專(zhuān)利名稱(chēng)：經(jīng)濟(jì)型55Ksi鋼級(jí)抗CO₂腐蝕油井管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油井管，特別是經(jīng)濟(jì)型55Ksi鋼級(jí)具有抗CO2腐蝕油井管及其制造方法。
背景技術(shù)：
油井管的CO2腐蝕在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。從材料學(xué)和防腐學(xué)角度出發(fā)，在高含CO2、氯離子、低PH值以及井中高壓和流體沖刷形成的強(qiáng)腐蝕環(huán)境中，使用價(jià)格昂貴的超級(jí)13Cr不銹鋼管材可有效地保證油田長(zhǎng)期安全、高效的生產(chǎn)。但從經(jīng)濟(jì)性而言，因我國(guó)油田多數(shù)屬于貧礦低滲透油田，且開(kāi)采壽命較短， 大多在10年以下，使用昂貴的高Cr不銹鋼油管經(jīng)濟(jì)性較差，故很多油田目前還在廣泛使用常規(guī)普碳鋼油井管材，導(dǎo)致出現(xiàn)多起嚴(yán)重的CO2腐蝕事故。隨著開(kāi)采條件的改變，很多較淺油氣井中出現(xiàn)微量CO2,且含量呈不斷增加之勢(shì)， 使得目前采用的一般碳鋼管常出現(xiàn)CO2腐蝕失效現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了油田正常生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于這些淺井，油套管強(qiáng)度上一般采用Mksi鋼級(jí)即可。但是，到目前為止，市場(chǎng)上還不存在具有良好抗(X)2腐蝕效果且生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的^ksi鋼級(jí)經(jīng)濟(jì)型油套管產(chǎn)品。有關(guān)抗(X)2腐蝕(或同時(shí)抗(X)2和H2S腐蝕)用合金鋼，大多是SOksi及以上鋼級(jí)的中合金或超級(jí)13Cr、15Cr以及22Cr雙相不銹鋼等高合金。如中國(guó)專(zhuān)利號(hào)CN1401809A、CN1292429A, CN1487112A、歐洲專(zhuān)利 EP995809AU W09941422、美國(guó)專(zhuān)利 US6648991、日本 JP2001059136、JP2000063994。及中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200910053666. 2。中國(guó)專(zhuān)利CN1401809A抗二氧化碳腐蝕的低合金鋼及油套管，主要通過(guò)添加適當(dāng)?shù)腗o、Ni、W、Cr等元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后獲得優(yōu)異的抗二氧化碳腐蝕性能，所生產(chǎn)的相關(guān)油套管力學(xué)性能為SOksi鋼級(jí)及以上。中國(guó)專(zhuān)利CN1292429A抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼，采用超低碳成分，通過(guò)添加適當(dāng)?shù)腗o、Cr、Cu等元素來(lái)提高合金的抗二氧化碳及海水腐蝕性能，經(jīng)冶煉、 鍛造、軋制、熱處理后強(qiáng)度可達(dá)到SOksi鋼級(jí)以上。中國(guó)專(zhuān)利CN1487112A抗二氧化碳和硫化氫腐蝕用低合金鋼，其主要特點(diǎn)在于通過(guò)加入3%左右Cr和微量稀土元素Ce后通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理可制造80 95ksi鋼級(jí)抗C02、 H2S腐蝕油套管。歐洲專(zhuān)利EP995809A1，主要通過(guò)加入較多含量的Cr和適量的Cu和Al，以提高材料的抗二氧化碳和海水腐蝕性能，尤其是克服了特定介質(zhì)條件下的局部腐蝕現(xiàn)象。但是該專(zhuān)利中合金元素尤其是Cr的加入量超過(guò)4%，屬于中高合金范疇，鋼管的成本較高。此外， 該專(zhuān)利合金鋼經(jīng)淬火或正火處理后得到馬氏體組織，進(jìn)一步調(diào)質(zhì)或正火+回火處理后所得最終產(chǎn)品的強(qiáng)度在SOksi鋼級(jí)以上。專(zhuān)利W09941422以Mn、Cr為主要合金元素，必要時(shí)加入少量的Cu、Ni、Mo、Ti、Nb、
