BRPI0802615B1 - Produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos (octg) para expansão em poço e método de fabricação do mesmo - Google Patents

Produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos (octg) para expansão em poço e método de fabricação do mesmo Download PDF

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Ohe Taro
Takabe Hideki
Abe Toshiharu
Ueda Masakatsu
Nakamura Keiichi
Mori Tomoki
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
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Abstract

produtos tubulares para países produtores de petróleo para expansão em poço e método de fabricação do mesmo. produto tubular para países produtores de petróleo para expansão de acordo com a invenção é expandido em um poço. o produto tubular para países produtores de petróleo para expansão tem uma composição que compreende, em porcentagem em massa, 0,05 a 0,08% c, no máximo 0,50% si, 0,80% a 1,30% mn, no má ximo 0,030% p, no máximo 0,020 % s, 0,08% a 0,50% cr, no máximo 0,01% n, 0,005% a 0,06% a1, no máximo 0,05% ti, no máximo 0,50% cu, e no máximo 0,50% ni, e o balanço consistindo de fe e impurezas, uma estrutura que inclui uma razão de ferrita de pelo menos 80%. o produto tubular para países produtores de petróleo para expansão apresenta uma resistência produzida na faixa de 276 mpa a 379 mpa e uma elongação uniforme de pelo menos 16%. deste modo, o produto tubular para países produtores de petróleo de acordo com a invenção apresenta um a característica de alta expansão tubular.

Description

(54) Título: PRODUTOS TUBULARES EM PEGADA NOS CAMPOS PETROLÍFEROS (OCTG) PARA
EXPANSÃO EM POÇO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO (51) lnt.CI.: C22C 38/04; C21D 8/10; C21D 9/08; C22C 38/02; C22C 38/18; C22C 38/50 (30) Prioridade Unionista: 26/07/2007 JP 2007-194695, 30/03/2007 JP 2007-090639 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): TARO OHE; HIDEKI TAKABE; TOSHIHARU ABE; MASAKATSU UEDA; KEIICHI NAKAMURA; TOMOKI MORI
1/21 “PRODUTOS TUBULARES EM PEGADA NOS CAMPOS PETROLÍFEROS (OCTG) PARA EXPANSÃO EM POÇO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO”
Campo Técnico [001] A presente invenção se refere a um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos (OCTG) e um método de fabricação deste, e mais especificamente, a um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos a ser expandido em um poço e um método de fabricação deste.
Fundamentos da Arte [002] Quando um poço (poço de petróleo ou gás) que produz petróleo ou gás é construído, uma pluralidade de produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos são inseridos em um poço. Um método convencional de construção de um poço é como se segue. Um poço é perfurado por uma profundidade prescrita utilizando um tubo de sondagem, e então um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos é inserido. Então, o poço é aprofundado e o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos que apresenta um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do anterior é inserido. Deste modo, de acordo com o método de construção convencional, os diâmetros externos dos produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos a serem inseridos são seqüencialmente reduzidos conforme o poço é perfurado mais profundamente. Diferentemente do estipulado, conforme o poço de petróleo se toma mais fundo, os diâmetros internos dos produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos usados na parte superior do poço (próximo da superfície do solo) aumentam. Como resultado, a área de perfuração aumenta, o que eleva o custo da perfuração.
[003] Uma nova técnica para reduzir a área de perfuração e assim reduzir o custo de perfuração é revelada pelo JP 7-567610 A e o documento da Publicação Internacional WO 98/00626. A técnica revelada por estes documentos é como se segue. Um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos que possui um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos já provido no poço é inserido dentro do poço. O produto tubular em pegada
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2/21 nos campos petrolíferos é inserido mais profundamente além do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos já provido e então expandido, de modo que seu diâmetro interno é igual ao diâmetro interno do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos anteriormente provido. Em resumo, o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos é expandido dentro do poço. Deste modo, mesmo se o poço de petróleo for profundo, não é necessário colocar os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos que possuem diâmetros maiores na parte superior do poço, o que reduz a área de perfuração e o número de tubos de aço comparado com o método de construção convencional.
[004] Vários estudos têm sido conduzidos para produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos a serem usados no método de construção acima descrito (daqui em diante “produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão”). Os documentos de Publicações Internacionais Nos. WO 2004/001076 e WO 2005/080621, e JP 2002-349177 A revelam produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão relacionados à prevenção de um decréscimo na resistência a compressão após a expansão. JP 2002-266055 A revela um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos que melhora a resistência à corrosão.
[005] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos é expandido em um poço e deste modo, deve ter uma característica de deformação uniforme quando expandido (daqui em diante referido como “característica de expansão do tubo”). De modo a se obter uma alta característica de expansão do tubo, a característica de deformação sem constrição local durante a utilização é requerida, em outras palavras, a elongação uniforme, que pode ser avaliada pelo teste de tração, dever ser alta. Aqui, a “elongação uniforme” significa a distorção de um espécime (%) no ponto de carga máxima durante o teste de tração. Particularmente, na parte em forma de sino onde os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos dispostos verticalmente sobrepostos, a razão de expansão do tubo é maximizada. Considerando a razão de expansão da parte em forma de sino, a elongação uniforme do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é preferencialmente menor do que 16%. [006] JP 2002-129283 A e JP 2005-146414 A revelam produtos tubulares em
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3/21 pegada nos campos petrolíferos para expansão relacionados ao melhoramento da característica de expansão do tubo. Na revelação da JP 2002-129283 A, o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos não é nem recozido nem temperado, e a estrutura do aço inclui 5% a 70% por volume de uma fase ferrita e fases de transformação de baixa temperatura tais como fase martensita, e uma fase bainita. Deste modo, o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos apresenta uma característica de expansão do tubo alta.
