CN106319367B - SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法 - Google Patents

SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法。所述套管的化学成分为：C：0.23～0.28，Si：0.17～0.30，Mn：0.56～0.75，P≤0.015，S≤0.007，Ni≤0.20，Cr：1.0～1.20，Mo：0.35～0.55，Cu≤0.15，Al≤0.01～0.04，余量为Fe。制造方法为：精选炼钢原料；通过炉外精炼、真空脱气和氩气搅拌调整钢的成分；通过PQF机组高精度轧制，降低钢管的外径不圆度和壁厚不均度；热处理后获得高强度高韧性配合，通过提高热矫直温度和去应力退火工艺，降低钢管的残余应力。有益效果是热稳定性好，350℃环境温度下，屈服强度不低于800MPa；抗外挤变形能力强，实际抗挤毁性能高于API计算值56％以上，满足SAGD法开采稠油用要求。

Description

SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种石油套管及其生产方法，特别是一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法。
背景技术
稠油是指在温度为20℃时，相对密度大于0.92，油层条件下粘度大于50mPa·S的原油。稠油由于其粘度大，流动性差的特征，常规方法无法开采，一般采用注蒸汽采油技术，主要是蒸汽吞吐和蒸汽驱采油技术，然而蒸汽吞吐和蒸汽驱采油方式，其只能加热注汽井近井地带某个较小范围内的油层，采收率低，而且要求原油的粘度小于50000mPa·S，对于粘度高于100000mPa·S的原油，需要采用新的开采技术。蒸汽辅助重力泄油(SAGD)是一种高粘度原油开采的有效技术，其采收率高，采油速度快。具体措施是在生产井的正上方布置一口注汽水平井，向注汽井中注入高温高压蒸汽，蒸汽与油层发生热交换，使油层上部原油粘度下降，原油与冷凝水在重力作用下向油层下方流动，由生产井采出。注汽井注入的高温蒸汽温度在300℃左右，要求套管的屈服强度不低于750MPa。随着稠油的不断采出，地下出现亏空，地表下沉，生产管柱局部承受较大的挤压应力，现有API钢级套管无论是高温性能还是抗挤毁性能均达不到使用要求。可见，SAGD法开采稠油对套管的高温力学性能和抗挤毁性能都提出了很高的要求，为了提高套管的使用安全性，应加严安全性能指标，因此，需要发明一种在350℃使用环境温度，屈服强度不低于800MPa；并具有高抗挤毁能力和抗剪切变形能力，适合SAGD开采方式使用的套管。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是从套管的钢种、几何尺寸控制、材料性能指标及生产工艺上设计一种适合SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法。该石油套管为非API钢级石油套管。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，其中，该套管的化学成分(重量百分比)为C：0.23～0.28，Si：0.17～0.30，Mn：0.56～0.75，P≤0.015，S≤0.007，Ni≤0.20，Cr：1.0～1.20，Mo：0.35～0.55，Cu≤0.15，Al≤0.01～0.04，余量为Fe。
同时还提供一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管的制造方法。
本发明的效果：通过科学的成分设计，以及严格的过程控制，达到如下效果。①热稳定性强。350℃环境温度下，屈服强度不低于800MPa，高温下管柱不发生变形，保证注汽井管柱可以反复多次，以及连续注汽生产，与蒸汽吞吐相比，单井产量提高三倍以上。②具有高抗挤毁性能和高抗剪切变形能力，以套管为例，实际抗挤毁性能超到61.0MPa，高于API计算值56％以上。解决了开采过程中井下亏空，地层下沉易对生产管柱造成挤毁的难题，保证生产管柱可以顺利连续生产，有效的提高了稠油、超稠油采收率，与蒸汽吞吐相比，采收率提高两倍以上。
