專利名稱：一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度石油套管用鋼及其制造方法，特別涉及一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
稠油是一種粘度高、流動(dòng)性差的重質(zhì)原油。在全球范圍內(nèi)，從20世紀(jì)60年代到90 年代，國(guó)內(nèi)外稠油油藏的開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明，注蒸汽熱采(包括蒸汽吞吐及蒸汽驅(qū))是最有效、 最主要的開(kāi)發(fā)技術(shù)。目前，普遍采用的是單井吞吐注蒸汽的方法開(kāi)采，注蒸汽的平均溫度在 320°C左右。在稠油熱采過(guò)程中，套管周期性承受較高的拉-壓應(yīng)力作用，會(huì)造成套管斷裂 (或螺紋連接滑脫)、變形，這正是熱采井套管損壞的主要原因。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，稠油熱采井的套損率平均為30%以上，局部區(qū)塊達(dá)到70%，列油田套管損壞率之首。目前，國(guó)內(nèi)大部分油田稠油熱采使用的是無(wú)縫鋼管，天津鋼管公司申請(qǐng)一種稠油熱采井用中等強(qiáng)度石油套管及其生產(chǎn)方法，申請(qǐng)?zhí)枮?1118706. 9。其采用Cr-Mo體系開(kāi)發(fā)出無(wú)縫鋼管，并經(jīng)后續(xù)熱處理保證套管的強(qiáng)度和韌性，鋼種成分為C = O. 20-0. 30wt% ；Si =0. 15-0. 30wt% ；Mn = 0. 60-1. IOwt% ；P 彡 0. 02wt% ；S 彡 0. 015wt% ；Ni 彡 0. 30wt% ； Cr = 0. 40-1. 20wt%;Mo = 0. 060-0. 20wt%;Cu 彡 0. 30wt%。寶山鋼鐵股份有限公司申請(qǐng)一種石油套高及其生產(chǎn)方法，申請(qǐng)?zhí)枮?00910048201. 8。其采用含W、Co的Cr-Mo體系開(kāi)發(fā)出無(wú)縫鋼管，并經(jīng)后續(xù)熱處理保證套管的強(qiáng)度和韌性，鋼種成分為C = O. 20-0. 35wt% ； Si = 0. 15-0. 45wt% ；Mn = 0. 20-1. 50wt% ；Cr = 0. 15-5. 55wt% ；V = 0. 05-0. 20wt% ；Ti =0. 005-0. 05wt% ；Nb = 0. 005-0. 05wt% ；Al = 0. 001-0. 05wt% ；Mo = 0-0. 60wt% ；W = 0-0. 6% ；Ni = 0-0. 2wt% ；Cu = 0-0. 2wt% ；Co = 0-0. 30wt% ；Ca = 0-0. 005wt%。與傳統(tǒng)無(wú)縫鋼管相比，采用ERW焊接技術(shù)制造的稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管具有壁厚均勻、尺寸精度高、圓度好和價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，在地下服役時(shí)抗擠毀和抗壓潰能力較同鋼級(jí)無(wú)縫套管高10-15%。勝利油田有著較豐富的稠油資源，以前主要使用普通N80、PllO套管，稠油熱采井的套損率超過(guò)30%。根據(jù)勝利油田的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)查分析該油田稠油熱采井套管損壞的主要形式，專門設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了 1種適合該油田使用工況的稠油熱采井專用套管PllOH(P100石油套管屬于API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)，H表示熱采)。在勝利油田稠油熱采井中試用并獲得成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其生產(chǎn)方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。適合稠油熱采井用的石油套管，熱穩(wěn)定性好。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼，其特征在于， 化學(xué)成分重量百分比為c :0. 20-0. 35wt %, Si :0. 15-0. 35wt %, Mn :1. 10-2. 50wt %, P 彡 0. 018wt%,S :^0. 003wt%,Cr :0-0. 40wt%,Ti :0. 005—0. IOwt %，Nb :0. 005—0. IOwt %, V :0. 005-0. 05wt %，Ni :0. 10-0. 30wt %，Mo :0. 05-0. 60wt %，其他為 Fe 和不可避免的微量雜質(zhì)。以下是本發(fā)明的石油套管的各化學(xué)成分的作用及其具體說(shuō)明C:鋼種最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化顯著提高剛的強(qiáng)度， 尤其是抗拉強(qiáng)度，但C含量的增加顯著降低鋼的延性、韌性和焊接性能。