CN102605235A - 一种高抗挤sew石油套管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高抗挤SEW石油套管及其制造方法，所述套管化学成分以重量百分比计为：C：0.25～0.33；Si：0.19～0.28；Mn：1.10～1.30；P：≤0.020；S：≤0.008；余量为Fe和不可避免的杂质。所述套管的制造方法为：(1)以TMCP工艺轧制的卷板为原料；(2)卷板通过冷弯成型并采用HFW焊接工艺进行焊接制成焊管；(3)焊管进入热张力减径机组进行热轧减径得到所需要的钢管规格；(4)全管体调质热处理；(5)热矫直处理；(6)探伤。本发明采用TMCP卷板为原材料，通过热轧和张力减径及调质处理，大幅提升了管坯的抗挤毁及抗腐蚀性能。经试验抗挤强度较API标准高出30％以上，较无缝钢管高出10％以上，生产成本较无缝钢管降低了5～10％。
Description
技术领域
本发明属于高强度石油套管制造技术领域，具体涉及一种高抗挤SEW(hot stretch-reducing electric welding，热张力减径电阻焊)石油套管及其制造方法。
背景技术
随着深井、超深井及高压油气井的增多，套管挤毁问题越来越引起人们的关注。各油田在深井、超深井或需要隔离岩盐层、软泥层等复杂地层的油气井中，地层运动产生的地应力会使套管挤毁变形。因此，需要考虑采用高抗挤套管。影响套管抗挤强度的因素很多，如外径与壁厚比值、材料屈服强度、外径椭圆度、壁厚不均度、残余应力等。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种高抗挤SEW石油套管及其制造方法，满足油田对更高强度抗挤毁性能套管的需求，并大幅降低生产成本。
本发明采用的技术方案：
(1)采用C-Mn钢为原料，不含合金元素，因此生产成本低。其化学成分的重量百分比为：C：0.24～0.33；Si：0.19～0.28；Mn：1.10～1.30；P：≤0.020；S：≤0.008；余量为Fe和不可避免的杂质。其中，
C：为了提高可焊性及减少淬火开裂的敏感性，C的重量百分比含量不宜大于0.34，但是C含量太低将有损材料的强度，故宜采用的C含量为0.25～0.33％。
Si：固溶于铁素体以提高钢的屈服强度，但同时要损失塑性和韧性，故宜采用的Si含量为0.19～0.28％。
Mn：主要固溶于铁素体起强化作用，用来提高钢的淬透性，但含量太高时偏析严重，有损抗挤性能，故宜采用的Mn含量为1.10～1.30％。
P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，影响钢的焊接性能，降低塑性，使冷弯性能变差，因此应严格控制P含量≤0.020％。
S：硫是钢中有害元素，增加钢的热脆性，降低钢的延展性、韧性和耐腐蚀性，对焊接性能也不利，因此必须严格控制S含量≤0.008％。
(2)制造方法：
1)按照所述原料化学成分配比采用转炉冶炼钢水，钢水经炉外精炼和真空脱气后，经TMCP工艺轧制成卷板；
2)卷板通过冷弯成型工艺成型为直缝管状，并采用HFW焊接工艺对管状上的直缝进行焊接制成焊管，焊后即时进行内外毛刺剔除工序；
3)采用中频感应加热方式对焊管进行整体加热至950～1050℃，然后以0.3～1.0m/s的速度进入热张力减径机组进行热轧减径，以消除焊缝同母材组织及力学性能的差异，同时可改变钢管管径与壁厚，得到所需要的钢管规格；
4)对热张力减径管进行全管体调质热处理，淬火采用水淬工艺，淬火温度为900℃±10℃，回火温度为550℃±30℃；
5)对经过全管体调质热处理后的管坯进行热矫直处理，热矫直温度为490℃～510℃；
6)对经过热矫直处理后的管坯进行探伤后进入后处理工序。
(3)所述套管的几何尺寸为：外径公差-0.25％D～+0.75％D；壁厚公差-5％t～+5％t；外径不圆度≤0.35％；壁厚不均度≤1％。
本发明具有的优点和效果：
1)本发明采用TMCP卷板为原材料，壁厚均匀，性能稳定；卷板经排辊冷弯成型并采用高频焊接为钢管，外径控制精确，不圆度小；壁厚均匀，有利于套管抗挤毁性能的提高。
2)本发明通过对焊管进行热轧和张力减径，并通过调质处理，消除了焊缝同母材的组织及力学性能的差异，消除了焊接残余应力，大幅提升了管坯的抗挤毁及抗腐蚀性能。
3)本发明比同规格、同重量的无缝钢管长5～10％，可降低万米进尺套管钢材用量5～10％，所以即便是在相同价格下，本发明无形中为用户节约了5～10％的采购成本。
4)本发明采用C-Mn钢为原料，未添加其它合金元素，因此生产工艺简单、生产成本低，具有重大的经济和社会效益。
5)本发明抗挤性能大幅提高，经试验抗挤强度较API标准高出30％以上，较无缝钢管高出10％以上，生产成本较无缝钢管降低了5～10％。
附图说明
图1a原始管焊缝试样组织效果图，
图1b热张力减径管焊缝试样组织效果图，
图1c热张力减径+调质处理管焊缝试样组织效果图，
图2a原始管焊缝沟槽腐蚀形貌，
图2b热张力减径管焊缝沟槽腐蚀形貌，
图2c热张力减径+调质处理管焊缝沟槽腐蚀形貌。
具体实施方式
实施例1：139.7×8.94mmBSG-80T高抗挤SEW(hotstretch-reducing electric welding，热张力减径电阻焊)套管制造方法。