具体实施方式
结合实施例对本发明的SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管及其制造方法加以说明。
本发明的SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，该套管的化学成分为(重量百分比)：C：0.23～0.28，Si：0.17～0.30，Mn：0.56～0.75，P≤0.015，S≤0.007，Ni≤0.20，Cr：1.0～1.20，Mo：0.35～0.55，Cu≤0.15，Al≤0.01～0.04，余量为Fe。
本发明的SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管的制造方法，该方法包括以下步骤：
①炼钢原料：采用铁水并精选优质废钢原料。
②用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯。
③轧制：进行正公差轧制，精确控制斜轧穿孔。外径公差带控制：+0.4mm～1.0％，壁厚公差带控制：-5～15％，根据API 5C3抗挤毁公式，t越大，D/t越小，钢管的抗挤毁性能越好。PQF三辊限动芯棒连轧和热定径工序降低外径不圆度和壁厚不均度。较低的外径椭圆度和壁厚不均度，降低其对抗挤毁性能的影响，从而一定程度的提高了抗外挤性能。具体轧制工序为：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1275℃～1295℃，热定心(1225℃～1245℃),热穿孔(1200℃～1220℃)，PQF三辊连轧(1040℃～1100℃)，定径，冷却，锯切。
④热处理：采用淬火加回火的热处理工艺，淬火温度为890℃±10℃，淬火介质为水，保证钢管的淬透性，可以获得90％以上的马氏体，为获得较好的强韧性匹配，做好强度储备。回火温度为620℃±10℃，空气冷却，过饱和的铁素体析出具有一定数量的碳化物，并保留一定数量的位错，形成高韧性的回火索氏体。热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤。
⑤残余应力控制：淬火后及矫直后产生的残余应力可高达300MPa以上，严重影响抗挤毁性能，使抗外挤能力变差，因此，通过提高矫直温度并进行去应力退火措施来降低残余应力。具体措施为，提高热矫直温度到500℃～530℃，最大程度的降低残余应力；500℃±10℃去应力退火处理，在不改变组织状态的前提下，进一步降低残余应力。
上述钢种的套管经过本发明的制造方法应用以后，其各项性能指标达到如下要求：
①通过高精度几何尺寸控制，外径椭圆度降低至0.3％，壁厚不均度降
低至8％，分别低于同类产品40％和38％。
②通过制定合适的热处理制度，套管具有较高的屈服强度，平均值达到990MPa以上，高于API要求15％。
③套管具有较高的冲击韧性，横向全尺寸平均冲击值达到101J，纵向全尺寸平均冲击值达到162J，分别是API要求的3.4倍和2.5倍，使套管具有优异的抗剪切变形能力。
④通过先进的淬火方式和较高的矫直温度(≥500℃)，降低了套管残余应力(≤130MPa)，远低于同类产品。
⑤高强度、低外径椭圆度、壁厚不均度以及低残余应力，使套管具有较高的抗挤毁性能，以为例，实际抗挤毁性能超过61.0MPa，高于API计算值56％以上。
实施例
按所述成分和方法制造出来的石油套管TP125HTP-CQ，其化学成分如表1所示；生产控制过程如表2所示；套管各项几何尺寸参数及各项性能参数如表3所示，所述套管具有较低的外径不圆度(0.18-0.20％)和壁厚不均度(6-7％)，室温屈服强度在990-1010MPa，350℃试验温度下，高温屈服强度在810-850MPa，高于实际使用要求8％-13％；套管抗挤毁性能在61.0-62.0MPa，高于API计算值56％以上。横向全尺寸冲击值为101-110J，纵向全尺寸冲击值为159-170J，使套管具有优异的抗挤毁性能和抗剪切变形能力。
该套管在辽河油田的多口SAGD井成功下井，达到很好的使用效果。
表1套管化学成分wt/％
表2套管生产控制过程
表3套管几何尺寸及性能参数

