專利名稱：一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油天然氣井油井管，具體涉及一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管及其制造方法。
背景技術(shù)：
高凝油油藏在世界上分布較廣，地質(zhì)儲(chǔ)量極為豐富。我國的遼河、吉林、大港、河南等油田都有相當(dāng)儲(chǔ)量的高凝油油藏，其共同特點(diǎn)是高含臘量、高凝固點(diǎn)。由于高凝油油藏有其特殊的性質(zhì)，注常溫水開發(fā)可有效提高油藏最終采收率。但由于長(zhǎng)期大量注水，在注水井周圍形成一個(gè)低溫層帶，其溫度等條件適合細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。又由于注入水源源不斷的把營養(yǎng)物質(zhì)帶入，使得硫酸鹽還原菌(Sulphate-Reducing Bacteria縮寫SRB)等有害細(xì)菌大量繁殖。硫酸鹽還原菌(SRB)是指一類能與硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽等硫氧化物以及元素硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成H2S的生理特性細(xì)菌的統(tǒng)稱。SRB的腐蝕主要是由于氫化酶的作用，其造成金屬腐蝕的機(jī)理分兩步第一步是細(xì)菌通過氫化酶從金屬表面放出原子態(tài)氫，并幫助氫原子將硫酸鹽還原成硫化物；第二步是陰極去極化作用。因此，SRB的腐蝕實(shí)質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕的問題。SRB是成群或成菌落的附著在管道上，在流動(dòng)的流體中不易找到，一旦存在，很難通過使用殺菌劑將其徹底清除。SRB在地下的大量繁殖對(duì)地下管線產(chǎn)生極大的危害。SRB腐蝕地下油井管，使其遭到穿孔腐蝕破壞，如某油田注水井套管下井使用I個(gè)月后，鋼管即發(fā)生腐蝕穿孔，經(jīng)檢測(cè)SRB含量高達(dá)5000-10000個(gè)/ml。另外，SRB產(chǎn)生的多糖匯集成生物膜，生物膜粘附菌體細(xì)胞或其它固體顆粒，在地層孔隙系統(tǒng)中形成橋塞現(xiàn)象，降低了地層的有效滲透率；SRB腐蝕產(chǎn)物硫化亞鐵和氫氧化亞鐵沉淀與水中成垢離子共同沉積成污垢，造成管道堵塞、注水壓力上升、注入量降低；SRB的繁殖還可以使系統(tǒng)硫化氫含量增加，腐蝕產(chǎn)物中硫化亞鐵的存在，導(dǎo)致水質(zhì)明顯惡化，水變黑、發(fā)臭，不僅使管道設(shè)備破壞，而且還可能把雜質(zhì)引入油品中，降低原油品質(zhì)等級(jí)。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的抗菌鋼主要針對(duì)大腸桿菌和黃色葡萄球菌等菌種。如中國專利CN200510013238. 9公布的一種奧氏體抗菌不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比(wt%)范圍如下C 0. 03-0. 15，Cr :11-15, Ni :1. 0-3. 5，Mn :7. 0-15. 0，N :0. 06-0. 3，Cu :1. 0-3. 0，Ag 0. 01-0. 1，Nb 0-0. 10，S 彡 0. 02，P 彡 0. 03，Si :0. 1-1,其余為 Fe ;再如中國專利CN02144568. 0公布的一種鐵素體抗菌不銹鋼，其化學(xué)成分為C彡0. 2%，Si ( 3%，Mn ( 2%，Cr =10-30%, Cu :0. 4-2. 2%, Zn ( 1%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。這類抗菌鋼抗菌機(jī)理主要是依靠e -Cu或Ag析出相，具有抗大腸桿菌、金色葡萄球菌、枯黑菌等有氧菌的腐蝕。然而，由于SRB細(xì)菌的腐蝕還具有電化學(xué)腐蝕的特征，目前尚未見能有效抵抗SRB腐蝕的材料的報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐硫酸鹽還原菌(SRB)腐蝕的油井管及其制造方法，以克服因SRB大量繁殖而導(dǎo)致油井管腐蝕問題。本發(fā)明通過提高油井管用鋼材料自身的抗電化學(xué)腐蝕性能，采用抗菌的合金元素進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，兼顧環(huán)境安全性方面的考慮，以滿足注水井SRB腐蝕對(duì)油井管提出的耐腐蝕性能需求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種耐SRB腐蝕的油井管，其化學(xué)成分的重量百分比為C :≤0. 12% ；Si
