CN103469085A

CN103469085A - 一种含稀土稠油热采井专用石油套管及其生产方法

Info

Publication number: CN103469085A
Application number: CN2013104092008A
Authority: CN
Inventors: 李春龙; 赵殿清; 贺景春; 马爱清; 石晓霞
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: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明涉及一种含稀土稠油热采井专用石油套管及其生产方法，所述石油套管管坯材料的化学成分按重量百分比为：C0.23-0.28；Si0.08-0.28；Mn0.35-0.65；P≤0.015；S≤0.006；Cr1.15-1.35；Mo0.20-0.30；V0.05-0.07；B0.002-0.004；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe。其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→热处理→矫直→探伤→车丝扣。其优点是：各项常规性能均满足技术要求，在350℃时，试验钢的屈服强度下降了12.36%，屈服强度797.5MPa，远远超过稠油热采井石油套管在油层段的热应力。

Description

一种含稀土稠油热采井专用石油套管及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种含稀土稠油热采井专用石油套管及其生产方法，属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域。

背景技术：

稠油在石油资源中所占比例较大（国外加拿大、委内瑞拉、美国、印尼稠油资源非常丰富，我国的辽河、新疆、河南、胜利等油田都有丰富的稠油资源）。随着石油工业的发展，开采稠油已成为国内外各大油田稳产高产的主要措施之一。注蒸汽单井吞吐开采是目前开采稠油的主要手段，热采井的钻采工艺有其特殊性，使用普通套管后，由于过早损坏导致油井提前报废，给油田造成较大的经济损失。

资料研究表明热采井套管的先期损坏一般发生在油层段附近，热应力是造成套管先期损坏的主要因素。热采井注蒸汽的平均温度在320℃左右，有的超过350℃，套管在持续高温和轴向拉应力的作用下，套管产生疲劳裂纹与压缩变形，造成套管的损坏，而且应用API圆螺纹和梯形螺纹耐温极限都在300℃以下，在高温轴向载荷下，接箍与套管丝扣的径向变形超过允许公差，加上扣不紧都会造成泄露和脱扣。

发明内容：

本发明的目的是提供一种含稀土稠油热采井专用石油套管以及生产方法，以提高石油套管在油层段的热应力。

本发明的一种含稀土稠油热采井专用石油套管以及生产方法主要研究内容有：

1、常规性能的研究

屈服强度：800～980MPa；抗拉强度≥880MPa；伸长率A≥16%；

CVN（0℃全尺寸横向）：目标值≥62J（理想值≥80J）；

CVN（0℃全尺寸纵向）：目标值≥83J（理想值≥100J）；

CVN横纵比：目标值≥0.75（理想值≥0.80）。

2、高温强度的研究

350℃下屈服强度≥700MPa；350℃下屈服强度与常温屈服强度相比，下降幅度≤20%。

3、热膨胀系数的研究

平均线性热膨胀系数≤16×10^-6。

4、综合耐热性能评价试验研究

实验钢套管料与对比钢级套管料的综合耐热性能对比评价试验。

5、通过中石油管材研究所实物质量评价及热采井模拟试验

通过所述研究，确定本发明的技术方案如下：

本发明的含稀土稠油热采井专用石油套管，其管坯材料的化学成分按重量百分比为：C0.23-0.28；Si0.08-0.28；Mn0.35-0.65；P≤0.015；S≤0.006；Cr1.15-1.35；Mo0.20-0.30；V0.05-0.07；B0.002-0.004；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe。

所述稀土元素为Ce、La的混合稀土金属，它们在混合稀土金属中的重量百分比分别为：Ce67%、La33%。

本发明的生产方法如下：

以重量百分比90%的高炉铁水与10%的优质废钢作为原料，以下述工艺流程进行生产：首先对上述铁水进行预处理，然后与上述废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进行VD工位进行真空脱气处理，再进行圆坯连铸，对连铸管坯进行加热，对加热好的管坯进行穿孔使其成为连轧管，对轧管进行定张减径后送入冷床冷却，然后实施锯切，对切好的套管进行热处理，然后进行矫直，最后经探伤检测，合格者经车丝扣加工后即为套管成品。

其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→热处理→矫直→探伤→车丝扣。

其具体工艺过程详述如下：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量（重量百分比）降低到0.010%以下；

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入（重量百分比）10%优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标：[C]_出钢（重量百分比）≥0.06%；点吹次数≤1次，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用无铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；

3、在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；

4、LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按设计成分的稀土含量进行计算后，定量喂入稀土丝，VD前加入硼铁；

5、进行VD真空处理：真空度≤0.10Kpa，深真空时间≥16分钟；

6、按设计成分喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8--10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行圆坯连铸，起步拉速为0.5m/min、恒拉速控制在1.2～1.4m/min并采用电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，切割为圆管坯。