[007] Contudo, se a razão das fases de transformação a baixa temperatura tais como fase martensita e fase bainita na estrutura são maiores, a alta elongação uniforme de 16% ou mais não ocorre para o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos revelado pela JP 2005-146414 A em alguns casos. Além disso, o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos revelado pela JP 2005-146414 A contém pelo menos 1,45% de Mn de acordo com a descrição da realização. Tal composição com alto Mn pode degradar a tenacidade. A temperatura de revenido para a composição de alto Mn é alta e deste modo, desvantagens como descarbonização e desgaste das paredes do forno podem ser encontradas.
[008] Como revelado na JP 2002-349177 A, um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos preferencialmente apresenta alta resistência à compressão contra as pressões externas, isto é, alta resistência ao colapso, é preferível que a variação da espessura do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos seja reduzida, tal que a excentricidade da espessura da parede seja reduzida, sua seção transversal á aproximadamente um círculo regular e assim a ovalação é reduzida.
Revelação da Invenção [009] Um objetivo da presente invenção é fornecer um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão que apresenta uma característica de expansão do tubo alta. Mais especificamente uma elongação uniforme de pelo menos 16%.
[0010] Os inventores têm conduzido vários testes e encontraram como resultado que de modo a se obter alta elongação uniforme para um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão, especialmente uma elongação uniforme tão alta
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4/21 quanto 16% ou mais, os seguintes requerimentos (1) e (2) deveríam ser preenchidos.
(1) A razão de ferrita na estrutura metálica é pelo menos 80%. A fase ferrita é macia e deste modo um aumento na razão de ferrita na estrutura metálica permite que alta elongação uniforme seja obtida.
(2) A tensão de escoamento é ajustada na faixa de 276 MPa a 379 MPa. Deste modo, a resistência necessária para um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos é obtida e alta elongação uniforme também é alcançada.
[0011] Os inventores também têm encontrado que uma elongação uniforme de pelo menos 18% para um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão pode ser obtido pelo preenchimento dos seguintes requerimentos (3) em adição a (1) e (2) acima descritos.
(3) Revenido e têmpera são realizados e a temperatura de revenido não é menor do que o ponto Acl. Aqui, as etapas específicas no processamento do revenido são como se segue. A temperatura de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão após o revenido é elevada a uma temperatura de revenido igual ou maior do que o ponto Acl. Após a elevação da temperatura, o produto tubular é impregnado por um período prescrito. Após a impregnação, o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é resfriado pelo ar. Ao longo do processo, uma elongação uniforme alta de 18% ou mais é obtida. Embora a razão não seja exatamente conhecida, é provavelmente porque quando a temperatura de revenido é estabelecida pelo menos tão alta quanto o ponto Acl, uma fase austenita precipita durante a impregnação e os grãos de cristal no aço são refinados conseqüentemente.
[0012] Os inventores também têm encontrado se uma concha oca é submetida a trabalho a frio antes do revenido e têmpera, a ovalação e a excentricidade da espessura da parede do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão podem ser reduzidas enquanto a elongação uniforme acima descrita é mantida, e deste modo a resistência ao colapso do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão pode ser melhorada.
[0013] A invenção foi feita com base nos achados mencionados e a invenção pode ser resumida como se segue.
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5/21 [0014] Um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com a invenção é expandido em um poço. O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão apresenta uma composição contendo, em porcentagem por massa, 0,05% a 0,08% C, no máximo 0,50% Si, 0,80% a 1,30% Mn, no máximo 0,030% P, no máximo 0,020% S, 0,08% a 0,50% Cr, no máximo 0,01% N, 0,005% a 0,06% Al, no máximo 0,05% Ti, no máximo 0,50% Cu e no máximo 0,50% Ni, e o balanço consistindo de Fe e impurezas, e uma estrutura que inclui uma razão de ferrita de pelo menos 80%. O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos ainda apresenta uma tensão de escoamento na faixa de 276 MPa a 379 MPa e uma elongação uniforme de mais de 16%. Aqui, a razão ferrita significa uma razão de área de ferrita. [0015] A composição química do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção pode conter, no lugar de parte do Fe, um ou mais selecionado do grupo que consiste de no máximo 0,10% Mo, no máximo 0,10% V, no ma'ximo 0,040% Nb, no máximo 0,005% de Ca, e no máximo 0,01% de terras raras (REM).
[0016] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão possui uma elongação uniforme de peno menos 18%. O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é preferencialmente recozido e então temperado numa temperatura de revenido pelo menos do ponto Acl (então chamada temperatura da região de duas fases).
[0017] Preferencialmente, a ovalação do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção é no máximo 0,7% e a excentricidade da espessura da parede é no máximo 6,0%.
[0018] Deste modo, a resistência ao colapso do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos é melhorada.
[0019] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é preferencialmente submetido a trabalho a frio, e então recozido e temperado. Aqui, o trabalho a frio é, por exemplo, realizado pela redução a frio.
[0020] Deste modo, enquanto uma elongação uniforme de pelo menos 16% é mantida, a ovalação do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para
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6/21 expansão é no máximo de 0,7% e a excentricidade da espessura da parede é no máximo 6,0%.
