CN101655002B - 火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法 - Google Patents

火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管，该石油套管的化学成份按重量％为：C：0.06～0.14，Si：0.20～0.50，Mn：0.20～0.70，0≤P≤0.015，0≤S≤0.010，Cr：8.0～10，Mo：0.80～1.20，0≤Al≤0.015，0≤Cu≤0.15，0≤Ni≤0.40，余量为Fe。同时还提供一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的生产方法。本发明的效果是根据该钢种和生产工艺生产出的套管，其材料在550℃环境温度下的屈服强度达到580MPa以上，650℃10万小时的持久强度达到70MPa以上。在150℃ CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.32mm/年。完全满足火烧驱油法开采稠油的注气井和生产井的最内层套管柱的油层段套管使用要求。

Description

火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种石油套管生产方法，特别是一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法。
背景技术
稠油是一种粘度高流动性差的重质原油，采用常规的方法难以开采。温度敏感性强是稠油的一大特点，人们利用该特点对稠油进行热采，就是采取升高原油储层的温度的热采方法，提高原油的流动性，从而便于从地层中采出原油。
稠油热采的方法有多种，其中采用特殊方法点燃地层中的稠油，升高储层温度，降低稠油的粘度，提高其流动性，从而达到从地层中采出稠油的方法叫火烧油层驱油的稠油热采法。该方法的具体实施措施是：通过在原油储层中放入电炉加热油层，再通过注气井向原油储层中注入压缩空气，当电炉将储层的温度加热到原油的燃烧点以上温度时，在注入的压缩空气的作用下，地层中的原油被点燃，并逐渐升高周围原油的温度，在压缩空气的驱动下，燃烧产生的热量将其前部的原油升高并向生产井推进，并从生产井中流出或采出。
在正常燃烧油层和采油的过程中，注气井油层段的套管的温度要达到550℃左右，油层段以上套管的温度也要达到350℃附近，原油燃烧产生的CO2等气体与原油、水蒸汽等从生产井中流出，并对生产井的油管和套管产生腐蚀作用。与此同时，从生产中采出的混合液体的温度也达到200℃以上。由此可见，火烧油层驱油法开采稠油对注气井和生产中的套管要求苛刻，注气井油层段套管要耐550℃高温，油层段以上的套管要耐350℃高温，而且这两部分的套管还要耐氧化腐蚀；生产井的套管要耐CO2腐蚀。现有的API套管由于其耐热能力差，不适合稠油热采井使用。现有的普通稠油热采井套管主要是针对注蒸汽热采井使用的，使用温度一般在350℃左右，而且抗氧化能力和抗腐蚀能力均较差，因此，也不适合火烧驱油法开采稠油，必须有针对性的设计开发专用套管。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是从套管的钢种、性能指标及具体生产工艺上提供一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法，以确保在550℃环境温度下其材料的屈服强度不低于550MPa，650℃10万小时的持久强度不低于65MPa。该套管还具有良好的抗CO2腐蚀性能，在150℃CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.5mm/年。该石油套管为非API钢级石油套管。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管，其中：该石油套管的化学成份按重量％为：C：0.06～0.14，Si：0.20～0.50，Mn：0.20～0.70，0≤P≤0.015，0≤S≤0.010，Cr：8.0～10，Mo：0.80～1.20，0≤A1≤0.015，0≤Cu≤0.15，0≤Ni≤0.40，余量为Fe。
该套管的力学性能达到：屈服强度＝700-900MPa，抗拉强度≥800MPa，纵向全尺寸夏比冲击功≥80J，横向全尺寸夏比冲击功≥60J，硬度(HRC)≤26，材料的晶粒度≥6.0级，该套管金相组织为回火索氏体或马氏体；该套管在550℃环境温度下其材料的屈服强度不低于500Pa，650℃10万小时的持久强度不低于65MPa；该套管在150℃CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.5mm/年。
同时还提供一种所述火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：
①炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料；
②炼钢：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份；
⑧经上述工艺冶炼的钢水，经模铸、锻造、退火和外扒皮后得到所需规格的实心管坯，模铸浇注过程采用Ar气保护，锻造：始锻温度≤1260℃，终锻温度≥800℃，锻造比确保大于3；
④将冷却后的锻造管坯在环形加热炉内加热，炉温温度为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，PQF三辊连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；
⑤材料热处理：在1040～1080℃温度下在有保护气氛的光亮炉中正火，在730～760℃温度下回火；在温度为550℃～600℃热矫直，最后探伤；
⑥接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，并对接箍螺纹的内表面进行镀铜处理。
本发明的效果是根据该钢种和生产工艺生产出的套管，其材料在550℃环境温度下的屈服强度达到580MPa以上，650℃10万小时的持久强度达到70MPa以上。在150℃ CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.32mm/年。完全满足火烧驱油法开采稠油的注气井和生产井的最内层套管柱的油层段套管使用要求。
具体实施方式
结合实施例对本发明的石油天然气开采工业用火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管及其生产方法加以说明。
本发明的火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的化学成份按重量％为：C：0.06～0.14，Si：0.20～0.50，Mn：0.20～0.70，0≤P≤0.015，0≤S≤0.010，Cr：8.0～10，Mo：0.80～1.20，0≤Al≤0.015，0≤Cu≤0.15，0≤Ni≤0.40，余量为Fe。