对检验合格及硫印不大于2.0级的铸坯进行制管，其管坯材料的化学成分及有害杂质元素如下：

按重量百分比为：C0.23-0.28；Si0.08-0.28；Mn0.35-0.65；P≤0.015；S≤0.006；Cr1.15-1.35；Mo0.20-0.30；V0.05-0.07；B0.002-0.004；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe。

制管过程如下；

连续检查预热段、加热段、均热段等各段的温度，环形炉各段温度控制见下表：

环形加热炉各段温度

计算机系统在线记录各段加热温度，要求控制好预热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过烧。热工具在使用前必须测量，轧前检查处理辊道避免划伤。加热好的管坯在φ180mmMPM连轧管机组轧制成无缝钢管，每批至少进行一次热取样检查几何尺寸；之后进行热处理：严格控制炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制炉温以及回火稳定性；回火后执行带温矫直，矫直温度≥450℃。钢管进行逐支探伤、水压和通径，合格者进行车丝扣加工。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的含稀土稠油热采井专用石油套管。

本发明的有益效果：

各项常规性能均满足技术要求，在350℃时，试验钢的屈服强度下降了12.36%，屈服强度797.5MPa，远远超过稠油热采井石油套管在油层段的热应力。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

按重量百分比原料为：高炉铁水90%，优质废钢10%。

生产工艺流程顺序为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→热处理→矫直→探伤→车丝扣。

具体生产工艺流程简述如下：

将90吨高炉铁水用作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到重量百分比0.010%以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，终点控制目标为：[C]_出钢≥0.06%；点吹次数≤1次，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用无铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹Ar，按预定的加入量喂入稀土丝。

然后对精炼好的钢水再进行VD真空处理：深真空度≤0.10Kpa，深真空时间≥16分钟；再喂入硅钙线，喂丝后保持8--10分钟软吹Ar。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行圆坯连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割为圆管坯。

对管坯进行化、检验，将化学成分合格及硫印不大于2.0级的铸坯进行制管，其管坯材料的化学成分及有害杂质。

按重量百分比为：C0.26；Si0.24；Mn0.41；P0.015；S0.002；Cr1.26；Mo0.23；V0.058；Bt0.0017；Bs0.001；稀土元素RE0.0007；Cu0.008；余量为基体Fe。

所述稀土元素为：67%的Ce+33%的La构成的混合稀土金属。

制管过程如下；

为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热管坯的环形炉的预热段、加热段、均热段等各段的温度，环形炉各段温度的控制范围见下表：

环形加热炉各段温度

计算机系统在线记录各段加热温度，要求控制好预热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而且不过烧。热工具在使用前必须测量，轧前检查处理辊道避免划伤。加热好的管坯在φ180mmMPM连轧管机组轧制成无缝钢管，每批至少进行一次热取样检查几何尺寸；之后进行热处理：严格控制炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制炉温以及回火稳定性；回火后进行带温矫直，矫直温度≥450℃。对矫直后的钢管逐支进行探伤检测、水压试验和通径处理，合格品经车丝扣加工。

常规性能检测见下表：

常规性能

编号	Rt0.5（MPa）	Rm（MPa）	A%	Ak（J）0℃
					1	920、915	1060、1060	16.5、17.5	111/133、117/137
要求	800～980	≥880	≥16	≧62/83（80/100）

本发明的石油套管的高温强度检测结果如下：

在350℃时，试验钢的屈服强度与常温屈服强度相比下降了12.36%，屈服强度797.5MPa，远远超过稠油热采井石油套管在油层段的热应力（油层段套管所受的最大应力值为700MPa以上）。

本发明的石油套管采用热处理后接箍料，进行线膨胀系数的测定，监测结果能满足设计要求。

Claims

1.一种含稀土稠油热采井专用石油套管，其特征是：管坯材料的化学成分按重量百分比为：C0.23-0.28；Si0.08-0.28；Mn0.35-0.65；P≤0.015；S≤0.006；Cr1.15-1.35；Mo0.20-0.30；V0.05-0.07；B0.002-0.004；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe。

2.根据权利要求1所述的含稀土稠油热采井专用石油套管，其特征是：所述稀土元素为Ce、La的混合稀土金属，它们在混合稀土金属中的重量百分比分别为：Ce67%、La33%。

3.一种根据权利要求1所述的含稀土稠油热采井专用石油套管的生产方法，其特征是：以重量百分比90%的高炉铁水与10%的优质废钢作为原料，将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量（重量百分比）降低到0.010%以下；将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入（重量百分比）10%优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标：[C]_出钢（重量百分比）≥0.06%；点吹次数≤1次，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用无铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按设计成分的稀土含量进行计算后，定量喂入稀土丝，VD前加入硼铁；进行VD真空处理：真空度≤0.10Kpa，深真空时间≥16分钟；按设计成分喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8--10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行圆坯连铸，起步拉速为0.5m/min、恒拉速控制在1.2～1.4m/min并采用电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，切割为圆管坯。