[0021] Um método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção inclui as etapas de produzir uma concha oca que possui uma composição química que contém, em percentagem por massa, 0,05% a 0,08% C, no máximo 0,50% Si, 0,80% a 1,30% Mn, no máximo 0,030% P, no máximo 0,020% S, 0,08% a 0,50% Cr, no máximo 0,01% N, 0,005% a 0,06% Al, no máximo, 0,05% Ti, no máximo 0,50% Cu e no máximo 0,50% Ni, e o balanço consistindo de Fe e impurezas, e têmpera e revenido da concha oca produzida e produção da concha oca dentro de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão que apresenta uma razão de ferrita de pelo menos 80%, uma resistência de 276 MPa a 379 MPa, e uma elongação uniforme de pelo menos 16%. [0022] Note que a composição química da concha oca pode conter, no lugar de parte de Fe, pelo menos um dos elementos opcionais acima descritos (Mo, V, Nb, Ca e terras raras).
[0023] Preferencialmente, na etapa de têmpera e revenido, a concha oca recozida é temperada numa temperatura de revenido de pelo menos no ponto Acl, tal que a elongação uniforme do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é pelo menos 18%.
[0024] Preferencialmente o método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção ainda inclui a etapa de submeter a concha oca produzida por trabalho a frio, tal que a ovalação do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é no máximo 0,7% e a excentricidade da espessura da parede é no máximo 6,0%. Na etapa de têmpera e revenido, a concha oca trabalhada a frio é recozida e temperada.
Breve Descrição dos Desenhos [0025] A figura 1 é um gráfico que mostra a relação entre a ovalação e a excentricidade da espessura da parede de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com o exemplo 2.
Melhor Modo de Realização da Invenção
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7/21 [0026] Agora, as realizações da invenção serão descritas em detalhes. Um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com a invenção contém a seguinte composição química “% por massa”.
1. Composição Química C: 0,05% a 0,08% [0027] Carbono (C) melhora a resistência do aço. Se o teor de C é menor do que
0,05%, a tensão de escoamento necessária para a invenção não pode ser obtida. Por outro lado, se o teor de C excede 0,08%, a elongação uniforme é reduzida. Deste modo, o teor de C está na faixa de 0,05% a 0,08%.
Si: 0,50% ou menos [0028] Silício (Si) desoxida o aço e também eleva a resistência de amaciamento do revenido para melhora a resistência do aço. Contudo, se o teor de Si excede a 0,50%, a capacidade de se trabalhar a quente do aço é degradada. Deste modo, o teor de Si é 0,50% ou menos. De modo a se obter mais efetivamente o efeito acima descrito, o teor de Si é preferencialmente menor do que 0,1%. Contudo, se o teor de Si é menor do que 0,1%, o efeito acima descrito é obtido em alguma extensão.
Mn: 0,80% a 1,30% [0029] Manganês (Mn) melhora a dureza do aço e melhora a resistência do aço.
Se o teor de Mn é menor do que 0,80%, a tensão de escoamento necessária para a invenção não pode ser obtida. Por outro lado, se o teor de Mn excede a 1,30%, a segregação no aço aumenta e a tenacidade do aço é degradada. Deste modo, o teor de Mn é de 0,80% a 1,30%, preferencialmente de 1,20% a 1,30%.
P: 0,030% ou menos [0030] Fósforo (p) é uma impureza e diminui a tenacidade do aço conforme este segrega em uma superfície de grão. Deste modo, o teor de P não é mais do que 0,030%. O teor preferível de P é 0,015%.
S: 0,020% ou menos [0031] Enxofre (S) é uma impureza e se combina com Mn ou Ca para formar uma inclusão. A inclusão formada é alongada durante o trabalho a frio e diminui a tenacidade do aço. Deste modo, o teor de S é preferivelmente o menor possível. Deste
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8/21 modo, o teor de S não é mais do que 0,020%, preferencialmente não mais do que 0,0050%.
Al: 0,005% a 0,06% [0032] Alumínio (Al) desoxida o aço. Se o teor de Al é menor do que 0,005%, a limpeza do aço é diminuída devido a desoxidação insuficiente e assim a tenacidade do aço é diminuída. Por outro lado, se o teor de Al excede 0,06%, a tenacidade do aço é também diminuída. Deste modo, o teor de Al é de 0,005% a 0,06%, preferencialmente de 0,02% a 0,06%. Note que o teor de Al aqui se refere ao teor de alumínio solúvel em ácido (Al. sol.).
N: 0,01% ou menos [0033] Nitrogênio (N) é uma impureza e combina com Al, Ti, ou Nb para formar um nitreto. Se uma grande quantidade de A1N ou TiN precipita, a tenacidade do aço é diminuída. Deste modo, o teor de N é preferivelmente o menor possível. Deste modo, o teor de N não é mais do que 0,01%.
Cr: 0,08% a 0,50% [0034] Cromo (Cr) melhora a dureza do aço e Cr também melhora a resistência à corrosão por dióxido de carbono. Se o teor de Cr é menor do que 0,08%, a resistência à corrosão por dióxido de carbono é diminuída. Por outro lado, se o teor de Cr aumenta, os carbetos grosseiro são mais facilmente formados e deste modo o limite superior do teor de Cr é 0,50%. Deste modo, o teor de Cr é de 0,08% a 0,50%, preferivelmente de 0,08/% a 0,35%, mais preferencialmente de 0,08 a 0,25%.
