CN104651725A - 射孔枪用无缝钢管的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射孔枪用无缝钢管的制备工艺，该工艺的步骤如下：（a）按照以下组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；其中，组份和各组份的质量百分比如下：C:0.22%~0.3%；Si:0.2%~0.4%；Mn:0.4%~1.0%；P：0＜P≤0.012%；S：0＜S≤0.005%；Cr:0.3%~0.9%；Nb：0.02%~0.1%；Mo:0.4%~1%；V：0.02%~0.1%；Al:0.01%~0.04%；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%；（b）在CPE机组上进行无缝钢管的轧制。本发明工艺不仅能够提高管体的抗挤强度，达到抗200MPa压力的能力，可以在200℃环境下使用，并且提高了管体的冲击韧性，保证了管体射孔不开裂。

Description

射孔枪用无缝钢管的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种射孔枪用无缝钢管的制备工艺，主要用于制作温度≤200℃、压力≤200MPa的油气井下使用的射孔枪枪体，属于无缝钢管技术领域。

背景技术

目前，随着油气勘探领域的不断深入，深井、超深井的应用不断增多。如在四川盆地、塔里木等一些勘探区域的探井井深超过7000m，最深达到8000m，地层压力、温度均超高。如何保证射孔枪在超高温超高压条件下不发生变形、破裂甚至断裂失效，射孔枪枪体材料的承载能力非常关键。

目前，国外对深井、超深井的开发工作已持续很多年，如斯伦贝谢公司已开发有适合于5in套管作业的86型超高压射孔器材，挤毁压力达到了25000psi(172MPa)，能够完成超高温超高压长时间井下停留的射孔作业。国内对超深井射孔器材展开的研究不多，材质的选用上也集中于32CrMo4、35CrMo等常规低合金钢种，主要是通过增加射孔枪管的壁厚以提升钢管的抗挤强度。由于增加了壁厚，一方面增加了射孔枪的重量，另一方面也增加了射孔枪的加工、弹架的安装、射孔等方面的难度。

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，提供一种射孔枪用无缝钢管的制备工艺，该工艺不仅能够提高管体的抗挤强度，达到抗200MPa压力的能力，可以在200℃环境下使用，并且提高了管体的冲击韧性，保证了管体射孔不开裂。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种射孔枪用无缝钢管的制备工艺，该工艺的步骤如下：

(a)按照以下组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；其中，组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.22％～0.3％；Si:0.2％～0.4％；Mn:0.4％～1.0％；P：0＜P≤0.012％；S：0＜S≤0.005％；Cr:0.3％～0.9％；Nb：0.02％～0.1％；Mo:0.4％～1％；V：0.02％～0.1％；Al:0.01％～0.04％；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％；

(b)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(b1)管坯在环形炉中加热到1280℃～1290℃；

(b2)再经过穿孔、CPE顶管、再加热和张力减径成最终尺寸要求后得到钢管半成品；

(c)钢管半成品再在900℃～920℃温度下进行水淬后，在645℃～655℃温度下进行回火，经过后处理后得到成品。

进一步，在所述的步骤(a)中，采用废钢、生铁和配料首先在电炉里初炼，接着经过炉外精炼，再进行钙处理，然后真空脱气处理，紧接着弧形连铸，再经过管坯冷却和精整后得到管坯；其中，在此过程中确保满足各组份和各组份的质量百分比要求。

采用了上述技术方案后，本发明配比中的各组份作用如下：碳(C)：作为钢种最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化与析出强化提升管体强度，但碳含量增加对冲击韧性有负面影响，所以本发明含碳量控制在0.22％～0.30％；锰(Mn)：通过固溶强化提高钢的强度，并提高钢的淬透性，通过扩大γ相区，降低钢的γ-α相变温度，有助于获得更细小的相变产物，达到提高钢的冲击韧性目的，本发明锰含量控制在0.40％～1.00％；铬(Cr)：铬可以提高钢的淬透性、以及高温机械性能，并具有抗氧化性、耐腐蚀性，但同时降低钢的塑性和韧性。本发明铬含量控制在0.30％～0.90％；钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，还可以抑制由于Ⅱ类回火脆性。在较高回火温度下，形成弥散分布的特殊碳化物，有二次硬化作用。本发明钼含量控制在0.40％～1.00％；铌(Nb)：铌与碳、氮、氧等都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，细化晶粒，降低钢的过热敏感性与回火脆性，另外能提高钢的热强性，本发明铌含量控制在0.02％～0.10％；钒(V)：强碳化物及氮化物形成元素，在α铁中无限固溶，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，并通过细小的碳化物颗粒的弥散分布，达到细化晶粒的目的，本发明钒含量控制在0.02％～0.10％。综上所述，通过提升管体的抗挤强度达到抗最高200MPa压力的能力，通过添加Mo等耐高温合金元素可以在最高200℃环境下使用，管体射孔后膨胀≤4.5mm，同时管体横向半尺寸冲击韧性(0℃)达到45J以上，可以保证管体射孔不开裂。

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

一种射孔枪用无缝钢管，它的组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.22％；Si:0.2％；Mn:0.4％；P：0.005％；S：0.001％；Cr:0.3％；Nb：0.02％；Mo:0.4％；V：0.02％；Al:0.01％；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该射孔枪用无缝钢管的制备工艺的步骤如下：