同時(shí)，為了減輕水淬開(kāi)裂的敏感性，本發(fā)明專利C含量目標(biāo)為0. 20-0. 35wt%。Si 提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和高溫抗氧化及耐酸性，但降低鋼的韌性和塑性。本發(fā)明專利Si含量目標(biāo)為0. 15-0. 35wt%oMn 固溶于鐵素體提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，但同時(shí)影響熱軋組織的均勻性，Mn還可以和S形成硫化錳夾雜物，影響材料性能。本發(fā)明專利Mn添加量為1. 10-2. 50wt%。P、S 是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望盡可能的低。P的主要害處是偏析嚴(yán)重；目前通過(guò)爐外精煉和Ca處理控制技術(shù)，一方面S可以控制為小于30ppm，一方面可以把硫化物夾雜變?yōu)椴灰鬃冃蔚那驙?。本發(fā)明專利P的含量控制為< 0. 0018wt% ；S的含量控制為彡 0. 0030wt%。Cr 首先Cr具有顯著的固溶強(qiáng)化效果，可以提高鋼的機(jī)械性能和抗腐蝕性能；其次Cr能強(qiáng)烈提高淬透性，促進(jìn)碳化物形成，回火時(shí)析出碳化物提高鋼的強(qiáng)韌性，有利于提高材料的高溫強(qiáng)度。本發(fā)明專利Cr含量為0-0. 40wt%。Ti 首先Ti能夠固N(yùn)，改善低溫沖擊韌性；其次是在板坯連鑄過(guò)程中形成TiN、TiC 可以有效阻礙均熱和再加熱過(guò)程中奧氏體晶粒長(zhǎng)大；另外TiN改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。本發(fā)明專利Ti添加量為0. 005-0. IOwt % οNb:強(qiáng)碳氮化物形成元素，可以細(xì)化晶粒及具有洗出強(qiáng)化的作用，有利于提高材料的高溫強(qiáng)度，是現(xiàn)代微合金高強(qiáng)度鋼最基本的添加元素。本發(fā)明專利Nb的添加量為 0. 005-0. IOwt %。V:能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度，改善韌性和提高回火穩(wěn)定性，但由于其價(jià)格較高，所以要限制使用量，本發(fā)明專利V添加量為0. 005-0. 05wt%。Ni 為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，同時(shí)改善鋼的低溫沖擊韌性。但由于M的市場(chǎng)價(jià)格較高，從降低成本的角度考慮應(yīng)盡量減少其使用量。本發(fā)明專利M添加量為 0. 10-0. 30wt%oMo 強(qiáng)碳氮化物形成元素，提高鋼的淬透性，可以有效提高鋼的回火穩(wěn)定性，回火時(shí)洗出的碳化物有利于提高鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明專利Mo添加量為0. 05-0. 60wt%。本發(fā)明一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼的制造方法，工藝為1)煉鋼工藝路線鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一入庫(kù)，LF精煉進(jìn)行Ca處理夾雜物變性。2)軋鋼工藝路線加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一卷曲一檢驗(yàn)、入庫(kù)，加熱溫度1220-1280°C，粗軋終止溫度1000-1060°C，精軋終止溫度840-880°C，精軋總變形量大于75%，卷取溫度580-640°C。根據(jù)本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的石油套管用鋼熱軋板卷力學(xué)性能要求如下1)拉伸性能RtO. 5 :420-650Mpa, Rm 彡 650Mpa, 22，屈強(qiáng)比彡 0. 88。2)180°橫向d =加冷彎試驗(yàn)不開(kāi)裂。
3)硬度試驗(yàn)HV10 ( 280ο4)金相組織晶粒度為10級(jí)或更細(xì)。本發(fā)明生產(chǎn)的Nb-V-Ti系微合金高強(qiáng)度石油套管用鋼熱軋卷板，通過(guò)微合金強(qiáng)化機(jī)理，結(jié)合后續(xù)制管完畢進(jìn)行調(diào)制熱處理，可以達(dá)到稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管的技術(shù)條件要求，在保證套管強(qiáng)韌性要求的同時(shí)，降低了人力物力成本，提高了生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。


圖1 一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其生產(chǎn)方法350°C高溫拉伸曲線圖2 —種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其生產(chǎn)方法鋼管熱處理后金相組織