Ti: 0,8% ou menos [0035] Titânio (Ti) combina com N para formar TiN e impede os grãos de cristais de serem grosseiros numa faixa de temperatura altas. Se contudo o teor de Ti excede 0,05%, Ti combina com C para formar TiC, que diminui a tenacidade do aço. Deste modo, o teor de Ti é de 0,05% ou menos. Note que o efeito de impedimento dos grãos de cristais serem grosseiros é obtido em alguma extensão se o teor de Ti é cerca de 0,001% que acerca de um nível de impureza, enquanto o efeito é mais claramente indicado se o teor de Ti excede a 0,005%.
Cu: 0,50% ou menos
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9/21 [0036] Cobre (Cu) melhora a resistência à corrosão do aço por fortalecimento do soluto. Contudo, um teor excessivo de Cu fragiliza o aço. Se o teor de Cu excede 0,50%, o aço é significativamente fragilizado. Deste modo, o teor de Cu é 0,50% ou menos. Se o teor de Cu é menor do que 0,01%, o efeito acima descrito de melhoramento da resistência do aço é claramente indicado.
Ni: 0,50% ou menos [0037] Níquel (Ni) melhora a tenacidade do aço e impede a fragilização do aço atribuível a qualquer Cu coexistente. Se o teor de Ni excede a 0,50% contudo, o efeito atinge a saturação. Deste modo, o teor de Ni é 0,50% ou menos. O efeito acima descrito é claramente indicado se o teor de Ni não é menor do que 0,01%.
[0038] Note que o balanço da composição química consiste de Fe e impurezas.
[0039] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção contém Mo no lugar de parte de Fe se necessário.
Mo: 4,0% ou menos [0040] Molibdênio (Mo) é um elemento aditivo opcional e Mo melhora a dureza para melhorar a resistência do aço. Molibdênio também impede a fragilização causada pelo P ou similares. Contudo, um teor excessivo de Mo causa a formação de um carbeto grosseiro. Deste modo, o teor de Mo não é mais do que 0,10%. O teor de Mo é preferivelmente 0,05% para assegurar o efeito acima descrito. Contudo, se o teor de Mo é menor do que 0,05%, o efeito acima descrito pode ser obtido em alguma extensão. [0041] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção ainda contém um ou mais selecionados do grupo que consiste de Nb e V no lugar de parte do Fe se necessário.
Nb: 0,040% ou menos V: 0,10% ou menos [0042] Nióbio (Nb) e vanádio (V) são ambos elementos aditivos opcionais. Estes elementos melhoram a resistência do aço. Mais especificamente, Nb forma carbonitreto e V forma carbeto pra melhorar a resistência do aço. Contudo, um teor excessivo de Nb causa a segregação e alongamento das partículas. Um teor excessivo de V diminui a tenacidade do aço. Deste modo, o teor de Nb não é mais do que 0,040% e o teor de V é
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10/21 preferencialmente não menos do que 0,02%. Note contudo que se os teores são menores do que os limites inferiores, o efeito acima descrito pode ser obtido em em alguma extensão.
[0043] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção contém um ou mais selecionados do grupo que consiste de Ca e terras raras (REM) no lugar de parte do Fe se necessário.
Ca: 0,02% ou menos REM: 0,01% ou menos [0044] Cálcio (Ca) e um terras raras são ambos elementos aditivos opcionais.
Cálcio e um terras raras contribuem para controlar a forma sulfeto e melhorar a tenacidade do aço conseqüentemente. Contudo, se o teor de Ca excede a 0,005% ou o teor de terras raras excede 0,01%, uma grande quantidade de inclusão é gerada. Deste modo, o teor de Ca não é mais do que 0,005% e o teor de terras raras não é mais do que 0,01%. O teor de Ca é preferencialmente não menos do que 0,001% e o teor de terras raras é preferencialmente não menos do que 0,001% de modo a efetivamente assegurar o efeito acima descrito. Contudo, se o teor de Ca e o teor de terras raras são menores do que os limites inferiores acima descritos, o efeito pode ser obtido em alguma extensão.
2. Estrutura do Metal [0045] A razão de ferrita na estrutura metálica não é menos de 80%. Aqui, a “razão ferrita” significa uma razão de área de ferrita medida pelo método que se segue. Uma amostra é tomada de uma posição arbitrária de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão. A amostra polida é submetida a polimento mecânico e a amostra polida é decapada com uma solução alcoólica de picrato 4%. A superfície decapada da amostra é observada utilizando um microscópio óptico e a razão de ferrita é medida pelo método de contagem de ponto de acordo com a ASTM E562.
[0046] Note que na estrutura metálica, a parte que não é da fase ferrita inclui uma fase de transformação a baixa temperatura. A fase de transformação a baixa temperatura inclui um ou mais de bainita, martensita e perlite.
[0047] Considera-se que no produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção, uma fase de ferrita macia ocupa uma
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11/21 percentagem maior na estrutura metálica, e deste modo pelo menos 16% de elongação uniforme pode ser obtida. Se a razão de ferrita é menor do que 80%, a razão da fase de transformação a baixa temperatura mais dura do que a fase ferrita aumenta, e deste modo a elongação uniforme é menor do que 16%.
3. Resistência à tração [0048] A tensão de escoamento do aço está na faixa de 276 MPa, a resistência necessária para um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos não pode ser obtida. Deste modo, a tensão de escoamento está na faixa de 276 MPa a 379 MPa.
