CN103194697A

CN103194697A - 一种稠油热采井用抗h2s腐蚀专用套管及生产方法

Info

Publication number: CN103194697A
Application number: CN2013101259428A
Authority: CN
Inventors: 张行刚; 马爱清; 刘金; 贺景春; 石晓霞; 惠志国; 丰小东
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明涉及一种稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管及生产方法，套管的材料质量百分比化学成分为：C 0.18～0.25，Si 0.08-0.28，Mn 0.40～0.70，P≤0.015，S≤0.005，Cr 0.8～1.0，Mo 0.20～0.30，V 0.05～0.07，RE 0.001～0.02，N≤0.008，H≤0.0002，O≤0.003，As+ Sn≤0.012，As+ Sn+ Pb+ Sb+ Bi≤0.020，其余为Fe和不可避免杂质，质量分数总计100%。生产方法中热处理工艺采用预回火+淬火+高温回火。其优点是：通过在材料中加入了Cr、Mo、RE等合金元素，严格控制材料中S、P的含量获得高纯净度的钢，并制定合理的轧制工艺和热处理工艺，特别是热处理工艺，通过预回火+调质的热处理使碳化物更加弥散细化，使材料具有高温物理性能的同时具有高的抗硫化氢腐蚀性能。

Description

一种稠油热采井用抗H2S腐蚀专用套管及生产方法

技术领域

本发明涉及一种稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管及生产方法，属于材料冶金领域。

背景技术

稠油开采过程中，套管工作环境非常恶劣，目前稠油开采技术一般利用相对成熟和简单的蒸汽吞吐方法，此过程中先向井内注入高温高压蒸汽，套管由于受热膨胀和约束力而承受很大压应力。停注采油，降温收缩套管又受到很大拉应力，如此反复作用，不仅如此，在开采过程中，这些油气井中还常常会遇到含H₂S酸性气体，这些酸性气体会使套管发生硫化氢应力腐蚀开裂，这样在稠油热采过程中套管性能的好坏会直接关系到油田设备及人员的安全。

热采井用抗硫化氢腐蚀套管对材料性能要求非常高，热采过程中，要求套管具有很好的综合高温物理性能，在保证这些性能的同时还要使材料具有很好的抗硫化氢腐蚀能力，因此在化学成分设计上要同时兼顾材料各项性能指标，并利用合理的热处理制度，将碳化物球化并使其弥散分布在机体中，从而改善材料的抗硫化氢腐蚀性能。

发明内容

从以上背景出发，本发明的目的是提供一种材料具有高温物理性能的同时具有高的抗硫化氢腐蚀性能的稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管及生产方法，本发明利用合理的化学成分设计、炼钢轧制及预回火+调质热处理制度，使套管在保证各项物理高温性能的同时具有抗硫化氢腐蚀的性能。

为实现上述目的，本发明通过以下措施来实现：

一种稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管，其材料质量百分比化学成分为：C 0.18～0.25，Si 0.08-0.28，Mn 0.40～0.70，P≤0.015，S≤0.005，Cr 0.8～1.0，Mo 0.20～0.30，V 0.05～0.07，RE 0.001～0.02，N≤0.008；H≤0.0002，O≤0.003，As+ Sn≤0.012，As+Sn+ Pb+ Sb+ Bi≤0.020，其余为Fe和不可避免杂质，质量分数总计100%，其中稀土为镧、铈混合稀土。稠油热采井用套管需要材料具有很好的高温物理性能，可以通过Cr-Mo等合金元素及稀土的加入来改善，Cr可以提高钢的淬透性并具有一定的抗回火性能，还具有抗腐蚀性及抗氧化性，Mo在提高淬透性的同时，还具有高的抗回火性，提高钢的热强性，V能够细化晶粒，提高钢的强度和韧性还能降低钢的热膨胀系数，RE的变质和合金化作用可以提高钢的横向冲击韧性，耐热及耐疲劳性能。采用低P低S低O控制，P易性能组织偏析，S易形成硫化物夹杂，会严重降低材料的抗硫化氢腐蚀性能。