(a)按照各组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；

(b)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(b1)管坯在环形炉中加热到1280℃～1290℃；

(b2)再经过穿孔、CPE顶管、再加热和张力减径成最终尺寸要求后得到钢管半成品；

(c)钢管半成品再在900℃～920℃温度下进行水淬后，在645℃～655℃温度下进行回火，经过后处理后得到成品。后处理依次包括：温矫直、超声探伤、管端磁粉、管端锯切、通径和入库。

在步骤(a)中，采用废钢、生铁和配料首先在电炉里初炼，接着经过炉外精炼，再进行钙处理，然后真空脱气处理，紧接着弧形连铸，再经过管坯冷却和精整后得到管坯；其中，在此过程中确保满足各组份和各组份的质量百分比要求。

实施例二

一种射孔枪用无缝钢管，它的组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.3％；Si:0.4％；Mn:1.0％；P：0.012％；S：0.005％；Cr:0.9％；Nb：0.1％；Mo:1％；V：0.1％；Al:0.04％；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该射孔枪用无缝钢管的制备工艺的步骤如下：

(a)按照各组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；

(b)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(b1)管坯在环形炉中加热到1280℃～1290℃；

(b2)再经过穿孔、CPE顶管、再加热和张力减径成最终尺寸要求后得到钢管半成品；

(c)钢管半成品再在900℃～920℃温度下进行水淬后，在645℃～655℃温度下进行回火，经过后处理后得到成品。后处理依次包括：温矫直、超声探伤、管端磁粉、管端锯切、通径和入库。

在步骤(a)中，采用废钢、生铁和配料首先在电炉里初炼，接着经过炉外精炼，再进行钙处理，然后真空脱气处理，紧接着弧形连铸，再经过管坯冷却和精整后得到管坯；其中，在此过程中确保满足各组份和各组份的质量百分比要求。

实施例三

一种射孔枪用无缝钢管，它的组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.25％；Si:0.3％；Mn:0.6％；P：0.006％，S：0.002％，Cr:0.6％；Nb：0.05％；Mo:0.7％；V：0.06％；Al:0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％。

该射孔枪用无缝钢管的制备工艺的步骤如下：

(a)按照各组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；

(b)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(b1)管坯在环形炉中加热到1280℃～1290℃；

(b2)再经过穿孔、CPE顶管、再加热和张力减径成最终尺寸要求后得到钢管半成品；

(c)钢管半成品再在900℃～920℃温度下进行水淬后，在645℃～655℃温度下进行回火，经过后处理后得到成品。后处理依次包括：温矫直、超声探伤、管端磁粉、管端锯切、通径和入库。

在步骤(a)中，采用废钢、生铁和配料首先在电炉里初炼，接着经过炉外精炼，再进行钙处理，然后真空脱气处理，紧接着弧形连铸，再经过管坯冷却和精整后得到管坯；其中，在此过程中确保满足各组份和各组份的质量百分比要求。

以上三个实施例中制备的射孔枪用无缝钢管在常温下各项检测性能见下表：

以上三个实施例中制备的射孔枪用无缝钢管在200℃下高温拉伸性能如下表：

	屈服强度	抗拉强度	伸长率％
				实施例一	1016	1097	13
实施例二	1054	1143	13
				实施例三	1046	1125	13

以上三个实施例中制备的射孔枪用无缝钢管制成射孔枪后地面穿混凝土靶试验结果如下表：

从上述表中可以看出，钢管抗挤强度、耐高温性能均达到了最高温度≤200℃、最高压力≤200MPa环境下的使用要求，且制成复合射孔枪后地面穿混凝土靶试验后各项指标均检验合格。

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 (2)

1.一种射孔枪用无缝钢管的制备工艺，其特征在于该工艺的步骤如下：

(a)按照以下组份和各组份的质量百分比配比，经过冶炼和连续铸造后得到管坯；其中，组份和各组份的质量百分比如下：

C:0.22％～0.3％；Si:0.2％～0.4％；Mn:0.4％～1.0％；P：0＜P≤0.012％；S：0＜S≤0.005％；Cr:0.3％～0.9％；Nb：0.02％～0.1％；Mo:0.4％～1％；V：0.02％～0.1％；Al:0.01％～0.04％；其余为Fe和不可避免的杂质，总计100％；

(b)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：

(b1)管坯在环形炉中加热到1280℃～1290℃；

(b2)再经过穿孔、CPE顶管、再加热和张力减径成最终尺寸要求后得到钢管半成品；

(c)钢管半成品再在900℃～920℃温度下进行水淬后，在645℃～655℃温度下进行回火，经过后处理后得到成品。

2.根据权利要求1所述的射孔枪用无缝钢管的制备工艺，其特征在于：在所述的步骤(a)中，采用废钢、生铁和配料首先在电炉里初炼，接着经过炉外精炼，再进行钙处理，然后真空脱气处理，紧接着弧形连铸，再经过管坯冷却和精整后得到管坯；其中，在此过程中确保满足各组份和各组份的质量百分比要求。