0.15 0. 45% ；Mn :≤ 0. 7% ；Cr :8. 5 25% ；Cu :0. 15 2. 5% ；A1 :0. 5 3. 5% ;其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。所述耐SRB腐蝕的油井管，還包括Mo≤0. 6wt%、V≤0. 15wt%、Ti≤0. 05wt%、Nb ( 0. 05wt%中的一種以上。本發(fā)明油井管的各化學(xué)成分的作用及其具體說明如下C :可有效提高鋼的強(qiáng)度，但含量過高韌性降低顯著，按重量百分比，宜采用含碳量(0. 12%。Si :固溶于鐵素體以提高鋼的屈服強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)損失塑性和韌性，可有效地提高鋼的鈍化能力，從而提高鋼的耐蝕性，按重量百分比，宜采用硅含量為0. 15^0. 45%。Mn :主要溶于鐵素體起強(qiáng)化作用，但含量太高時(shí)偏析嚴(yán)重，降低SRB腐蝕性能，按重量百分比，宜采用Mn含量為≤0. 7%。Cr :有效提高材料的抗SRB腐蝕性能，當(dāng)Cr加入鐵中形成固溶體時(shí)，其電極電位隨著Cr量增加呈突變式變化(n/8規(guī)律)，Cr的摩爾比達(dá)1/8、2/8……、n/8時(shí)，鐵的電極電位突然顯著升高，腐蝕則跳躍式地顯著減弱。但Cr含量過高成本增加，按重量百分比，宜采用含量8. 5 25%。Cu :金屬離子都具有強(qiáng)弱不同的抗菌效果，其中抗菌性大小排序?yàn)镠g>Pb>Ag>Cd>Cu>Zn>Fe>Ni等，但是僅僅具有抗菌性是不夠的，還要求其不要對(duì)人體造成傷害。金屬離子的安全性排序?yàn)锳g>Co>Ni>Al>Zn>Cu=Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca，所以就安全性和抗菌性共同考慮的結(jié)果，以Ag最好但價(jià)格昂貴，其次是Cu系。本發(fā)明中Cu有利于提高材料的強(qiáng)度，同時(shí)有效提高材料的抗SRB腐蝕性能，但含量過高時(shí)會(huì)使得鋼鐵發(fā)生Cu脆現(xiàn)象，按重量百分比，宜采用含量0. 15^2. 5%。Al :脫氧固氣兀素,可有效地提聞鋼的純化能力，提聞鋼的耐蝕性，有效提聞材料的抗SRB腐蝕性能，含量過高時(shí)使得鋼鐵脆性增大，按重量百分比，宜采用含量0. 5-3. 5%。Mo :可以有效地提聞鋼的回火穩(wěn)定性，有利于提聞材料的強(qiáng)度與抗點(diǎn)蝕性能，具有滿意的耐蝕性。含量高時(shí)成本昂貴，按重量百分比，宜采用含量彡0. 6%。V :強(qiáng)碳氮化物形成元素，釩的碳氮化物在鐵素體中細(xì)小彌散析出，可以在回火過程中進(jìn)一步達(dá)到析出強(qiáng)化的效果，可以有效地提高材料的強(qiáng)度。按重量百分比，宜采用含量(0. 15%。Ti :強(qiáng)碳氮化物形成元素，形成TiN、TiC，從而在均熱和再加熱過程中可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化奧氏體晶粒，有利于提聞材料的強(qiáng)度；若含量太聞，易形成粗大的TiN。按重量百分比，宜采用含量< 0. 05%。Nb:強(qiáng)碳氮化物形成元素，可以細(xì)化晶粒及具有析出強(qiáng)化的作用，有利于提高材料的強(qiáng)度，按重量百分比，宜采用含量< 0. 05%。
本發(fā)明合金設(shè)計(jì)的機(jī)理如下一方面，為了提高材料的電化學(xué)腐蝕性能，提高鋼材的電極電位為有效的措施之一，本發(fā)明添加的Cr、Cu、Al等主要合金元素可以顯著提高材料的電極電位，提高抗SRB腐蝕性能；另一方面，在SRB作用下，SRB將S042_還原成H2S,進(jìn)而發(fā)生下述化學(xué)反應(yīng)2Cr+3S2- — Cr2S3+6e ；2Cu+S2- — Cu2S+2e ；2A1+3S2- — Al2S3+6e ；H++2e — H2。由于Cr、Cu、Al等合金元素在材料表面被選擇性的優(yōu)先腐蝕,形成的Cr2S3、Cu2S, Al2S3等腐蝕產(chǎn)物膜致密，從而有效的阻斷了腐蝕反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，大幅提高材料的抗SRB腐蝕性能。本發(fā)明耐SRB腐蝕的油井管的制造方法，包括如下步驟