本发明的套管的生产方法如下：

炼钢工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸。为保证钢的纯净度对铁水进行预处理，LF炉要求正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫，LF精炼结束后按预定量喂稀土丝，VD深真空度≤0.10Kpa，目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，VD结束后按100吨钢水喂200米硅钙线进行喂丝，喂丝后保证软吹时间。

轧制工艺流程：管坯加热→穿孔→连轧→张减径→冷床→热处理→矫直→探伤。管坯加热温度：1250℃-1300℃，穿孔温度：1250℃-1280℃，轧管温度：1050℃-1150℃，张减径温度：850℃-900℃，矫直温度≥480℃。

热处理工艺采用预回火+调质（淬火+高温回火），预回火温度为：890℃±10℃；保温时间为：80min±10min；淬火温度为890℃±10℃，保温时间为：50min～60min；高温回火温度为：660±10℃，保温时间为80min～90min。材料的抗硫化氢腐蚀性能和碳化物的析出密切相关，碳化物如果不是弥散分布在基体而是分布在晶界，对抗硫化氢腐蚀开裂是有害的，可以通过预回火+高温回火使碳化物球化，并弥散均匀的分布在基体中，从而可以改善碳化物在晶界处的偏析而强化材料的抗硫化氢腐蚀性能，调质前进行回火预处理，热轧态的组织析出更多的弥散细小碳化物，在随后奥氏体化过程中可以起到奥氏体形核的核心，使奥氏体更加细小，高温回火过程中使碳化物在从马氏体板条上析出，从而获得均匀细小的回火索氏体，提高材料的抗硫化氢性能。

本发明的优点在于：

本发明通过在材料中加入了Cr、Mo、RE等合金元素，严格控制材料中S、P的含量获得高纯净度的钢，并制定合理的轧制工艺和热处理工艺，特别是热处理工艺，通过预回火+调质的热处理使碳化物更加弥散细化，使材料具有高温物理性能的同时具有高的抗硫化氢腐蚀性能。

具体实施方式

炼钢工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸，为保证钢的纯净度对铁水进行预处理，LF炉要求正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫，LF精炼结束后按预定量喂稀土丝，VD深真空度≤0.10Kpa，目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，VD结束后100吨钢水喂200米硅钙线，喂丝后保证软吹时间，各示例化学成分如表1所示：

表1 各示例化学成分（wt%）

热处理工艺采用预回火+调质（淬火+高温回火），预回火温度为：890℃±10℃；保温时间为：80min±10min；淬火温度为890℃±10℃，保温时间为：50min～60min；回火温度为：660±10℃，保温时间为80min～90min。

对热处理后实例进行力学性能检验及抗硫化氢性能检验，均达到标准要求，检验结果如表2、表3所示。

表2 各实例力学性能

表3 SSC性能

实例	SSC性能
		实例1	恒定应力551MPa，经过饱和H₂S溶液连续720小时试验不断裂
实例2	恒定应力551MPa，经过饱和H₂S溶液连续720小时试验不断裂
		实例3	恒定应力551MPa，经过饱和H₂S溶液连续720小时试验不断裂
实例4	恒定应力551MPa，经过饱和H₂S溶液连续720小时试验不断裂

Claims

1.一种稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管，其特征是：套管的材料质量百分比化学成分为：C 0.18～0.25，Si 0.08-0.28，Mn 0.40～0.70，P≤0.015，S≤0.005，Cr 0.8～1.0，Mo 0.20～0.30，V 0.05～0.07，RE 0.001～0.02，N≤0.008，H≤0.0002，O≤0.003，As+ Sn≤0.012，As+ Sn+ Pb+ Sb+ Bi≤0.020，其余为Fe和不可避免杂质，质量分数总计100%。

2.一种根据权利要求1所述的稠油热采井用抗H₂S腐蚀专用套管的生产方法，其特征是：炼钢工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸；轧制工艺流程：管坯加热→穿孔→连轧→张减径→冷床→热处理→矫直→探伤；在轧制工艺流程中的热处理工艺采用预回火+淬火+高温回火，预回火温度为：890℃±10℃；保温时间为：80min±10min；淬火温度为890℃±10℃，保温时间为：50min～60min；高温回火温度为：660±10℃，保温时间为80min～90min。