CN100419111C

CN100419111C - 抗硫化氢应力腐蚀油井管及其生产方法

Info

Publication number: CN100419111C
Application number: CNB2005101230853A
Authority: CN
Inventors: 张毅; 朴龙华; 黄淳; 莫锐; 高连新
Original assignee: Wuxi Seamless Oil Pipe Co Ltd
Current assignee: Wuxi Seamless Oil Pipe Co Ltd
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: CN1888119A

Abstract

抗硫化氢应力腐蚀油井管及其生产方法。用于该油井管的钢种成分(质量百分比)为：C 0.24-0.32，Si 0.17-0.40，Mn 0.40-0.70，Cr 0.80-1.20，S＜0.010，P＜0.015，Ni＜0.20，Ti 0-0.06。该油井管采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于80分钟。淬火后，钢管全截面可获得98%以上马氏体组织；高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。经该方法制造的油井管，其抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API油井管管。该油井管成品按照NACE TM-01标准检验，施加规定的应力值，浸泡在饱和的硫化氢盐溶液中，720小时无开裂。这种油井管可以满足酸性油气田开采的需要。

Description

抗硫化氢应力腐蚀油井管及其生产方法

技术领域

本发明属于高强度油井管及其生产方法，特别涉及一种具有较高抗硫化氢应力腐蚀性能的油井管及其生产方法，涉及油井管技术领域。

背景技术

世界上有很多石油天然气田为酸性油气田，具有很强的腐蚀性，其中硫化氢是重要的腐蚀介质。H₂S不仅会导致金属材料(油井管的材料)发生突发性的硫化物应力腐蚀开裂(SSC)，造成巨大的经济损失，而且其毒性也威胁着人身的安全。大量研究表明，如果石油或天然气中除了H₂S外还溶解有盐类(NaCl)，将比单一的H₂S介质腐蚀性强烈得多，腐蚀速率将会高出几十倍甚至几百倍。普通的API油井管按照API标准加工和制造，这种油井管只能满足不含有腐蚀介质的油气井中(如N80、P110等钢级的油井管)，或者含有轻微腐蚀介质的油气井中(如L80、C90等钢级的油井管)。上述API油井管不适合在含有H₂S、盐类等混合溶液的油气井中采用。研制生产高性能的防硫油井管，满足酸性油气田的开采需要，已成为油井管加工领域的一项新技术，世界上各大油井管生产厂都非常重视，是目前正在研究攻关的重大课题。

经对现有技术文献的检索发现，有两项专利技术涉及到防硫油井管。中国专利公开号为CN 1187468C，公开日为2005年2月2日，名称为：一种油田采油或注入液体介质用抗腐蚀油管或套管及其抗腐蚀处理方法，该专利自述为：一种油田采油或注入液体介质用抗腐蚀油管或套管，其基本组织为铁素体加珠光体，在包括连接螺纹在内的油管或套管内外壁表面上形成抗腐蚀氮化层，其特征在于，所说的氮化层由内部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分组成，内部黑白相混的部分其组织为Fe_2-3N和Fe₄N和残余奥氏体及马氏体，最外表面的白亮部分为白亮层，由Fe_2-3N和Fe₄N组成。其不足之处在于：该方法仅对油、套管内外壁进行表面处理，当内外壁因磨损、磕碰而损伤后，抗腐蚀氮化层破坏，即失去防腐蚀性能。因此难以推广应用。

中国专利公开号为CN 1361306A，公开日为2002年7月31日，名称为：抗硫化氢应力腐蚀石油套管及其生产方法，该专利自述为：一种抗硫化氢应力腐蚀带接箍石油套管，其特征在于所述套管的化学成分按重量百分比为：C 0.20-0.35％，Si≤1.0％，Mn 0.5-1.5％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr 0.5-1.5％，Ni≤0.25％，Mo 0.25-0.75％，Cu＜0.20％，余量为Fe。其管端为长圆扣或偏梯扣。其不足之处是：该套管采用的钢中锰等元素含量偏高，不利于提高套管的抗硫化氢应力腐蚀性能，该材料制成的套管为API的C90管材，虽然可以在含有轻微腐蚀介质的油气井中使用，但不适合在含有H₂S、盐类等混合溶液的油气井中采用。另外，该套管管端采用长圆扣或偏梯扣，该扣型为API标准扣型，应力集中严重，气密封性能差，不适合在酸性介质的油气井中使用，尤其不能在酸性天然气井中使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高抗硫化氢应力腐蚀能力的防硫油井管及其生产方法，以克服现有技术的缺点和不足，满足酸性油气田的开采需要。通过该方法生产的油井管，其抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API油井管。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1)改善套管钢种的化学成分，使所述套管钢种的化学成分除Fe外，其它成分(质量百分比)为：C 0.24-0.32，Si 0.17-0.40，Mn 0.40-0.70，Cr 0.80-1.20，S＜0.010，P＜0.015，Ni＜0.20，Ti 0-0.06，必要时还可以在其中添加Mo0.15-0.45。化学成分中的各种元素，对抗腐蚀性能的影响是不同的。有害元素如Ni、Mn、Si、S、P等，在设计时要限制其含量。防止H₂S腐蚀有益的元素有Cr、Mo、Ti等，加入少量的Cr、Mo元素能起到细化晶粒的作用，Mo元素在调质或正火钢板的热处理中能生成碳化物，易于除掉固溶碳，还能防止有害元素Si、P的晶间偏析，元素Ti可以提高钢材的相变点温度，提高钢板的淬透性，易于形成晶粒细化的回火马氏体组织。2)除了对化学成分严格控制以外，同时对套管的热处理工艺进行严格规定，必须满足以下要求：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于80分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。

