CN106756591A - 95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法。上述无缝钢管的组成如下：C 0.20～0.30wt％，Si 0.15～0.35wt％，Mn 0.35～0.90wt％，P≤0.015wt％，S≤0.005wt％，Cr 0.90～1.50wt％，Mo 0.30～0.80wt％，Al≤0.040wt％，其余为Fe和不可去除的痕量元素。本发明提供的无缝钢管材质优良，性能优越，能够满足酸性油气田的开采的应用。并且该产品原料廉价易得，有利于为酸性油气田的开采取得经济效益最大化。

Description

95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，特别涉及一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法。

背景技术

钻杆是石油钻采过程中使用的重要工具之一，起传递动力、输送泥浆、排出岩石屑等的作用，其性能的好坏直接关系到钻井作业的成功与否。近年来，国内外大型石油、天然气开发项目大都集中在深井、深海井、高腐蚀性井等领域，石油钻具在油气井钻探过程中，均不同程度的接触到硫化氢、二氧化碳等各种腐蚀介质，普遍存在腐蚀问题，并随着钻井深度的不断增加、复杂地层的不断出现而日益严重。据统计，我国石油行业每年损耗的钻具约有80％是由腐蚀造成的，而硫化物应力腐蚀是石油钻具失效的主要形式之一。

在酸性油气田勘探开发过程中，钻杆遭受硫化氢腐蚀时，会发生均匀腐蚀、坑蚀、氢鼓泡、氢诱发阶梯裂纹、氢脆及硫化物应力腐蚀开裂等，且各种腐蚀形式相互促进，最终导致材料开裂并引发大量恶性事故，给钻井作业造成巨大的危害和损失。随着酸性油气田勘探技术的不断发展，选择使用材质优良、性能优越、生产工艺技术合理的经济型抗硫钻杆是酸性油气田开采经济效益最大化的关键，将具有广阔的市场发展前景。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法。

本发明提供一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管，其组成如下：C0.20～0.30wt％，Si 0.15～0.35wt％，Mn 0.35～0.90wt％，P≤0.015wt％，S≤0.005wt％，Cr 0.90～1.50wt％，Mo 0.30～0.80wt％，Al≤0.040wt％，其余为Fe和不可去除的痕量元素。

进一步地，所述无缝钢管的的屈服强度为655MPa～862MPa，抗拉强度为724MPa～1000MPa，伸长率≥17％，3/4尺寸试样在室温条件下的夏比V型缺口纵向冲击功≥100J，组织为回火索氏体，晶粒度为9级～10级，并通过按NACE TM0177标准中A方法进行的临界门槛值为85％YS_min的抗硫化氢应力腐蚀开裂试验。

本发明还提供一种上述95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管的制备方法，其依次包括如下步骤：

铁水预处理；

转炉冶炼；

LF炉外精炼；

VD真空脱气；

圆坯连铸，得到圆管坯；

将所述圆管坯依次经过加热、穿孔、轧管、张减径或定径、冷床冷却、锯切、矫直、探伤后，将钢管全长进行880℃～920℃淬火和650℃～720℃回火的热处理调质后，制成95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管。

进一步地，在所述探伤之后、淬火之前还包括人工检查、测长、称重和喷标的步骤。

本发明提供一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法，该无缝钢管材质优良，性能优越，能够满足酸性油气田的开采的应用。并且该产品原料廉价易得，有利于为酸性油气田的开采取得经济效益最大化。

具体实施方式

本发明公开了一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明提供一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管，其组成如下：C0.20～0.30wt％，Si 0.15～0.35wt％，Mn 0.35～0.90wt％，P≤0.015wt％，S≤0.005wt％，Cr 0.90～1.50wt％，Mo 0.30～0.80wt％，Al≤0.040wt％，其余为Fe和不可去除的痕量元素。

进一步地，所述无缝钢管的的屈服强度为655MPa～862MPa，抗拉强度为724MPa～1000MPa，伸长率≥17％，3/4尺寸试样在室温条件下的夏比V型缺口纵向冲击功≥100J，组织为回火索氏体，晶粒度为9级～10级，并通过按NACE TM0177标准中A方法进行的临界门槛值为85％YSmin的抗硫化氢应力腐蚀开裂试验。

本发明提供的无缝钢管的化学成分中主要元素含量范围的设计依据如下：

C可溶解在钢中形成间隙固溶体起固溶强化作用，与强碳化物元素形成碳化物析出，起沉淀强化作用，对钢的组织及性能有很大的影响。但钢中的C含量过高会使钢的塑性、冲击韧性降低，焊接性能变差，钢的H₂S应力腐蚀开裂的敏感性提高。因此，本发明中C的含量为0.20wt％～0.30wt％，优选为0.24wt％～0.30wt％。

Mn作为脱氧、脱硫及合金元素加入钢中时，可起到良好的积极作用，但Mn是一种易偏析的元素，且随着钢中C含量的增加，Mn的偏析程度会增大，同时Mn能促进P、S、Sn、Sb等有害元素向晶界偏析，使偏析在晶界的这些有害元素和H发生交互作用，大幅度降低晶界的结合力，容易引起氢致沿晶断裂，对钢的抗H₂S应力腐蚀性能产生不利的影响。因此，本发明中Mn的含量为0.35wt％～0.90wt％，更优选为0.40wt％～0.80wt％。