B，產(chǎn)品最終為馬氏體類(lèi)型組織，強(qiáng)度在SOksi鋼級(jí)以上。
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美國(guó)專(zhuān)利US 6648991，以Cr、Mn為主要合金元素，配以適當(dāng)Mo、V元素，屬于低合金鋼范圍。專(zhuān)利發(fā)明的合金采用熱軋后正火或調(diào)質(zhì)工藝處理，所得油套管強(qiáng)度可涵蓋55 125ksi鋼級(jí)以上。日本專(zhuān)利JP2001059136和JP2000063994主要通過(guò)加入較多含量的Cr和適量的 B并通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后獲得SOksi鋼級(jí)以上的強(qiáng)度。前述幾個(gè)專(zhuān)利所涉及的合金鋼種，生產(chǎn)過(guò)程中大多采取正火或調(diào)質(zhì)熱處理方式， 鋼管強(qiáng)度多為SOksi以上。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00910053666. 2，屬于中低碳低合金鋼范圍，利用Cr和Mn的強(qiáng)化作用，同時(shí)輔以Cr、Ni和Cu元素的綜合作用，以達(dá)到抗(X)2腐蝕性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)含有二氧化碳、氯離子等復(fù)合酸性腐蝕環(huán)境條件存在時(shí)，目前2500m以下淺井中常采用的普通J55碳鋼管因耐蝕性差，很容易失效從而導(dǎo)致油田經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)型鋼級(jí)具有抗(X)2腐蝕油井管及其制造方法，具有良好的抗(X)2腐蝕性能，制造方法相對(duì)簡(jiǎn)單。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，經(jīng)濟(jì)型鋼級(jí)具有抗(X)2腐蝕油井管，其化學(xué)成分重量百分比為C :0. 05 0. 15%, Si 0. 10 0. 8%，Mn 0. 40 1. 2%，Cr 2. 5 4. 5%，Al 0. 01 0. 10%，其余為！^和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0. 05%。本發(fā)明經(jīng)煉鋼、鑄造、熱軋后空冷，其力學(xué)性能達(dá)到了鋼級(jí)要求。模擬國(guó)內(nèi)某油田的典型腐蝕環(huán)境進(jìn)行高壓釜腐蝕對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，相比常規(guī)J55油井管，本發(fā)明鋼的年平均腐蝕速率降低了 3倍以上。本發(fā)明的合金鋼選擇化學(xué)成分范圍的原因如下C是保證鋼管室溫強(qiáng)度和淬透性所必需的成分。在此成分體系下，碳含量低于 0. 05%時(shí)鋼的強(qiáng)度不夠，高于0. 15%則韌性變壞。Si加入鋼中起到脫氧作用。低于0. 10%含量效果不明顯。當(dāng)含量超過(guò)0. 8%后， 加工性和韌性惡化。Cr的加入對(duì)提高鋼的強(qiáng)度和抗(X)2腐蝕性能有很大作用。在此成分體系下，Cr含量小于2. 5%時(shí)，鋼抗(X)2腐蝕性能提高幅度不明顯，高于4. 5%時(shí)，加工性變差，材料成本提高。Cr含量一般控制在2. 5 4.5%。Mn是改善鋼的強(qiáng)韌性必須的元素，小于0. 4%時(shí)作用較小。當(dāng)Mn含量超過(guò)1. 2% 后，抗CO2腐蝕性下降。Al在鋼中起到了脫氧作用和細(xì)化晶粒的作用，另外還提高了表面膜層的穩(wěn)定性和耐蝕性。當(dāng)加入量低于0.01%時(shí)，效果不明顯，加入量超過(guò)0. 10%，力學(xué)性能變差。相比而言，目前與本發(fā)明相關(guān)的鋼管產(chǎn)品多為強(qiáng)度SOksi及以上鋼級(jí)，化學(xué)成分上屬于中合金或超級(jí)13Cr、15Cr以及22Cr雙相不銹鋼等高合金范疇。本發(fā)明經(jīng)濟(jì)型鋼級(jí)具有抗(X)2腐蝕油井管的制造方法，主要包括如下步驟1)按上述成分冶煉、鑄造成坯；煉鋼時(shí)開(kāi)始出鋼溫度1650士5°C，鑄造開(kāi)始溫度為 1565 1545°C ；