4. A Ovalação e a Excentricidade da Espessura da Parede [0049] Preferencialmente, no produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com a invenção, a ovalação não é mais do que 0,7% e a excentricidade da espessura da parede não é mais do que 6,0%.
[0050] A ovalação é definida pela seguinte expressão (1):
Ovalação (%) = (diâmetro externo máximo Dmáx - diâmetro externo mínimo Dmín)/média Dave do diâmetro externo x 100 •••(1) [0051] Aqui, o diâmetro externo máximo Dmáx, o diâmetro externo mínimo
Dmin, e a média Dave do diâmetro externo são, por exemplo, medidos pelo seguinte método. Numa seção transversal arbitrária do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão, o diâmetro externo do mesmo círculo é medido em intervalos de 22,5°. Deste modo, 16 (=360722,5°) diâmetros externos são medidos. Entre os 16 diâmetros externos medidos, o diâmetro externo máximo é definido como Dmáx, e o diâmetro mínimo como Dmin. A média dos 16 diâmetros externos medidos são definidos como a média Dave.
[0052] A excentricidade da espessura da parede é definida pela seguinte expressão (2):
Excentricidade espessura da parede (%) = (espessura máxima de parede Tmáx - espessura mínima de parede Tmín)/média da espessura da parede Tméd x 100 •••(2) [0053] Aqui, a espessura máxima de parede Tmáx, a espessura mínima de
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12/21 parede Tmín, e a espessura média de parede Tméd são, por exemplo, medidas pelo método seguinte. Numa seção transversal arbitrária de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão, a espessura é medida em intervalos de 11,25°. Deste modo, 32 (360°/ll,25°) espessuras são medidas. Entre as 32 espessuras medidas, a espessura máxima é definida como Tmáx, e a espessura mínima como Tmín. A média das 32 espessura medidas são definidas como Tave.
[0054] Como será descrito, uma concha oca após o trabalho a quente é submetida a trabalho a frio antes da têmpera e revenido, e um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão que apresenta uma ovação de 0,7% ou menos e uma excentricidade de espessura de parede de 6,0% ou menos é obtida. Tal produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão apresenta alta homogeneidade geométrica. Deste modo, o produto tubular apresenta alta resistência ao colapso e alta resistência a compressão. Mais preferivelmente, a ovalação não é mais do que 0,5% e a excentricidade da espessura da parede não é mais do que 5,0%.
[0055] Note que no exemplo acima, os 16 diâmetros externos e as 32 espessuras são medidas, enquanto que a mesma circunferência é igualmente dividida em oito ou mais e o diâmetro externo e a espessura são medidos em cada um dos pontos de divisão, o número de pontos para medição não é particularmente limitado.
5. Método de Fabricação [0056] Um exemplo de um método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção será descrito. O aço em fiisão que apresenta a composição acima descrita é ftindido e então formado em lingotes. O lingote produzido é processado em uma concha oca (processo de produção em concha oca). Altemativamente, o lingote pode ser formado em uma concha oca por extrusão a quente.
[0057] A concha oca produzida é submetida à têmpera e revenido e transformada em um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção (processo de têmpera e revenido). A temperatura de têmpera é uma temperatura bem conhecida (pelo menos ponto Ac3). Por outro lado, a temperatura de revenido é preferivelmente não menos do que o ponto Acl. Um processo
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13/21 específico de revenido preferível é como se segue. Uma concha oca após o revenido tem a temperatura elevada a uma temperatura de revenido igual a ou mais alta que o ponto Acl. Após a elevação da temperatura, a concha oca é impregnada por um período prescrito (por exemplo, cerca de 30 minutos para uma concha oca que tem uma espessura de 12,5 mm) numa temperatura de revenido. Após a impregnação, a concha oca é resfriada pelo ar.
[0058] Se a temperatura de revenido não é menor do que o ponto Acl, a elongação uniforme se toma 18% ou mais. Embora a razão não seja exatamente conhecida, é provavelmente devido a uma fase austenita que precipita durante a impregnação quando a temperatura de revenido é estabelecida no ponto Acl ou mais alta, cujos grãos de cristais refinam no aço, tal que a elongação uniforme se toma 18% ou mais.
[0059] O limite superior para a temperatura de revenido é preferivelmente o ponto Ac3. Se a temperatura de revenido excede o ponto Ac3, a resistência do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão é diminuído. Deste modo, a temperatura de revenido é pelo menos o ponto Acl e menor do que o ponto Ac3.
[0060] Note que se a temperatura de revenido é menor do que o ponto Acl, uma elongação uniforme de pelo menos 16% pode ser obtida enquanto que a razão de ferrita é 80% ou mais e a tensão de escoamento é de 276 MPa a 379 MPa.
[0061] Os pontos Acl e Ac3 podem ser obtidos pelo teste “formastor”. No teste “formastor”, a expansão térmica de um espécime é medida utilizando um dispositivo de medição do ponto de transformação (“formastor”) e os pontos de transformação (Acl e Ac3) são determinados com base na expansão térmica medida.
[0062] Preferivelmente, após o processo de fabricação em concha oca e antes do processo de têmpera e revenido, o trabalho a frio é realizado. No processo de trabalho a frio, a concha oca produzida é submetida a trabalho a frio. O trabalho a frio é, por exemplo, o trabalho para redução do diâmetro a frio, e mais especificamente é realizado pela imersão a frio ou pela tração a frio ou pela laminação a frio utilizando um laminador de cilindro. Mais preferivelmente, o trabalho a frio é realizado pela tração a frio. A ovalação do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão
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14/21 se toma 0,7% ou menos e a excentricidade da espessura da parede se toma 6,0% ou menos pelo trabalho a frio.