(1)原料成分(wt％)：C：0.28；Si：0.24；Mn：1.27；P：0.013；S：0.0017；余量为Fe和不可避免的杂质。
(2)制造工艺：
1)按照所述原料成分配比采用转炉冶炼钢水，钢水经炉外精炼和真空脱气后，经TMCP工艺轧制成卷板；
2)卷板通过连续冷弯成型工艺成型为直缝管状，并采用高频焊接工艺(HFW)对管状上的直缝进行焊接制成焊管，焊后即时进行内外毛刺剔除工序；
3)采用中频感应加热炉对去除内外毛刺的焊管进行整体连续加热至900～1050℃，加热速率30～100℃/s。
4)将加热至900～1050℃的SEW焊管以0.3～1.0m/s的速度进入热张力减径机组进行热轧减径，以消除焊缝同母材组织及力学性能的差异，同时可改变钢管管径与壁厚，得到所需要的钢管规格；
5)对热张力减径管进行调质热处理，淬火采用水淬工艺，淬火温度为900℃±10℃，回火温度为550℃±10℃，保温时间为45min；经调质处理后材料的机械性能可以达到如下技术指标：屈服强度：745～760MPa；抗拉强度：≥855MPa；延伸率：≥26％；冲击功：≥50J；晶粒度：≥10级。
6)对调质管进行热矫直，热矫直温度为490～510℃，以确保最大限度消除残余应力，经切口法测定的残余应力小于110MPa。
7)对矫直管进行超声波探伤、管端磁粉探伤检测后进入后处理工序。
(2)几何精度测量：外径：139.81～140.11，外径不圆度：＜0.35％，壁厚：8.97～9.03，壁厚不均度：＜1％。
(3)经测试其抗挤毁强度可达90.1MPa，而API规定值为65.5MPa，抗挤强度超出标准38％。
实施例2：Φ244.5×8.94mmBSG-80T高抗挤SEW(hotstretch-reducing electric welding，热张力减径电阻焊)石油套管制造方法。
(1)原料成分(wt％)：C：0.27；Si：0.20；Mn：1.19；P：0.012；S：0.0016；余量为Fe和不可避免的杂质。
(2)制造工艺：
1)按照所述原料成分配比采用转炉冶炼钢水，钢水经炉外精炼和真空脱气后，经TMCP工艺轧制成卷板；
2)卷板通过连续冷弯成型工艺成型为直缝管状，并采用高频焊接工艺对管状上的直缝进行焊接制成焊管，焊后即时进行内外毛刺剔除工序；
3)采用中频感应加热方式，对去除内外毛刺的焊管进行整体连续加热，加热速率30～100℃/s，使中频感应加热炉出口温度达到900～1050℃；
4)焊管以0.3～1.0m/s的速度进入热张力减径机组进行热轧减径，以消除焊缝同母材组织及力学性能的差异，同时可改变钢管管径与壁厚，得到所需要的钢管规格；
5)对热张力减径管进行调质热处理，淬火采用水淬工艺，淬火温度为900℃±10℃，回火温度为550℃±20℃，保温时间为45min；经调质热处理后材料的机械性能可以达到如下技术指标：屈服强度：720～745MPa；抗拉强度：≥828MPa；延伸率：≥27.5％；冲击功：≥59J；晶粒度：≥10级。
6)对调质管进行热矫直，热矫直温度为490～510℃，以确保最大限度消除残余应力，经切口法测定的残余应力小于110MPa。
7)对矫直管进行超声波探伤、管端磁粉探伤检测后进入精整检验工序。
8)精整检验工序：管端螺纹加工、接箍预拧紧、全长通径、全管体水压试验、称重、测长、连续喷漆等。
(2)几何精度测量：外径：244.70～244.96；外径不圆度：＜0.35％；壁厚：9.03～9.11；壁厚不均度：＜1％。
(3)经测试其抗挤毁强度可达26.9MPa，而API规定值为16.3MPa，抗挤强度超出标准65％。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种高抗挤SEW石油套管，其特征在于所述套管化学成分以重量百分比计为：C：0.25～0.33；Si：0.19～0.28；Mn：1.10～1.30；P：≤0.020；S：≤0.008；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高抗挤SEW石油套管，其特征在于所述套管的几何尺寸为：外径公差-0.25％D～+0.75％D；壁厚公差-5％t～+5％t；外径不圆度≤0.35％；壁厚不均度≤1％。
3.一种高抗挤SEW石油套管的制造方法，其特征在于：
(1)以TMCP工艺轧制的卷板为原料，其化学成分以重量百分比计为：C：0.25～0.33；Si：0.19～0.28；Mn：1.10～1.30；P：≤0.020；S：≤0.008；余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)卷板通过冷弯成型工艺成型为直缝管状，并采用HFW焊接工艺对管状上的直缝进行焊接制成焊管，焊后即时进行内外毛刺剔除工序；
(3)采用中频感应加热方式对焊管进行整体加热至950～1050℃，然后以0.3～1.0m/s的速度进入热张力减径机组进行热轧减径，以消除焊缝同母材的组织及力学性能差异，同时可改变钢管管径与壁厚，得到所需要的钢管规格；
(4)对热张力减径管进行全管体调质热处理，淬火采用水淬工艺，淬火温度为900℃±10℃，回火温度为550℃±30℃；
(5)对经过全管体调质热处理后的管坯进行热矫直处理，热矫直温度为490℃～510℃；
(6)对经过热矫直处理后的管坯进行探伤。
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