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2)熱軋，鑄坯進(jìn)行熱軋時(shí)在1180 1250°C開(kāi)始穿孔軋制，最終張力減徑，減徑溫度 850 950°C ；3)空冷。在現(xiàn)有油井管生產(chǎn)制造過(guò)程中，熱軋工序后往往需要通過(guò)高溫調(diào)質(zhì)或者正火的熱處理方式來(lái)保證SOKsi鋼級(jí)及以上強(qiáng)度和抗二氧化碳腐蝕性能，即在高于850°C以上溫度水淬(或油淬、空淬)后再在高于650°C溫度下高溫長(zhǎng)時(shí)間回火或正火處理后達(dá)到性能要求，其生產(chǎn)工藝流程為煉鋼-連鑄-軋管-調(diào)質(zhì)或正火熱處理。本發(fā)明由于采取了新的成分設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)化為煉鋼-鑄造-軋管-空冷即可，后面沒(méi)有調(diào)質(zhì)或正火熱處理這一步驟。熱軋后鋼管空冷到室溫，無(wú)須后續(xù)熱處理，節(jié)約了熱處理成本。本發(fā)明有益效果本發(fā)明鋼種為強(qiáng)度55ksi鋼級(jí)，化學(xué)成分上屬于(超)低碳低合金鋼范疇，且制造工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)常規(guī)的煉鋼、連鑄和熱軋后空冷即可獲得成品油井管，省略掉了調(diào)質(zhì)或正火的熱處理程序，節(jié)省了成本。生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)化為煉鋼-鑄造-軋管即可。采用上述成分和制造方法生產(chǎn)的油套管其(X)2年腐蝕速率比目前油田使用的常規(guī)歷5產(chǎn)品降低了 3倍以上。本發(fā)明合金鋼充分利用Cr、Mn元素的強(qiáng)化作用和一定含量Cr元素對(duì)抗二氧化碳腐蝕的有利作用，在不添加Mo、M等昂貴元素情況下，熱軋后空冷即可獲得55ksi鋼級(jí)油套管，以用于2500m以下含二氧化碳的淺井。相比常規(guī)API標(biāo)準(zhǔn)的J55油套管，在保持較簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的同時(shí)，抗二氧化碳腐蝕性能得到明顯提高。


圖Ia為本發(fā)明實(shí)施例鋼高壓釜腐蝕試驗(yàn)后試驗(yàn)表面形貌照片；圖Ib為普通J55鋼高壓釜腐蝕試驗(yàn)后試驗(yàn)表面形貌照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例成分參見(jiàn)表1，實(shí)施例鋼的力學(xué)性能、腐蝕性能見(jiàn)表2。表1本發(fā)明的合金鋼和現(xiàn)有合金鋼的化學(xué)成分，Wt%
權(quán)利要求
1.經(jīng)濟(jì)型鋼級(jí)具有抗(X)2腐蝕油井管，其化學(xué)成分重量百分比為C:0. 05 0. 15%, Si 0. 10 0. 8%，Mn 0. 40 1. 2%，Cr 2. 5 4. 5%，Al 0. 01 0. 10%，其余為！^和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0. 05%。
2.經(jīng)濟(jì)型鋼級(jí)具有抗(X)2腐蝕油井管的制造方法，主要包括如下步驟1)按上述成分冶煉、鑄造成坯；煉鋼時(shí)開(kāi)始出鋼溫度1650士5°C，鑄造開(kāi)始溫度為 1565 1545°C ；2)熱軋，鑄坯進(jìn)行熱軋時(shí)在1180 1250°C開(kāi)始穿孔軋制，最終張力減徑，減徑溫度 850 950 ；3)空冷。
全文摘要
經(jīng)濟(jì)型55Ksi鋼級(jí)具有抗CO2腐蝕油井管，其化學(xué)成分重量百分比為C0.05～0.15％，Si0.10～0.8％，Mn0.40～1.2％，Cr2.5～4.5％，Al0.01～0.10％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素的總量低于0.05％。經(jīng)煉鋼、鑄造和熱軋、空冷即可獲得成品油井管，省略掉了現(xiàn)有油井管鑄造工藝中的調(diào)質(zhì)或正火的熱處理程序，節(jié)省了成本。而且，本發(fā)明還具有良好的抗CO2腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C38/18GK102199729SQ20101013092
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者張忠鏵, 楊建強(qiáng), 譚諄禮 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司