具體實(shí)施例方式工藝路線鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一入庫(kù)、檢驗(yàn)一加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一卷取一檢驗(yàn)、入庫(kù)。實(shí)際冶煉化學(xué)成分如表1所示，具體軋鋼工藝參數(shù)如表2所示，表3為力學(xué)性能檢
查結(jié)果。采用本發(fā)明生產(chǎn)的高強(qiáng)度石油套管PllOH用鋼熱軋板卷金相組織為鐵素體+珠光體組織，晶粒度為11級(jí)，帶狀為1. 5級(jí)。采用本發(fā)明，生產(chǎn)高強(qiáng)度石油套管用鋼210噸，發(fā)往某管廠進(jìn)入連續(xù)成型工序，在適當(dāng)?shù)暮附庸β?、焊接速度和擠壓量下，進(jìn)行電阻焊(ERW)，然后對(duì)套管進(jìn)行調(diào)制熱處理，性能如表4所示?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)熱處理的套管強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)中 PllO的技術(shù)要求，并且在部分熱處理工藝下得到的試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了 Q125、甚至Q140級(jí)別。采用本發(fā)明，生產(chǎn)的高強(qiáng)度石油套管PllOH用鋼熱軋板卷在經(jīng)過(guò)ERW工藝制管并熱處理后，進(jìn)行350°C高溫拉伸試驗(yàn)，拉伸曲線如圖1所示?？梢钥闯?，350°C高溫拉伸屈服強(qiáng)度(RpO. 2)為841MPa，抗拉強(qiáng)度為941MPa，實(shí)物質(zhì)量滿足高溫使用性能指標(biāo)。采用本發(fā)明，生產(chǎn)的高強(qiáng)度石油套管PllOH用鋼熱軋板卷在經(jīng)過(guò)ERW工藝制管并熱處理后，金相組織致密均勻，為回火索氏體，如圖2所示。據(jù)用戶反映，采用本發(fā)明，生產(chǎn)的高強(qiáng)度石油套管PllOH用鋼制管后力學(xué)性能穩(wěn)定，焊接使用性能優(yōu)良，目前已應(yīng)用于稠油熱采井中。附表的簡(jiǎn)單說(shuō)明表1高強(qiáng)石油套管PllOH用鋼化學(xué)成分，wt %
權(quán)利要求
1.一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼，其特征在于，化學(xué)成分重量百分比為C: 0. 20-0. 35wt%,Si :0. 15-0. 35wt%,Mn :1. 10-2. 50wt%,P 彡 0. 018wt%,S 彡 0. 003wt%, Cr :0-0. 40wt %，Ti :0. 005-0. IOwt %，Nb :0. 005-0. IOwt %, V 0. 005-0. 05wt %, Ni 0. 10-0. 30wt%, Mo :0. 05-0. 60wt%，其他為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的石油套管用鋼的制造方法，工藝為1)煉鋼工藝路線鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一入庫(kù)， LF精煉進(jìn)行Ca處理夾雜物變性；2)軋鋼工藝路線加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一卷曲一檢驗(yàn)、入庫(kù)，加熱溫度 1220-U80°C，粗軋終止溫度1000-1060°C，精軋終止溫度840-880°C，精軋總變形量大于 75%，卷取溫度580-640°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼及其制造方法。該發(fā)明化學(xué)成分重量百分比為C0.20-0.35wt％；Si0.15-0.35wt％；Mn1.10-2.50wt％；P≤0.018wt％；S≤0.003wt％；Cr0-0.40wt％；Ti0.005-0.10wt％；Nb0.005-0.10wt％；V0.005-0.05wt％；Ni0.10-0.30wt％；Mo0.05-0.60wt％；其他為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。生產(chǎn)工藝步驟鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐煉鋼→LF爐精煉→板坯澆注→鋼坯精整→入庫(kù)、檢驗(yàn)→加熱爐加熱→控制軋制→控制冷卻→卷取→檢驗(yàn)、入庫(kù)。采用本發(fā)明生產(chǎn)的稠油熱采井用高強(qiáng)度石油套管用鋼熱軋板卷，制管后力學(xué)性能穩(wěn)定，焊接使用性能優(yōu)良，滿足高溫使用性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102212751SQ201110148660
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者代曉莉, 吳新朗, 張永青, 李明, 李永東, 李海波, 李飛, 楊健, 武軍寬, 牛濤, 王學(xué)強(qiáng), 王超 申請(qǐng)人:首鋼總公司