[0063] Note que antes do processo de trabalho a frio, a concha oca pode ser submetida ao tratamento com calor tal como têmpera e revenido. O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão produzido pelo método acima descrito é um tubo de aço sem solda, enquanto que o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção pode ser um tubo soldado tal como um tubo de aço soldado por resistência elétrica. Note, contudo, que o tubo soldado poderia sofrer um problema relacionado a sua resistência à corrosão na parte soldada, e deste modo o produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção é preferivelmente um tubo de aço sem solda.
Exemplos Exemplo 1 [0064] Uma pluralidade de lingotes redondos que possuem as composições químicas mostradas na tabela 1 é produzida.
Tabela 1
Tipo de aço
A B C D E
Composição química (em % por massa, o balanço consistindo de Fe e C 0,07 0,12 0,06 0,17 0,07
Si 0,28 0,26 0,21 0,28 0,25
Mn 1,32 1,40 1,24 1,39 1,26
P 0,008 0,010 0,008 0,014 0,007
s 0,0007 0,0023 0,0018 0,0050 0,0015
Cu 0,02 0,29 0,02 0,01 0,02
Cr 0,18 0,11 0,10 0,06 0,09
Ni 0,02 0,42 0,02 0,02 0,02
Mo 0,05 0,01 - 0,01 0,01
V 0,04 - - 0,07 -
Nb - 0,027 - - 0,001
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Ti 0,008 0,024 0,006 0,007 0,009
N 0,005 0,006 0,006 0,005 0,001
Al 0,04 0,04 0,03 0,03 0,04
Ponto Acl (°C) 708 715 718 700 729
[0065] Com referência a tabela 1, as composições químicas do aço tipo C e aço tipo E estavam dentro da faixa definida pela invenção. O teor de Mn do aço tipo A excedeu o limite superior definido pela invenção. O teor de C e o teor de Mn do aço tipo B excederam aos limites superiores definidos pela invenção. Enquanto que para o aço tipo D, o teor de C, o teor de Mn, e o teor de Cr ficaram fora das faixas definidas pela invenção.
[0066] Um espécime foi tomado de cada um dos lingotes redondos e os testes “formastor” foram realizados utilizando os espécimes, e o ponto Acl (°C) de cada um dos tipos de aço foram obtidos. Os pontos obtidos Acl foram dados na tabela 1.
[0067] Uma pluralidade de lingotes redondos feitos de aço de cada um dos tipos de A a E foram aquecidos num forno de aquecimento. Os lingotes redondos aquecidos foram perfurados e laminados e uma pluralidade de tubos sem solda (conchas ocas) foi produzida. O diâmetro externo nominal de cada tubo sem solda é de 203,2 mm e a espessura nominal da parede é de 12,7 mm. Os tubos de aço sem solda produzidos foram submetidos à têmpera e revenido na temperatura de revenido (°C) na tabela 2 e os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão foram produzidos. O período para impregnação foi de 30 minutos no processo de revenido. Os lingotes redondos dos testes Nos. 13 e 14 na tabela 2 foram submetidos a perfuração e laminação e uma pluralidade de tubos sem solda, cada um tendo um diâmetro nominal externo de 219,1 mm e uma espessura nominal de parede de 14,5 mm foi produzida. Então, os tubos sem solda produzidos foram submetidos a tração a frio com uma redução de área de 18,4% e transformados em tubos sem solda, cada um tendo um diâmetro nominal externo de 203,2 mm e uma espessura nominal de parede de 12,7 mm. A redução de área foi definida pela seguinte expressão (3):
Redução em área (%) = (seção transversal de um tubo de aço sem solda antes da tração a frio x seção transversal de um tubo de aço sem solda após a tração a
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16/21 frio)/(seção transversal de um tubo de aço sem solda antes da tração a frio) x 100 •••(3) [0068] Além disso, os tubos de aço sem solda após a tração a frio foram submetidos à têmpera e revenido.
Tabela 2
teste No. tipo de aço temp. de têmpera (°C) temp. de revenido (°C) razão de ferrita (%) tensão de escoamento (MPa) resistência à tração (MPa) elongação uniforme (%)
1 A 950 660 60 520 596 9,4
2 A 950 715 70 450 529 10,7
3 A 950 730 80 350 540 15,3
4 B 950 690 60 476 565 13,6
5 B 950 715 70 385 580 15,9
6 B 950 730 80 378 717 15,1
7 C 950 550 55 448 536 11,6
8 C 950 710 80 360 460 16,3
9 C 950 720 85 324 478 18,0
10 C 950 730 90 301 490 19,0
11 D 950 650 10 683 767 7,1
12 D 950 715 20 465 627 11,2
13 E 920 640 80 359 462 17,6
14 E 920 740 80 301 487 20,1
Medida da Razão de Ferrita [0069] As razões de ferrita dos produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos dos testes Nos. 1 a 14 mostradas na tabela 2 foram obtidas pelo método que se segue. Espécimes para a observação da estrutura foram tomados dos produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos. Os espécimes foram mecanicamente polidos e os espécimes polidos foram decapados em uma solução
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17/21 alcoólica de picrato 4%. As superfícies dos espécimes decapados foram observadas utilizando um micorscópio óptico (500X). No momento, a área de uma região sob observação foi de cerca de 36000 pm . A razão de ferrita (%) foi obtida na região observada. A razão de ferrita foi obtida pelo método da contagem de pontos de acordo com a ASTN E562. As razões de ferrita obtidas (%) são dadas na tabela 2.
