CN102690992A

CN102690992A - 一种制造稠油热采井用套管的方法

Info

Publication number: CN102690992A
Application number: CN2012101373363A
Authority: CN
Inventors: 黄英; 滕建明; 沈忠华; 姬丙寅; 张始伟; 黄云; 王绪华; 边华川; 江健; 陈坤
Original assignee: SHENGLI OIL FIELD FURUITE PETROLEUM EQUIPMENT CO Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: SHENGLI OIL FIELD FURUITE PETROLEUM EQUIPMENT CO Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: CN102690992B

Abstract

本发明提供一种制造稠油热采井用套管的方法，该方法包括：炼钢和连铸，炼钢包括初炼钢水、脱氧合金化和精炼，在初炼钢水中，控制钢水中的碳不小于0.06重量％且磷不大于0.003重量％，并控制出钢温度范围为1620℃～1660℃，由此在连铸后得到Cr-Mn钢，该钢的化学成分以重量计为：碳：0.24％～0.30％，硅：0.15％～0.40％，锰：0.8％～1.2％，铬：0.9％～1.30％，镍：≤0.30％，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质；轧管，将得到的钢进行轧管，以得到期望的管坯；热处理，包括淬火和回火，控制淬火加热温度为870℃～890℃，并控制回火加热温度为530℃～540℃，从而得到稠油热采井用套管。根据本发明的方法制造的套管具有优异的屈服强度、屈强比、延伸率和断面收缩率等。

Description

一种制造稠油热采井用套管的方法

技术领域

本发明总体上涉及稠油热采井用套管技术领域，更具体地，本发明涉及一种制造稠油热采井用套管的方法。

背景技术

世界上稠油资源极为丰富，其储量远远超过普通原油的地质储量。据美国能源部估计，全世界稠油的潜在储量可能是已探明的普通原油储量的6倍。我国地下也蕴藏着丰富的稠油资源，近年来稠油热采工艺技术发展飞速，在产量构成中稠油占有相当大的比重。目前，随着石油工业发展的深入，开采稠油已成为各大油田稳产、高产的主要措施之一。与之相对应的稠油作业的工作量也随之增加，部分热采油田选用普通API套管，但是使用普通API套管后，由于套管的过早损坏导致油井的提前报废，给油田造成较大的经济损失。据统计，套管的损坏形式主要为变形、错断、破损和套漏等。随着热采油田开发时间的延长，井下技术状况日趋复杂，开发稠油热采井套管对于油田可持续性发展，增产创效具有极其重要的意义。

国内现行的热采井套管设计标准大多数都是遵循传统的基于应力的设计准则，即保证外载产生的套管应力或等效应力不高于套管材料的最低屈服应力。基于应力设计，要求套管抗拉、抗挤和抗内压满足强度设计要求，从而选择钢级，及根据热载荷产生的热应力计算套管预应力。然而，期望的是，热采井用套管的设计思想为基于应变的设计，允许套管服役后产生一定的塑性应变，但套管服役后产生的塑性应变不高于规定的许用应变，另外对热循环温度载荷可能产生疲劳进行疲劳寿命预测。

由于设计理念的不同导致热采井钢管的成分有所不同，国内目前稠油热采井用油套管主要采用Cr-Mo钢，如天津无缝钢管公司设计开发的TP110H(30CrMo)，但是其高昂的价格加重了各油田的生产成本。

基于此，需要开发一种制造稠油热采井石油套管的方法，以提供一种屈强比、延伸率、性价比综合性能高的稠油热采井石油套管。

发明内容

本发明提供了一种制造稠油热采井用套管的方法，所述方法包括：炼钢和连铸，炼钢包括初炼钢水、脱氧合金化和精炼，在初炼钢水中，控制钢水中的碳不小于0.06重量％且磷不大于0.003重量％，并控制出钢温度范围为1 620℃～1660℃，在精炼中，以2.5～3.5kg/t加入BaSiAlCa脱氧剂或Ca系脱氧剂，并以1.0kg/t加入Al块，以进行脱氧合金化，在精炼结束后，炉外以0.6～0.8kg/t喂Ca-Si丝，并控制吹氩强度以保持钢液蠕动且钢液不得裸露，控制净吹时间≥12分钟，由此得到Cr-Mn钢，该钢的化学成分以重量计为：碳：0.24％～0.30％，硅：0.15％～0.40％，锰：0.8％～1.2％，铬：0.9％～1.30％，镍：≤0.30％，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％，余量为铁和不可避免的微量杂质；轧管，将在连铸后得到的钢按照期望的壁厚和内径或外径进行轧管，以得到期望的管坯；以及热处理，包括淬火和回火，控制淬火加热温度为870℃～890℃，采用的淬火方式为喷淋+轴流，控制回火加热温度为530℃～540℃，从而在热处理后得到稠油热采井用套管。

