CN104451394A

CN104451394A - CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方法

Info

Publication number: CN104451394A
Application number: CN201410687960.XA
Authority: CN
Inventors: 李珺; 许才斌; 王燕萍; 李中福; 高建昌
Original assignee: JIANGSU CHANGBAO STEEL TUBE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU CHANGBAO STEEL TUBE CO Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CN104451394B

Abstract

本发明公开了一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管及其制造方法，油井管的组份和各组份的质量百分比如下：C:0.13%~0.23%；Si:0.11%~0.41%；Mn:0.8%~1.0%；Cr:5.0%~6.0%；Mo:0.05%~0.45%；Al:0.02%~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。本发明的油井管尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO₂腐蚀的性能要求，满足了含CO₂气体的深井超深油气井开采的需要。

Description

CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管及其制造方法，属于油井管用钢技术领域。

背景技术

目前，随着我国石油天然气开发力度的加大，采集油气的油井套管和油管面临着高温高压、高含CO₂、Cl-等共存的强腐蚀环境，从而造成油气田多次发生井下油管断裂，集气干线泄漏事故，致使许多油气田井都在投产一年左右由于此类问题而提前报废，造成巨大损失，给人民群众的生命和财产安全造成了严重的危害，同时也威胁到了国家能源战略安全。

现有API 5CT规范中有L80-13Cr油套管产品，能生产的强度为80和95钢级，最高服役温度一般为120℃，耐蚀性能小于0.25mm/y。随着油井和气井的开发，井深也在不断增加，井深超过5000米的富含CO₂且超过API标准13Cr钢管服役条件的油气井不断增加，急需耐更高服役温度(120-150℃)、耐蚀性能更好、强度更高的110钢级油套管。

现有耐腐蚀用合金油套管用钢如日本专利昭61-207550、特开平4-224656、特开平11-140594等，其为高Cr合金，也含有较高的镍和钼。主要通过增加合金含量特别是Ni和Mo等贵金属合金，保证耐高温、CO₂、及微量H₂S腐蚀性能。对于深井要求耐高温120-150℃、耐CO₂腐蚀而并不要求H₂S腐蚀的环境，高镍、钼合金的油套管成本过高。

还有日本专利平4-88152，但其Cr元素的含量在14％-16％之间，属于15Cr马氏体不锈钢范畴，应用环境和制造工艺均有较大区别，而且其强度级别≤100钢级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，它尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO₂腐蚀的性能要求，满足了含CO₂气体的深井超深油气井开采的需要。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.13％～0.23％；Si:0.11％～0.41％；Mn:0.8％～1.0％；Cr:5.0％～6.0％；Mo:0.05％～0.45％；Al:0.02％～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

进一步为了提供其更良好的抗二氧化碳腐蚀性能，它还添加Ni和Cu，其添加量分别为0＜Ni≤0.2％；0＜Cu≤0.25％。

进一步，Ni:0.15％～0.20％，Cu:0.20％～0.25％。

进一步为了在保证其良好的韧性的前提下极大地提高钢的淬透性，它还添加B，其添加量为0.0005％～0.002％。

进一步，它的组份中还添加Ti、Nb、V，添加量分别为：0＜Ti≤0.25％；0＜Nb≤0.22％；0＜V≤0.25％。

本发明还提供了一种该CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管的制造方法，该方法的步骤如下：

(a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢水进行连铸连轧成管坯；

(b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

(c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热炉中加热到880℃～950℃后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧钢管半成品；

(d)热轧钢管半成品再在880℃～950℃温度下进行水淬后，在550℃～650℃温度下进行回火，得到成品。

采用了上述技术方案后，本发明的油井管成分中的Si是有效的脱氧剂，加入Si对提高钢种的强度有益，但大量加入会降低韧性和耐蚀性，所以将其含量限制在0.11％～0.41％范围内；Mn具有很强的脱氧能力，能大幅提高钢种的强度和韧性，但是过多的Mn也会降低钢种的韧性，因此将其含量限制在0.8％～1.0％；Cr是对提高抗CO₂蚀性能最为经济和有效的元素，随着Cr含量的增加，钢种的抗CO₂腐蚀性能成倍增加，为了达到一定的抗CO₂腐蚀性并能同时控制材料的成本，将其含量限制在5.0％～6.0％；Mo的添加可以提高钢的强度和抗腐蚀性能，通过优化配比，将其含量控制在0.05～0.45％；Al的含量低于0.005％时不能达到脱氧效果，但含量过高时易导致夹杂物增多，降低韧性和加工性能，因此将其含量控制在0.02～0.04％；另外，现有技术中具有抗CO₂腐蚀性能的低合金钢管产品多为55ksi、80ksi钢级，而达到110KSI钢级以上的油套管多为化学成分属于超级13Cr、15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金范畴，轧制过程中需要热轧后再进行冷轧来获得无缝钢管，而本发明中的油井管所开发的合金钢不仅具有良好的抗CO₂腐蚀性能，而且强度可达150Ksi钢级，材料的合金成本降低且制造工艺简单，只需一道热轧成型而不需要再进行冷轧即可获得无缝钢管，是适合用于深井的经济型油井管钢种，本发明制造的油井管，尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO₂腐蚀的性能要求，满足了含CO₂气体的深井超深油气井开采的需要。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