Teste de tração [0070] Os espécimes para tensão foram tomados de produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão nos testes Nos. 1 a 14 e os testes de tração foram realizados nestes. Mais especificamente, um espécime redondo que possui um diâmetro externo de 6,35 mm e uma parte paralela de comprimento de 25,4 mm foi tomado do produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão. Os espécimes redondos foram submetidos a testes de tração a temperatura ambiente. Resistências produzidas (MPa) obtidas pelos testes de tração são dados na coluna “tensão de escoamento” na tabela 2, as resistências à tensão (MPa) são dadas na coluna “resistência à tração” na tabela 2, as elongações uniformes (%) são dadas na coluna “elongação uniforme” da tabela 1. A resistência a deslocamento de acordo com o padrão ASTM foi definida como tensão de escoamento. A distorção de cada uma das peças de teste no ponto de carga máxima num teste de tração foi definida como a elongação uniforme (%).
Resultado do Teste [0071] Com referência a tabela 2, para os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos dos testes Nos. 8 a 10, e 13 e 14, as composições químicas, as estruturas metálicas (razões de ferrita), e as resistências produzidas ficaram todas dentro das faixas definidas pela invenção, e suas elongações uniformes não foram menores do que 16%. Além disso, para os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos nos testes Nos. 9, 10 e 14, as temperaturas de revenido não foram menores do que o ponto Acl, e as elongações uniformes não foram menores do que 18%.
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18/21 [0072] A peça do teste No. 13 apresenta uma ovalação de 0,22%, e uma excentricidade de espessura de parede de 3,66%. A peça do teste No. 14 apresenta uma ovalação de 0,21% e uma excentricidade de espessura de parede de 2,22%.
[0073] Mais especificamente, as ovalações destas nos testes Nos. 13 e 14 não foram mais do que 0,7% e suas excentricidades de espessura de parede não foram mais do que 6,0%. Note que as ovalações e as excentricidades de espessura de parede foram obtidas pelo método descrito na seção 4 acima.
[0074] Por outro lado, os produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos dos testes Nos. 1 a 3 apresentam teores de Mn que excedem o limite superior definido pela invenção, e as elongações uniformes foram menores do que 16%. O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos do teste No. 3 em particular tinha uma estrutura metálica e uma tensão de escoamento dentro das faixas definidas pela invenção, mas o teor de Mn na composição química não ficou dentro da faixa, e deste modo a elongação uniforme foi menor do que 16%. [0075] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos dos testes Nos. 4a 6, e lie 12 cada um possuía uma composição química fora da faixa definida pela invenção, e deste modo suas elongações uniformes foram menores do que 16%.
Exemplo 2 [0076] Uma pluralidade de produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão foi produzida e as ovalações e as excentricidades da espessura da parede dos produtos tubulares produzidos foram examinados. Mais especificamente, oito lingotes redondos que tinham a composição química do aço tipo E na tabela 1 foram preparadas. Quatro dos oito lingotes redondos foram submetidos à perfuração e laminação a quente e transformados em tubos de aço sem solda cada um tendo um diâmetro externo nominal de 203,2 mm e uma espessura de parede nominal de 12,7 mm. Os tubos de aço sem solda produzidos foram recozidos numa temperatura de têmpera de 950 °C. Após a têmpera, os tubos foram temperados numa temperatura de revenido de 650 °C e
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19/21 transformados em produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão. Daqui em diante, estes quatro produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão serão referidos como peças trabalhadas a quente de 1 a 4.
[0077] Enquanto isso, os outros quatro lingotes redondos foram produzidos como produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão pelo seguinte método. Os lingotes foram submetidos a perfuração e laminação a quente e transformados em tubos de aço sem solda cada um tendo um diâmetro externo nominal de 219,1 mm e uma espessura nominal de parede de 14,5 mm. Então, os tubos de aço sem solda produzidos foram submetidos a tração a frio com uma redução de área de 18,4% e transformados em tubos de aço sem solda cada um tendo um diâmetro externo nominal de 203,2 mm e uma espessura de parede m=nominal de 12,7 mm. Após a tração a frio, os tubos foram recozidos numa temperatura de têmpera de 920 °C, então temperados numa temperatura de revenido de 640 °C a 740 °C, e transformados em produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão. Daqui em diante, estes produtos tubulares em pegada nos campos petrolíferos para expansão serão referidos como peças trabalhadas a frio de 1 a 4.
[0078] As peças trabalhadas a quente de 1 a 4 e as peças trabalhadas a frio de 1 a 4 foram medidas quanto a suas razões de ferrita, tensão de escoamentos e elongações uniformes similarmente ao exemplo 1. Como resultado, as peças trabalhadas a quente e as peças trabalhadas a frio tiveram todas uma razão de ferrita de pelo menos 80% e uma tensão de escoamento de 276 MPa a 379 MPa. Suas elongações uniformes foram todas de 16% ou mais.