a)將上述化學(xué)成分冶煉，連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯；b)熱軋，獲得無縫鋼管；c)高溫固溶熱處理，加熱溫度95(Tl20(TC，保溫時(shí)間3(Tl20分鐘；回火溫度65(T750°C，回火保溫時(shí)間60 90分鐘；d)定徑、矯直，熱矯直溫度大于450°C，制成油井管。本發(fā)明采取高溫固溶熱處理工藝，一方面，高溫下可以消除偏析組織，達(dá)到成分均勻化的目的，另一方面，可以使無縫鋼管在熱軋過程中析出的碳化物等析出相能夠充分溶入奧氏體，從而在后續(xù)規(guī)定的回火制度下彌漫、均勻、細(xì)小的析出。這種熱處理制度使得制造的油井管在獲得優(yōu)良的力學(xué)性能的同時(shí)保證獲得良好的抗SRB性能。本發(fā)明制造的油井管的屈服強(qiáng)度大于380MPa，滿足J55鋼級(jí)的要求，并將其用于SRB含量高達(dá)5000個(gè)/ml的某油田注水井一個(gè)月之后，取出檢查其表面發(fā)現(xiàn)表面腐蝕產(chǎn)物均勻，未被腐蝕穿孔，可見，本發(fā)明制造的油井管的耐SRB腐蝕性能極強(qiáng)。本發(fā)明的有益效果I)能有效地抵抗外部環(huán)境的SRB腐蝕，可以很好地滿足注水井采油用管苛刻環(huán)境的要求。2)按照本發(fā)明的配方及制造方法制造的耐SRB腐蝕油井管具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可滿足J55鋼級(jí)的要求。3)本發(fā)明主要采用低成本的Cr、Cu、Al等合金元素，大大降低了鋼管生產(chǎn)成本，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I鋼管的SRB腐蝕產(chǎn)物表面形貌掃描電鏡圖；圖2為對(duì)比例I鋼管的SRB腐蝕產(chǎn)物表面形貌掃描電鏡圖。
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)一步說明。本發(fā)明實(shí)施例1-5和對(duì)比例I的各化學(xué)成分參見表I，實(shí)施例1-5和對(duì)比例I的熱處理工藝和力學(xué)性能參見表2。表I本發(fā)明的實(shí)施例與對(duì)比例的化學(xué)成分(wt%)
權(quán)利要求
1.一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管，其化學(xué)成分的重量百分比為c ≤0. 12% ；Si 0.15 0. 45% ；Mn : ≤0. 7% ；Cr :8. 5 25% ；Cu :0. 15 2. 5% ；A1 :0. 5 3. 5% ;其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管，其特征在于，還包括Mo ( 0. 6wt%、V≤ 0. 15wt%、Ti ≤ 0. 05wt%、Nb ≤ 0. 05wt% 中一種以上。
3.如權(quán)利要求I或2所述耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管的制造方法，包括如下步驟 a)將上述化學(xué)成分冶煉，連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯； b)熱軋，獲得無縫鋼管； c)高溫固溶熱處理，加熱溫度95(Tl200°C，保溫時(shí)間3(Tl20分鐘；回火溫度65(T750°C，回火保溫時(shí)間60 90分鐘； d)定徑、矯直，熱矯直溫度大于450°C,制成油井管。
全文摘要
一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的油井管及其制造方法，其化學(xué)成分的重量百分比為C≤0.12%；Si0.15~0.45%；Mn≤0.7%；Cr8.5~25%；Cu0.15~2.5%；Al0.5~3.5%；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法包括將上述化學(xué)成分冶煉，連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯；熱軋，獲得無縫鋼管；高溫固溶熱處理，加熱溫度950~1200℃，保溫時(shí)間30~120分鐘；回火溫度650~750℃，回火保溫時(shí)間60~90分鐘；定徑、矯直，熱矯直溫度大于450℃，制成油井管。本發(fā)明制造的油井管能有效地抵抗外部環(huán)境的SRB腐蝕，且屈服強(qiáng)度大于380MPa，滿足J55鋼級(jí)的要求，很好地滿足了注水井采油用管苛刻環(huán)境的要求。
文檔編號(hào)E21B17/01GK102719747SQ20121021107
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者田青超 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司