该套管的力学性能达到：屈服强度＝700-900MPa，抗拉强度≥800MPa，纵向全尺寸夏比冲击功≥80J，横向全尺寸夏比冲击功≥60J，硬度(HRC)≤26，材料的晶粒度≥6.0级，该套管金相组织为回火索氏体或马氏体；
该套管在550℃环境温度下其材料的屈服强度不低于500Pa，650℃10万小时的持久强度不低于65MPa；该套管在150℃ C02分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.5mm/年。
本发明的火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的生产方法包括以下步骤：
①炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料；
②炼钢：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份；
③经上述工艺冶炼的钢水，经模铸、锻造、退火和外扒皮后得到所需规格的实心管坯，模铸的浇注过程采用Ar气保护，锻造的始锻温度≤1260℃，终锻温度≥800℃，锻造比确保大于3；
④将步骤③的锻造管坯经怎样的温度冷却，冷却后的锻造管坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，接着进入PQF三辊连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；
⑤将经过步骤④生成出来的管材进行热处理，具体热处理制度是：在1040～1080℃温度下并有保护气氛的光亮炉中正火，在730～760℃温度下回火；在550℃～600℃热矫直，最后探伤；其中的保护气氛为N2，同时加入微量的H2。
⑥将经过步骤④生成出来的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，并对接箍螺纹的内表面进行镀铜处理。
本发明的石油天然气开采工业用火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管是这样实现：该石油套管的成份按重量％为：C：0.06～0.14，Si：0.20～0.50，Mn：0.20～0.70，P≤0.015，S≤0.010，Cr：8.0～10，Mo：0.80～1.20，Al≤0.015，Cu≤0.15，Ni≤0.40，余量为Fe。
上述钢种的套管经过本发明的生产方法生产以后，其各项性能达到以下要求：
屈服强度为700～900MPa，抗拉强度≥800MPa，纵向全尺寸夏比冲击功≥80J，横向全尺寸夏比冲击功≥60J，硬度(HRC)≤26。材料的晶粒度≥6.0级，成品管组织为回火索氏体或马氏体。该套管材料在550℃环境温度下其材料的屈服强度不低于500Pa，650℃10万小时的持久强度不低于65MPa。该套管还具有良好的抗CO2腐蚀性能，在150℃ CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.5mm/年。该套管适合作为火烧驱油法开采稠油的注气井和生产井的最内层套管柱的油层段套管使用。
本发明的石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：
①炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料；②炼钢：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份；⑧经上述工艺冶炼的钢水，经模铸、锻造、退火和外扒皮后得到所需规格的实心管坯，模铸浇注过程采用Ar气保护，锻造：始锻温度≤1260℃，终锻温度≥800℃，锻造比确保大于3；④将冷却后的锻造管坯在环形加热炉内加热，炉温温度为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，PQF三辊连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；⑤材料热处理：在1040～1080℃温度下在有保护气氛的光亮炉中正火，在730～760℃温度下回火；在550℃～600℃热矫直，最后探伤。⑥接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，并对接箍螺纹的内表面进行镀铜处理。
热处理，所述套管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：700～900Mpa
抗拉强度：≥800Mpa
延伸率：≥13％
冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥80J
横向全尺寸夏比冲击功≥60J
套管的使用性能满足以下要求：
套管整体使用性能，以φ177.80×9.19mm API偏梯扣(BC)为例：
管体抗挤毁强度：≥40Mpa
接头强度：≥3170KN
管体内屈服强度：≥56Mpa
管体屈服强度：≥3030KN。
实施例：
按所述成份和方法生产出石油套管TP90H-9Cr(φ177.80×9.19mm)，其化学成分及加工工艺参数如下：
所述套管的成份按重量％为：C：0.10，Si：0.40，Mn：0.55，P：0.009，S≤0.006，Cr：9.20，Mo：0.95，Al：0.010，Cu：0.06，Ni：0.03，余量为Fe。
采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料，用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份；经模铸、锻造、退火和外扒皮后得到所需规格的实心管坯，模铸浇注过程采用Ar气保护，经锻造后进行热定心、热穿孔、PQF三辊连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；在1040～1080℃温度下在有保护气氛的光亮炉中正火，在730～760℃温度下回火；在550℃～600℃热矫直，最后探伤。将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，并对接箍螺纹的内表面进行镀铜处理。
热处理，所述套管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：815Mpa
抗拉强度：909Mpa
延伸率：23％
冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功145J
横向全尺寸夏比冲击功101J
套管的使用性能满足以下要求：
套管整体使用性能，以φ177.80×9.19mm API偏梯扣(BC)为例：
管体抗挤毁强度：63Mpa
接头强度：3211KN
管体内屈服强度：≥56Mpa
管体屈服强度：≥3075KN
所述套管已成功下井36口，部分井已开始采油，使用效果很好。