[0079] As peças trabalhadas a quente de 1 a 4 e as peças trabalhadas a frio de 1 a 4 foram também medidas para suas ovalações e as excentricidades de espessura de parede. Mais especificamente, 16 diâmetros externos foram medidos pelo método descrito na seção 4, e o diâmetro externo máximo Dmáx, o diâmetro externo mínimo Dmín, e o diâmetro externo médio Dméd foram obtidos. As ovalações foram obtidas usando a expressão (1). Trinta e duas
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20/21 espessuras de parede foram medidas pelo método descrito na seção 4, e a espessura máxima de parede Tmáx, e a espessura mínima de parede Tmín, e a espessura média de parede Tméd foram obtidas. Suas excentricidades de espessura de parede foram obtidas usando a expressão (2). O resultado da análise é dado na tabela 3 e figura 1. Na figura 1, “o” representa uma peça trabalhada a quente e “·” significa uma peça trabalhada a frio.
Tabela 3
peça de teste tipo de aço ovalação (%) excentricidade de espessura de parede (%)
peça trabalhada a quente 1 E 0,73 5,38
peça trabalhada a quente 2 E 0,48 10,67
peça trabalhada a quente 3 E 0,47 12,11
peça trabalhada a quente 4 E 0,46 11,39
peça trabalhada a quente 1 E 0,22 3,66
peça trabalhada a quente 2 E 0,21 2,22
peça trabalhada a quente 3 E 0,27 3,96
peça trabalhada a quente 4 E 0,34 4,43
[0080] Com referência a tabela 3 e a figura 1, as ovalações das peças trabalhadas a frio de la 4 foram menores do que aquelas das peças trabalhadas a quente de 1 a 4 e não mais do que 0,7%. As excentricidades de espessura de parede das peças trabalhadas a frio de 1 a 4 foram menores do que aquelas das
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21/21 peças trabalhadas a quente de 1 a 4 e não mais do que 6,0%.
[0081] Embora as realizações da presente invenção tenham sido descritas e ilustradas em detalhes, fica claramente compreendido que as mesmas são apenas um modo de ilustração e exemplificação de como realizar a invenção e não devem ser tomadas como modo de limitação da invenção. A invenção pode ser incorporada de várias formas modificadas sem sair do espírito e escopo da invenção.
Aplicabilidade Industrial [0082] O produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a invenção são amplamente aplicáveis como um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos e particularmente aplicáveis como um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão em um poço.
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Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão em um poço, que tem uma composição que compreende, em porcentagem em massa, 0,05 a 0,08% C, no máximo 0,50% Si, 0,80% a 1,30% Mn, no máximo 0,030% P, no máximo 0,020% S, 0,08% a 0,50% Cr, no máximo 0,01% N, 0,005% a 0,06% Al, no máximo 0,05% Ti, no máximo 0,50% Cu, e no máximo 0,50% Ni, e o balanço consistindo de Fe e impurezas, CARACTERIZADO por compreender uma estrutura que inclui uma razão de ferrita de pelo menos 80%, uma tensão de escoamento na faixa de 276 MPa a 379 MPa e uma elongação uniforme de pelo menos 18%.
  2. 2. Produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela dita composição conter, no lugar de parte do dito Fe, um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de no máximo 0,10% Mo, no máximo 0,10% V, no máximo 0,040% Nb, no máximo 0,005% Ca, no máximo 0,01% de terras raras (REM).
  3. 3. Produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO por ser realizado têmpera e então revenido a uma temperatura de revenido de pelo menos do ponto Acl.
  4. 4. Produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO por ainda apresentar uma ovalação de no máximo 0,7% e uma excentricidade de espessura de parede de no máximo 6,0%.
  5. 5. Produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por ser submetido ao trabalho a frio e então a têmpera e revenido.
  6. 6. Método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão, CARACTERIZADO por compreender as etapas de:
    - produzir uma concha oca que apresenta uma composição que compreende, em porcentagem em massa, 0,05% a 0,08% C, no máximo 0,50% Si,
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    0,80% a 1,30% Μη, no máximo 0,030% P, no máximo 0,020% S, 0,08% a 0,50% Cr, no máximo 0,01% N, 0,005% a 0,06% Al, no máximo 0,05% Ti, no máximo 0,50% Cu, e no máximo 0,50% Ni, e o balanço consistindo de Fe e impurezas, e
    - realizar têmpera e revenido na dita concha oca produzida e realizar a concha oca dentro de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão que apresenta uma razão de ferrita de pelo menos 80%, uma tensão de escoamento de 276 MPa a 379 MPa e uma elongação uniforme de pelo menos 18%, em que na dita etapa de têmpera e revenido, a dita concha oca temperada é revenida a uma temperatura de têmpera de pelo menos do ponto Acl.
  7. 7. Método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pela composição da dita concha oca conter, no lugar de parte do dito Fe, um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de no máximo 0,10% Mo, no máximo 0,10% V, no máximo 0,040% Nb, no máximo 0,005% Ca, e no máximo 0,01% de terras raras (REM).
  8. 8. Método de fabricação de um produto tubular em pegada nos campos petrolíferos de acordo com as reivindicações 6 ou 7, CARACTERIZADO por ainda compreender a etapa de submeter a dita concha oca produzida a trabalho a frio, tal que a ovalação do dito produto tubular em pegada nos campos petrolíferos para expansão seja no máximo de 0,7% e a excentricidade da espessura da parede seja no máximo 6,0%, em que na dita etapa de têmpera e revenido, a dita concha oca trabalhada a frio seja submetida a têmpera e revenido.
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