3)接头采用特制的特殊螺纹接头。特殊螺纹接头由于具有扭矩台肩等特殊结构形式，因而具有应力分布合理，应力集中小的优点，在具有较高硫化氢浓度及盐混合液中，不易发生应力腐蚀开裂。同时，特殊螺纹接头由于采用了特殊的密封形式，气密封性能好，特别适合在酸性介质的油井，包括天然气井中使用。

与现有技术相比，本发明具有显著进步，具体表现在：1)抗硫化氢应力腐蚀的性能好，由于本发明采用了新的钢种成分设计，同时采用了更合理的热处理工艺，因而具有更好的抗硫化氢腐蚀性能，完全适用于含有H2S、盐类等混合溶液的油气井中。2)接头的连接强度及密封性能好，由于采用了特殊螺纹接头，解决了现有技术中，接头连接强度低、密封性能差、应力集中比较严重的问题，最大限度地延长了油井管的使用寿命。

本发明的油井管成品按照NACE TM-01标准检验，施加规定的应力值(标号为S的产品不低于80％内屈服应力，标号为SS的产品不低于85％)，浸泡在饱和的硫化氢盐溶液中，至少720小时无开裂。

具体实施方式

第一个实施例是80KSI钢级的Φ73.03×5.51mm WSP80S防硫油管。

①该油管的钢种成分(质量百分比)为：C 0.24-0.29，Si 0.17-0.35，Mn0.50-0.65，S＜0.010，P＜0.015，Cr 0.80-1.20，Mo 0.15-0.40，Ni＜0.20 Ti 0-0.06，余为Fe。

②该油管的热处理工艺为：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于80分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。

③该油管采用的接头形式为WSP-1T特殊螺纹接头。该接头的螺纹每25.4mm八牙，牙高1.00mm，其连接强度不低于管体，气密封性能大于管体内壁屈服压力，接头拧紧后螺纹部分的峰值应力为同规格API接头的1/3-2/3。

经该方法生产的WSP80S防硫油管，按照NACE TM-01标准检验，施加不低于80％内屈服应力的应力值，浸泡在饱和的硫化氢盐溶液中，720小时无开裂。这种油管可以满足酸性油田及酸性天然气田的开采需要。

第二个实施例是95KSI钢级的Φ139.7×7.72mm WSP95SS防硫套管。

①该套管的钢种成分(质量百分比)为：C 0.26-0.32，Si 0.20-0.40，Mn0.40-0.65，S＜0.010，P＜0.015，Cr 0.80-1.20，Ni＜0.20，Ti 0-0.06，余为Fe。

②该套管的热处理工艺为：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于80分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。

③该套管采用的接头形式为WSP-1T特殊螺纹接头。该接头的螺纹每25.4mm五牙，牙高1.575mm，其连接强度不低于管体，气密封性能大于管体内壁屈服压力，接头拧紧后螺纹部分的峰值应力为同规格API接头的1/3-2/3。

经该方法生产的WSP95SS防硫套管，按照NACE TM-01标准检验，施加不低于85％内屈服应力的应力值，浸泡在饱和的硫化氢盐溶液中，720小时无开裂。这种油管可以满足酸性油田及酸性天然气田的开采需要。

Claims

1. 一种抗硫化氢应力腐蚀油井管，其特征在于，用于该套管的钢种成分为：C 0.24-0.32％，Si 0.17-0.40％，Mn 0.40-0.70％，Cr 0.80-1.20％，S＜0.010％，P＜0.015％，Ni＜0.20％，Ti含量大于0、小于等于0.06％，余为Fe，单位为质量百分比；淬火后，钢管全截面获得98％以上的马氏体组织；高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。

2. 如权利要求1所述的抗硫化氢应力腐蚀油井管，其特征还在于，在成分中还含有Mo 0.15-0.40％，单位为质量百分比。

3. 如权利要求1所述抗硫化氢应力腐蚀油井管的生产方法，其特征在于：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟；回火温度在500℃以上，保温时间不低于80分钟。

4. 如权利要求3所述抗硫化氢应力腐蚀油井管的生产方法，其特征在于：淬火后，钢管全截面获得98％以上的马氏体组织。

5.如权利要求3所述抗硫化氢应力腐蚀油井管的生产方法，其特征在于：高温回火后，形成细小、均匀的回火马氏体组织，晶粒度8级或者更细小。