一种CPE机组生产的抗CO₂腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.14％；Si:0.3％；Mn:0.9％；Cr:5.37％；Mo:0.17％；Al:0.029％；Ni：0.19％；Cu：0.24％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该CPE机组生产的抗CO₂腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1210℃左右；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

(c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热炉中加热到890℃左右后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧钢管半成品；

(d)热轧钢管半成品再在880℃温度下进行水淬后，在560℃左右的温度下进行回火，得到成品。

实施例二

C:0.16％；Si:0.3％；Mn:0.85％；Cr:5.29％；Mo:0.22％；Al:0.031％；Ni：0.18％；Cu：0.24％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

实施例三

C:0.18％；Si:0.2％；Mn:0.8％；Cr:5.0％；Mo:0.05％；Al:0.02％；B：0.0005％；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该CPE机组生产的抗CO₂腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

实施例四

C:0.2％；Si:0.41％；Mn:1.0％；Cr:6.0％；Mo:0.2％；Al:0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该CPE机组生产的抗CO₂腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

实施例五

C:0.22％；Si:0.41％；Mn:0.9％；Cr:6.0％；Mo:0.1％；Al:0.03％；Ti：0.2％；Nb：0.15％；V：0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该CPE机组生产的抗CO₂腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

以上五种实施例生产的抗CO₂腐蚀油井管的钢级及力学性能如下表：

按照本发明的钢种模拟油田环境进行高温高压釜腐蚀实验结果如下：

编号	腐蚀前重量(g)	腐蚀后重量(g)	失重(g)	腐蚀量(mm/a)
					实施例一	11.147	11.122	0.025	0.086
实施例二	11.078	11.045	0.033	0.114
					实施例三	11.029	10.998	0.031	0.107
实施例四	11.058	11.035	0.023	0.079
					实施例五	10.989	10.973	0.016	0.055

其中，实验条件如下：

本发明的油井管成分中的Si是有效的脱氧剂，加入Si对提高钢种的强度有益，但大量加入会降低韧性和耐蚀性，所以将其含量限制在0.11％～0.41％范围内；Mn具有很强的脱氧能力，能大幅提高钢种的强度和韧性，但是过多的Mn也会降低钢种的韧性，因此将其含量限制在0.8％～1.0％；Cr是对提高抗CO₂蚀性能最为经济和有效的元素，随着Cr含量的增加，钢种的抗CO₂腐蚀性能成倍增加，为了达到一定的抗CO₂腐蚀性并能同时控制材料的成本，将其含量限制在5.0％～6.0％；Mo的添加可以提高钢的强度和抗腐蚀性能，通过优化配比，将其含量控制在0.05％～0.45％；Al的含量低于0.005％时不能达到脱氧效果，但含量过高时易导致夹杂物增多，降低韧性和加工性能，因此将其含量控制在0.02％～0.04％；另外，现有技术中具有抗CO₂腐蚀性能的低合金钢管产品多为55ksi、80ksi钢级，而达到150Ksi以上钢级的油套管多为化学成分属于超级13Cr、15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金范畴，轧制过程中需要热轧后再进行冷轧来获得无缝钢管，而本发明中的油井管所开发的合金钢不仅具有良好的抗CO₂腐蚀性能，而且强度为150Ksi以上钢级，材料的合金成本降低且制造工艺简单，只需一道热轧成型而不需要再进行冷轧即可获得无缝钢管，是适合用于深井的经济型油井管钢种，由以上四种实施例可知，本发明制造的油井管，尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO₂腐蚀的性能要求，满足了含CO₂气体的深井超深油气井开采的需要。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，其特征在于它的组份和各组份的质量百分比如下：

2.根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，其特征在于：它还添加Ni和Cu，其添加量分别为0＜Ni≤0.2％；0＜Cu≤0.25％。

3.根据权利要求2所述的CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，其特征在于：Ni:0.15％～0.20％，Cu:0.20％～0.25％。

4.根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，其特征在于：它还添加B，其添加量为0.0005％～0.002％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管，其特征在于：它的组份中还添加Ti、Nb、V，添加量分别为：0＜Ti≤0.25％；0＜Nb≤0.22％；0＜V≤0.25％。

6.一种如权利要求1至5中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下抗CO₂腐蚀油井管的制造方法，其特征在于该方法的步骤如下：

(c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(c1)管坯在环形炉中加热到1200℃～1250℃；

(c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；

(c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，在再加热炉中加热到880℃～950℃后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧钢管半成品；