Claims (2)

1.一种火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：
①所述套管的化学成份按重量％为：C：0.06～0.14，Si：0.20～0.50，Mn：0.20～0.70，O≤P≤0.015，O≤S≤0.010，Cr：8.0～10，Mo：0.80～1.20，O＜Al≤0.015，Cu≤0.15，Ni≤0.40，余量为Fe；
②炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份；
③经上述工艺冶炼的钢水，经模铸、锻造、退火和外扒皮后得到所需规格的实心管坯，模铸的浇注过程采用氩气气体保护浇注，锻造的始锻温度≤1260℃，终锻温度≥800℃，锻造比确保大于3；
④将步骤③的锻造管坯经冷却后，在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，接着进入PQF三辊连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；
⑤将经过步骤④生成出来的管材进行热处理，具体热处理制度是：在1040～1080℃温度下并有保护气氛的光亮炉中正火，在730～760℃温度下回火；在550℃～600℃热矫直，最后探伤；
⑥将经过步骤⑤生成出来的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，并对接箍螺纹的内表面进行镀铜处理。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：所述方法生产的火烧驱油法开采稠油用油层段石油套管的力学性能达到：屈服强度＝700-900MPa，抗拉强度≥800MPa，纵向全尺寸夏比冲击功≥80J，横向全尺寸夏比冲击功≥60J，HRC硬度≤26，材料的晶粒度≥6.0级，该套管金相组织为回火索氏体或马氏体；
该套管在550℃环境温度下其材料的屈服强度不低于500Pa，650℃10万小时的持久强度不低于65MPa；
该套管在150℃ CO2分压1.5MPa流速1.5m/s环境条件下，其平均腐蚀速率低于0.5mm/年。
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