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SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管及其制造方法與流程

文檔序號:12578554閱讀:400來源:國知局

本發(fā)明涉及一種石油套管及其生產(chǎn)方法,特別是一種SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管及其制造方法。



背景技術(shù):

稠油是指在溫度為20℃時,相對密度大于0.92,油層條件下粘度大于50mPa·S的原油。稠油由于其粘度大,流動性差的特征,常規(guī)方法無法開采,一般采用注蒸汽采油技術(shù),主要是蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)采油技術(shù),然而蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)采油方式,其只能加熱注汽井近井地帶某個較小范圍內(nèi)的油層,采收率低,而且要求原油的粘度小于50000mPa·S,對于粘度高于100000mPa·S的原油,需要采用新的開采技術(shù)。蒸汽輔助重力泄油(SAGD)是一種高粘度原油開采的有效技術(shù),其采收率高,采油速度快。具體措施是在生產(chǎn)井的正上方布置一口注汽水平井,向注汽井中注入高溫高壓蒸汽,蒸汽與油層發(fā)生熱交換,使油層上部原油粘度下降,原油與冷凝水在重力作用下向油層下方流動,由生產(chǎn)井采出。注汽井注入的高溫蒸汽溫度在300℃左右,要求套管的屈服強度不低于750MPa。隨著稠油的不斷采出,地下出現(xiàn)虧空,地表下沉,生產(chǎn)管柱局部承受較大的擠壓應(yīng)力,現(xiàn)有API鋼級套管無論是高溫性能還是抗擠毀性能均達(dá)不到使用要求??梢?,SAGD法開采稠油對套管的高溫力學(xué)性能和抗擠毀性能都提出了很高的要求,為了提高套管的使用安全性,應(yīng)加嚴(yán)安全性能指標(biāo),因此,需要發(fā)明一種在350℃使用環(huán)境溫度,屈服強度不低于800MPa;并具有高抗擠毀能力和抗剪切變形能力,適合SAGD開采方式使用的套管。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為解決上述技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明的目的是從套管的鋼種、幾何尺寸控制、材料性能指標(biāo)及生產(chǎn)工藝上設(shè)計一種適合SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管及其制造方法。該石油套管為非API鋼級石油套管。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管,其中,該套管的化學(xué)成分(重量百分比)為C:0.23~0.28,Si:0.17~0.30,Mn:0.56~0.75,P≤0.015,S≤0.007,Ni≤0.20,Cr:1.0~1.20,Mo:0.35~0.55,Cu≤0.15,Al≤0.01~0.04,余量為Fe。

同時還提供一種SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管的制造方法。

本發(fā)明的效果:通過科學(xué)的成分設(shè)計,以及嚴(yán)格的過程控制,達(dá)到如下效果。①熱穩(wěn)定性強。350℃環(huán)境溫度下,屈服強度不低于800MPa,高溫下管柱不發(fā)生變形,保證注汽井管柱可以反復(fù)多次,以及連續(xù)注汽生產(chǎn),與蒸汽吞吐相比,單井產(chǎn)量提高三倍以上。②具有高抗擠毀性能和高抗剪切變形能力,以套管為例,實際抗擠毀性能超到61.0MPa,高于API計算值56%以上。解決了開采過程中井下虧空,地層下沉易對生產(chǎn)管柱造成擠毀的難題,保證生產(chǎn)管柱可以順利連續(xù)生產(chǎn),有效的提高了稠油、超稠油采收率,與蒸汽吞吐相比,采收率提高兩倍以上。

具體實施方式

結(jié)合實施例對本發(fā)明的SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管及其制造方法加以說明。

本發(fā)明的SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管,該套管的化學(xué)成分為(重量百分比):C:0.23~0.28,Si:0.17~0.30,Mn:0.56~0.75,P≤0.015,S≤0.007,Ni≤0.20,Cr:1.0~1.20,Mo:0.35~0.55,Cu≤0.15,Al≤0.01~0.04,余量為Fe。

本發(fā)明的SAGD法開采稠油用125ksi高強韌石油套管的制造方法,該方法包括以下步驟:

①煉鋼原料:采用鐵水并精選優(yōu)質(zhì)廢鋼原料。

②用電弧爐熔化成鋼水,經(jīng)爐外精煉和真空脫氣獲得如上所述的化學(xué)成分,經(jīng)連鑄工序,澆鑄成連鑄坯。

③軋制:進(jìn)行正公差軋制,精確控制斜軋穿孔。外徑公差帶控制:+0.4mm~1.0%,壁厚公差帶控制:-5~15%,根據(jù)API 5C3抗擠毀公式,t越大,D/t越小,鋼管的抗擠毀性能越好。PQF三輥限動芯棒連軋和熱定徑工序降低外徑不圓度和壁厚不均度。較低的外徑橢圓度和壁厚不均度,降低其對抗擠毀性能的影響,從而一定程度的提高了抗外擠性能。具體軋制工序為:將冷卻后的鑄坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)加熱,爐溫為1275℃~1295℃,熱定心(1225℃~1245℃),熱穿孔(1200℃~1220℃),PQF三輥連軋(1040℃~1100℃),定徑,冷卻,鋸切。

④熱處理:采用淬火加回火的熱處理工藝,淬火溫度為890℃±10℃,淬火介質(zhì)為水,保證鋼管的淬透性,可以獲得90%以上的馬氏體,為獲得較好的強韌性匹配,做好強度儲備?;鼗饻囟葹?20℃±10℃,空氣冷卻,過飽和的鐵素體析出具有一定數(shù)量的碳化物,并保留一定數(shù)量的位錯,形成高韌性的回火索氏體。熱處理后,進(jìn)行熱矯直處理,冷卻,探傷。

⑤殘余應(yīng)力控制:淬火后及矯直后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力可高達(dá)300MPa以上,嚴(yán)重影響抗擠毀性能,使抗外擠能力變差,因此,通過提高矯直溫度并進(jìn)行去應(yīng)力退火措施來降低殘余應(yīng)力。具體措施為,提高熱矯直溫度到500℃~530℃,最大程度的降低殘余應(yīng)力;500℃±10℃去應(yīng)力退火處理,在不改變組織狀態(tài)的前提下,進(jìn)一步降低殘余應(yīng)力。

上述鋼種的套管經(jīng)過本發(fā)明的制造方法應(yīng)用以后,其各項性能指標(biāo)達(dá)到如下要求:

①通過高精度幾何尺寸控制,外徑橢圓度降低至0.3%,壁厚不均度降

低至8%,分別低于同類產(chǎn)品40%和38%。

②通過制定合適的熱處理制度,套管具有較高的屈服強度,平均值達(dá)到990MPa以上,高于API要求15%。

③套管具有較高的沖擊韌性,橫向全尺寸平均沖擊值達(dá)到101J,縱向全尺寸平均沖擊值達(dá)到162J,分別是API要求的3.4倍和2.5倍,使套管具有優(yōu)異的抗剪切變形能力。

④通過先進(jìn)的淬火方式和較高的矯直溫度(≥500℃),降低了套管殘余應(yīng)力(≤130MPa),遠(yuǎn)低于同類產(chǎn)品。

⑤高強度、低外徑橢圓度、壁厚不均度以及低殘余應(yīng)力,使套管具有較高的抗擠毀性能,以為例,實際抗擠毀性能超過61.0MPa,高于API計算值56%以上。

實施例

按所述成分和方法制造出來的石油套管TP125HTP-CQ,其化學(xué)成分如表1所示;生產(chǎn)控制過程如表2所示;套管各項幾何尺寸參數(shù)及各項性能參數(shù)如表3所示,所述套管具有較低的外徑不圓度(0.18-0.20%)和壁厚不均度(6-7%),室溫屈服強度在990-1010MPa,350℃試驗溫度下,高溫屈服強度在810-850MPa,高于實際使用要求8%-13%;套管抗擠毀性能在61.0-62.0MPa,高于API計算值56%以上。橫向全尺寸沖擊值為101-110J,縱向全尺寸沖擊值為159-170J,使套管具有優(yōu)異的抗擠毀性能和抗剪切變形能力。

該套管在遼河油田的多口SAGD井成功下井,達(dá)到很好的使用效果。

表1套管化學(xué)成分wt/%

表2套管生產(chǎn)控制過程

表3套管幾何尺寸及性能參數(shù)

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