Claims (4)

1.一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，该石油套管具体化学成分(重量百分比)为：C：0.25，Si：0.21，Mn：0.65，P：0.009，S：0.002，Ni：0.03，Cr：1.10，Mo：0.41，Cu：0.05，Al：0.04，余量为Fe；
该石油套管经过下述方法实现：
①炼钢原料：采用铁水并精选优质废钢原料；
②用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
③轧制：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1275℃～1295℃，热定心温度1225℃～1245℃，热穿孔温度1200℃～1220℃，PQF三辊连轧温度1040℃～1100℃，定径，冷却，锯切；
④热处理：采用淬火加回火的热处理工艺，淬火温度为890℃±10℃，淬火介质为水，回火温度为620℃±10℃，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤；
⑤残余应力控制：热矫直温度在500℃～530℃；热矫直后，经500℃±10℃去应力退火处理；
该石油套管具有如下性能：
①几何尺寸：外径椭圆度：0.2％，壁厚不均度：6％
②力学性能指标：屈服强度：1010MPa，抗拉强度：1108MPa，纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值：162J，横向全尺寸夏比V型缺口冲击值：101J，350℃环境温度下，屈服强度：850MPa，管体残余应力≤130MPa，
③整管使用性能指标：管体抗外挤强度：61.0MPa，管体屈服强度：≥7714KN，管体抗内压强度：≥75.5MPa，接头抗内压强度：≥71.7MPa。
2.一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，该石油套管具体化学成分(重量百分比)为：C：0.27，Si：0.26，Mn：0.70，P：0.010，S：0.003，Ni：0.05，Cr：1.02，Mo：0.50，Cu：0.07，Al：0.01，余量为Fe；
该石油套管经过下述方法实现：
①炼钢原料：采用铁水并精选优质废钢原料；
②用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
③轧制：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1275℃～1295℃，热定心温度1225℃～1245℃，热穿孔温度1200℃～1220℃，PQF三辊连轧温度1040℃～1100℃，定径，冷却，锯切；
④热处理：采用淬火加回火的热处理工艺，淬火温度为890℃±10℃，淬火介质为水，回火温度为620℃±10℃，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤；
⑤残余应力控制：热矫直温度在500℃～530℃；热矫直后，经500℃±10℃去应力退火处理；
该石油套管具有如下性能：
①几何尺寸：外径椭圆度：0.18％，壁厚不均度：7％
②力学性能指标：屈服强度：995MPa，抗拉强度：1100MPa，纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值：165J，横向全尺寸夏比V型缺口冲击值：110J，350℃环境温度下，屈服强度：816MPa，管体残余应力≤130MPa，
③整管使用性能指标：管体抗外挤强度：61.2MPa，管体屈服强度：≥7714KN，管体抗内压强度：≥75.5MPa，接头抗内压强度：≥71.7MPa。
3.一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，该石油套管具体化学成分(重量百分比)为：C：0.23，Si：0.24，Mn：0.72，P：0.011，S：0.006，Ni：0.10，Cr：1.12，Mo：0.37，Cu：0.04，Al：0.02，余量为Fe；
该石油套管经过下述方法实现：
①炼钢原料：采用铁水并精选优质废钢原料；
②用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
③轧制：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1275℃～1295℃，热定心温度1225℃～1245℃，热穿孔温度1200℃～1220℃，PQF三辊连轧温度1040℃～1100℃，定径，冷却，锯切；
④热处理：采用淬火加回火的热处理工艺，淬火温度为890℃±10℃，淬火介质为水，回火温度为620℃±10℃，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤；
⑤残余应力控制：热矫直温度在500℃～530℃；热矫直后，经500℃±10℃去应力退火处理；
该石油套管具有如下性能：
①几何尺寸：外径椭圆度：0.2％，壁厚不均度：7％
②力学性能指标：屈服强度：990MPa，抗拉强度：1095MPa，纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值：170J，横向全尺寸夏比V型缺口冲击值：109J，350℃环境温度下，屈服强度：840MPa，管体残余应力≤130MPa，
③整管使用性能指标：管体抗外挤强度：62.0MPa，管体屈服强度：≥7714KN，管体抗内压强度：≥75.5MPa，接头抗内压强度：≥71.7MPa。
4.一种SAGD法开采稠油用125ksi高强韧石油套管，该石油套管具体化学成分(重量百分比)为：C：0.24，Si：0.28，Mn：0.58，P：0.008，S：0.005，Ni：0.11，Cr：1.09，Mo：0.51，Cu：0.06，Al：0.01，余量为Fe；
该石油套管经过下述方法实现：
①炼钢原料：采用铁水并精选优质废钢原料；
②用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
③轧制：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1275℃～1295℃，热定心温度1225℃～1245℃，热穿孔温度1200℃～1220℃，PQF三辊连轧温度1040℃～1100℃，定径，冷却，锯切；
④热处理：采用淬火加回火的热处理工艺，淬火温度为890℃±10℃，淬火介质为水，回火温度为620℃±10℃，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤；
⑤残余应力控制：热矫直温度在500℃～530℃；热矫直后，经500℃±10℃去应力退火处理；
该石油套管具有如下性能：
①几何尺寸：外径椭圆度：0.19％，壁厚不均度：6％
②力学性能指标：屈服强度：1000MPa，抗拉强度；1101MPa，纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值：159J，横向全尺寸夏比V型缺口冲击值：103J，350℃环境温度下，屈服强度：810MPa，管体残余应力≤130MPa，
③整管使用性能指标：管体抗外挤强度：61.0MPa，管体屈服强度：≥7714KN，管体抗内压强度：≥75.5MPa，接头抗内压强度：≥71.7MPa。
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