所述热采井用套管的延伸率大于20％，热采井用套管的常温屈强比小于0.93，350℃高温屈强比小于0.85。

具体实施方式

本发明提供的制造稠油热采井用套管的方法包括下述步骤：炼钢和连铸，炼钢包括初炼钢水、脱氧合金化和精炼，在初炼钢水中，控制钢水中的碳不小于0.06重量％且磷不大于0.003重量％，并控制出钢温度范围为1620℃～1660℃，在精炼中，以2.5～3.5kg/t加入BaSiAlCa脱氧剂或Ca系脱氧剂，并以1.0kg/t加入Al块，以进行脱氧合金化，在精炼结束后，炉外以0.6～0.8kg/t喂Ca-Si丝，并控制吹氩强度以保持钢液蠕动且钢液不得裸露，控制净吹时间≥12分钟，由此得到Cr-Mn钢，该钢的化学成分以重量计为：碳：0.24％～0.30％，硅：0.15％～0.40％，锰：0.8％～1.2％，铬：0.9％～1.30％，镍：≤0.30％，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％，余量为铁和不可避免的微量杂质；轧管，将在连铸后得到的钢按照期望的壁厚和内径或外径进行轧管，以得到期望的管坯；以及热处理，包括淬火和回火，控制淬火加热温度为870℃～890℃，采用的淬火方式为喷淋+轴流，控制回火加热温度为530℃～540℃，从而在热处理后得到稠油热采井用套管。所述热采井用套管的延伸率大于20％，热采井用套管的常温屈强比小于0.93，350℃高温屈强比小于0.85。下面将对炼钢、轧制和热处理工艺流程进行详细描述。

炼钢和连铸工艺流程

炼钢和连铸工艺路线如下：一类废钢、生铁→初炼钢水(比如采用70t电炉)→预脱氧及初步合金化→LF精炼炉精炼→钙处理→三流圆坯弧型连铸机连铸→铸坯清理、入库。

由于诸如27CrMn钢的Cr-Mn钢对钢质纯净度、有害元素P、S和钢中非金属夹杂物有较严格的要求，炼钢时采取一系列工艺措施，对炼钢原材料、电炉冶炼、LF炉精炼、连铸各工序进行严格控制。在初炼钢水中，采用电炉冶炼来加强对电炉出钢温度和出钢碳、出钢P的控制，具体地控制出钢温度在1620℃～1660℃的范围内，并控制钢水中的碳不小于0.06重量％且磷不大于0.003重量％，以防止钢水过氧化，为后续脱氧及钢中夹杂的去除创造有利条件。在LF精炼炉精炼中，通过制定合理的精炼渣成分、精炼渣量、白渣保持时间、吹Ar强度、微钛处理、Ca处理、净吹工艺等技术措施来保证钢水化学成份均匀及低的钢中夹杂物，具体地，以2.5～3.5kg/t加入BaSiAlCa脱氧剂或Ca系脱氧剂，并以1.0kg/t加入Al块，以进行脱氧合金化；在LF炉精炼结束后，炉外以0.6～0.8kg/t喂Ca-Si丝，并控制吹氩强度以保持钢液蠕动且钢液不得裸露，其中净吹时间≥12分钟。连铸采用连铸长水口+吹Ar保护+保护垫的保护浇注方式，防止钢水的吸氮和二次氧化，为了防止中包卷渣，对中包液位进行严格控制，并控制钢水的过热度，采用低过热度浇注，连铸保护渣采用专用保护渣。浇注过程中拉速控制稳定，二冷水全程自动配水。最终生产出化学成分均匀以及钢中夹杂物含量低的优质连铸坯。因此，在连铸后得到Cr-Mn钢。

轧管工艺流程

对轧管工序而言，必须保证提供合格的管坯几何尺寸，因此必须制定合理的轧管壁厚控制范围：-8％～+12％，达到全面满足稠油热采井套管壁厚、称重、内通径要求的目的。具体地，在轧管中，将在连铸后得到的钢按照期望的壁厚和内径或外径进行轧管，以得到期望的管坯。

热轧生产工艺流程如下：连铸圆管坯环形炉加热→穿孔机穿孔→连轧机轧管→定径机定径→矫直→冷床冷却→精整→检查、修磨→定尺、包装、入库。

针对27CrMn钢种的轧制特点，环形炉加热温度优化为1250℃，穿孔机穿孔过程中加强顶头监护；连轧机的芯棒需有人在线检查，以确保变形工具的质量满足生产要求，并密切监护轧制负荷的变化，避免钢管表面产生划伤、裂纹、轧折、结疤等缺陷，减少轧制缺陷产生，提高品种成材率。