Cr对于减慢钢在CO₂、H₂S、Cl^-等腐蚀环境中的腐蚀速度极为有利，同时它的弥散碳化物也是氢的强陷阱，因此，在含H₂S溶液中使用的钢，适当提高Cr的含量是有利的。但铬含量过高会促进钢的回火脆性，对钢的冲击韧性产生不利的影响。因此，本发明中Cr的含量为0.90wt％～1.50wt％，更优选为1.00wt％～1.40wt％。

Mo是最有效的抗H₂S腐蚀元素，它可阻碍钢中P的偏析，降低钢中固溶的S含量，弥散的Mo₂C是氢的强陷阱，可使扩散富集的氢量大大降低，从而提高钢的抗硫化氢腐蚀性能、防止钢的点蚀倾向。但由于Mo的价格较高，因此，综合考虑钢的性能和经济成本，本发明中Mo的含量为0.30wt％～0.80wt％，更优选为0.40wt％～0.70wt％。

本发明中P、S是钢中的有害元素，钢中P含量高会引起钢的“冷脆”，同时P对氢原子的重新组合过程起抑制作用，增加钢的增氢效果，降低钢在酸性含H₂S介质中的稳定性，使钢的H₂S应力腐蚀开裂敏感性提高。钢中S含量高会造成钢的“热脆”，同时S也是吸附氢的促进剂，硫化物夹杂是氢的积聚点，在钢中形成有缺陷的组织，降低钢中硫化物夹杂的含量可提高钢在增氢介质中的稳定性。因此，为了提高钢的冲击韧性和耐腐蚀性能，在兼顾炼钢工艺水平和成本的前提下，应尽可能降低钢中P、S含量，本发明中要求钢中的P≤0.015wt％、S≤0.005wt％。

本发明还提供一种上述95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管的制备方法，其包括如下步骤：

权利要求1或2所述的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管的制备方法，其特征在于，其依次包括如下步骤：

铁水预处理；

转炉冶炼；

LF炉外精炼；

VD真空脱气；

圆坯连铸，得到圆管坯；

将所述圆管坯依次经过加热、穿孔、轧管、张减径或定径、冷床冷却、锯切、矫直、探伤后，将钢管全长进行880℃～920℃淬火和650℃～720℃回火的热处理调质后，制成95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管。

进一步地，在所述探伤之后、淬火之前还包括人工检查、测长、称重和喷标的步骤。制得的无缝钢管即可入库保存。

需要说明的，上述制备方法中转炉冶炼、LF炉外精炼和VD真空脱气等炼钢工艺，以及加热、穿孔、轧管等制管工艺的具体工艺参数可以与现有技术相同，本实施例兹不赘述。

本发明提供一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管及其制备方法，该无缝钢管材质优良，性能优越，能够满足酸性油气田的开采的应用。并且该产品原料廉价易得，有利于为酸性油气田的开采取得经济效益最大化。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

【实施例1～实施例3】

三个实施例提供的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管的化学成分列于表1：

表1无缝钢管化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo
								实施例1	0.24	0.33	0.53	0.013	0.004	1.09	0.45
实施例2	0.28	0.27	0.66	0.008	0.003	1.21	0.52
								实施例3	0.30	0.30	0.79	0.012	0.005	1.30	0.67

注：表1中各个实施例中Al≤0.040％；其余为Fe和不可去除的痕量元素。

三个实施例提供的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管制备工艺如下：

采用铁水和废钢做原料，经铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气→圆坯连铸，得到圆管坯，再经加热→穿孔→轧管→张减径(或定径)→冷床冷却→锯切→矫直→探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库，将圆坯热轧成无缝钢管，并对钢管全长进行880℃～920℃淬火加650℃～720℃回火的热处理调质后，制成抗硫钻杆管体用无缝钢管。

上述钢管热处理工艺的具体工艺参数列于表2：

表2钢管热处理工艺工艺参数

	淬火温度	回火温度
			实施例1	880℃	710℃
实施例2	900℃	680℃
			实施例3	920℃	650℃

对上述三个实施例制得的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管进行性能测试，测试结果列于表3：

表3热处理态钢管的性能测试结果

对上述三个实施例制备的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管进行金相检验，结果如下：

产品组织均为回火索氏体，晶粒度为9级～10级。

由上述内容可知，本发明提供的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管具有优异的力学性能，抗腐蚀性能优异的优点，适于在酸性油气田勘探开发中应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管，其特征在于，其组成如下：C0.20～0.30wt％，Si 0.15～0.35wt％，Mn 0.35～0.90wt％，P≤0.015wt％，S≤0.005wt％，Cr 0.90～1.50wt％，Mo 0.30～0.80wt％，Al≤0.040wt％，其余为Fe和不可去除的痕量元素。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管的的屈服强度为655MPa～862MPa，抗拉强度为724MPa～1000MPa，伸长率≥17％，3/4尺寸试样在室温条件下的夏比V型缺口纵向冲击功≥100J，组织为回火索氏体，晶粒度为9级～10级，并通过按NACETM0177标准中A方法进行的临界门槛值为85％YS_min的抗硫化氢应力腐蚀开裂试验。

3.权利要求1或2所述的95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管的制备方法，其特征在于，其依次包括如下步骤：

铁水预处理；

转炉冶炼；

LF炉外精炼；

VD真空脱气；

圆坯连铸，得到圆管坯；

将所述圆管坯依次经过加热、穿孔、轧管、张减径或定径、冷床冷却、锯切、矫直、探伤后，将钢管全长进行880℃～920℃淬火和650℃～720℃回火的热处理调质后，制成95ksi～110ksi钢级抗硫钻杆管体用无缝钢管。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述探伤之后、淬火之前还包括人工检查、测长、称重和喷标的步骤。