處理后得到一盤 3500米長連續(xù)速度管柱產(chǎn)品。
[0030] 該連續(xù)管的主要性能：屈服強度為520MPa，抗拉強度為600MPa，最大硬度227HV0.5。 [0031] 依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會NACE標準TM0284-2003進行試驗，本試驗使用高純氮除 氧，腐蝕溶液為硫化氫飽和的0.5 %醋酸+5 % NaCl混合溶液，腐蝕溶液用蒸餾水和化學純試 劑配制。溶液體積和試樣面積比大于3mL/cm2,溶液溫度保持在25±3°C。經(jīng)過96小時的試驗 后，對試樣進行清洗、觀察，沒有裂紋和鼓泡產(chǎn)生。
[0032] 依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會標準NACE TM 0177-1996《金屬材料在含H2S環(huán)境中抗硫 化物應力腐蝕開裂性能試驗方法》(等效于中華人民共和國標準GB/T 4157-2006《金屬在硫 化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開裂實驗室試驗》)進行試驗，加載方式采用靜態(tài)拉伸法，對試 樣施加數(shù)值為535MPa屈服壓力的拉伸應力，腐蝕溶液為標準中規(guī)定的A溶液(硫化氫飽和 5 %NaCl+0.5 %冰乙酸水溶液）。經(jīng)過720小時的應力腐蝕實驗，試樣未斷裂。
[0033]在某油田氣井內(nèi)進行排水采氣作業(yè)，連續(xù)服役三年后起出進行檢測：強度損失不 超過7 % ;使用激光共聚焦設備對壁厚腐蝕情況進行了測量，由測量結(jié)果推算出，該盤連續(xù) 速度管柱在服役氣井中的最大腐蝕速率為0.114mm/a，仍滿足繼續(xù)服役的力學性能要求。
[0034]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種連續(xù)速度管柱，其特征在于:按照重量百分比，所述連續(xù)速度管柱的鋼材化學成 分為：C :0.07~0.16，Si:0.2~0.45，Mn:0.5~0.85，P:<0.02，S :<0.002，Cr:0.52~0.9， 〇1:0.1~0.4，]?〇:彡0.22，附 ：彡0.3，￥:彡0.05，他：0.02~0.04，余量為鐵。2. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)速度管柱，其特征在于:所述連續(xù)速度管柱的外徑為25.4~ 88.9mm，壁厚為1.9~7.6mm，屈服強度彡359MPa，抗拉強度彡455MPa，最大硬度248HV〇. 5。3. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)速度管柱，其特征在于：所述連續(xù)速度管柱的單根長度多 61m，最高可達數(shù)千米，中間沒有螺紋連接接頭。4. 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)速度管柱的制造方法，其特征在于:具體制造步驟如下： 步驟1:將化學成分進行熔煉、鍛造成板坯； 步驟2:將板坯進行乳制，具體工藝如下： 采用TMCP工藝，將上述成分的板坯加熱至980~1250°C時進行粗乳，在690°C~900°C進 行精乳，卷曲溫度380°(：~600°(：，最后制成厚度1.9~7.6111111的鋼卷； 步驟3:將鋼卷縱剪成鋼帶，實現(xiàn)鋼帶的接長 將相鄰的鋼帶端部按一定角度進行切斷，根據(jù)鋼帶厚度加工成合理的焊接坡口，采用 等離子焊接或氬弧焊、攪拌摩擦焊及其他焊接方法將鋼帶焊接起來。清理對接焊縫附近焊 渣后，將對接焊縫及熱影響區(qū)加熱到一定的溫度后對焊縫進行碾壓后冷卻，從而實現(xiàn)鋼帶 的接長； 步驟4:將接長后的鋼帶制成連續(xù)速度管柱 將接長后的鋼帶通過排輥成型后，采用高頻焊進行焊接，對焊縫進行880°C~960°C熱 處理，隨后對全管體進行600°C~770°C去應力處理； 步驟5:對連續(xù)速度管柱進行耐蝕性能檢測。5. 如權(quán)利要求4所述的連續(xù)速度管柱的制造方法，其特征在于:所述步驟2中鋼卷的鋼 材性能：屈服強度300~650MPa，抗拉強度多420MPa，延伸率大于20%，最大硬度240HV〇. 5,晶 粒度在ASTM E112 NO.8級以上，帶狀組織彡2級。
【文檔編號】C22C38/12GK105945517SQ201610313230
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】畢宗岳, 張曉峰, 余晗, 張錦剛, 鮮林云, 李鴻斌, 汪海濤, 晁利寧, 王維亮, 付宏強, 王璟麗
【申請人】寶雞石油鋼管有限責任公司