热处理工艺流程

热处理是提高管材强韧性并获得特殊使用性能的关键环节，因此需通过合理的热处理工艺及严格的工序设计来保证本发明的热采井用套管的性能指标，同时也保证最终管材的外径尺寸和弯曲度满足要求。

因此，最终确定采用淬火+高温回火的热处理工艺。在本发明的制造方法中，适宜的淬火加热温度为870～890℃，采用的淬火方式为喷淋+轴流，适宜的回火温度为530～540℃。

热处理生产工艺流程如下：调质热处理(淬火+回火)→定径→热矫直→冷床冷却→超探(加管端盲区探伤)→精整→检查、包装、入库。

下面结合具体示例对本发明的制造稠油热采井用套管的方法进行详细描述。

示例1-示例4

采用废钢、生铁等原料进行炼钢，即依次进行初炼钢水、脱氧合金化、精炼以及连铸等操作，从而得到Cr-Mn钢，该钢的化学成分以重量计为：碳：0.24％～0.30％，硅：0.15％～0.40％，锰：0.8％～1.2％，铬：0.9％～1.30％，镍：≤0.30％，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％，余量为铁和不可避免的微量杂质。然后，将在连铸后得到的钢按照期望的壁厚和内径或外径依次进行轧制和热处理，从而得到稠油热采井用套管，其中，钢管规格为外径177.8mm，壁厚9.19mm。

在表1中示出了根据示例1至示例4的成品钢管的实际化学成分，单位以重量百分比计。

表1

示例	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni
								示例1	0.24	0.20	0.80	0.004	0.003	0.90	0.10
示例2	0.28	0.15	1.20	0.002	0.004	0.98	0.15
								示例3	0.30	0.35	1.10	0.003	0.004	1.30	0.30
示例4	0.25	0.40	0.95	0.005	0.003	1.25	0.20

在表2中示出了根据示例1至示例4的稠油热采井用套管在不同温度下的屈服强度、抗拉强度、屈强比、延伸率和断面收缩率。

由表2可以看出，根据本发明的方法制造的稠油热采井用套管具有优异的屈服强度、抗拉强度、屈强比、延伸率和断面收缩率，并且能够控制材料的屈强比以及增大延伸率，延伸率大于20％，常温屈强比小于0.93，350℃高温屈强比小于0.85。因此，能够很经济地达到稠油热采井用油套管的技术要求。

另外，本发明设计开发的稠油热采井用套管成分采用Cr-Mn钢，相对于Cr-Mo钢而言，Cr-Mn更具有价格优势。本发明还基于热采井套管应变设计新方法提出并实现了如下设计要求：在保证管体材料强度的前提下，最大限度地提高韧性和塑性，其延伸率和冲击功指标要求更高，并增加材料常温、高温屈强比的技术要求；常温延伸率大于20％，常温屈强比小于0.93，350℃的高温屈强比小于0.85；保证套管用钢具有较高的钢质纯净度、较低的非金属夹杂物、更低的P、S等有害元素控制，其中，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％。

Claims

1.一种制造稠油热采井用套管的方法，所述方法包括下述步骤：

炼钢和连铸，炼钢包括初炼钢水、脱氧合金化和精炼，在初炼钢水中，控制钢水中的碳不小于0.06重量％且磷不大于0.003重量％，并控制出钢温度范围为1620℃～1660℃，在精炼中，以2.5～3.5kg/t加入BaSiAlCa脱氧剂或Ca系脱氧剂，并以1.0kg/t加入Al块，以进行脱氧合金化，在精炼结束后，炉外以0.6～0.8kg/t喂Ca-Si丝，并控制吹氩强度以保持钢液蠕动且钢液不得裸露，控制净吹时间≥12分钟，由此得到Cr-Mn钢，该钢的化学成分以重量计为：碳：0.24％～0.30％，硅：0.1 5％～0.40％，锰：0.8％～1.2％，铬：0.9％～1.30％，镍：≤0.30％，磷：≤0.005％，硫：≤0.005％，余量为铁和不可避免的微量杂质；

轧管，将在连铸后得到的钢按照期望的壁厚和内径或外径进行轧管，以得到期望的管坯；以及

热处理，包括淬火和回火，控制淬火加热温度为870℃～890℃，采用的淬火方式为喷淋+轴流，控制回火加热温度为530℃～540℃，从而在热处理后得到稠油热采井用套管。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热采井用套管的延伸率大于20％，热采井用套管的常温屈强比小于0.93，350℃高温屈强比小于0.85。