CN107151758B - 抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 - Google Patents

抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法，包括下述步骤：(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗；(3)管体调质；管体成分的质量百分比组成为：C:0.10～0.30wt％，Si：0.20～0.35wt％，Mn：0.50～0.70wt％，Cr：2.0～4.0wt％，Mo：0.50～0.75wt％，Ni：0.01～0.05wt％，Al：0.01～0.05wt％，Cu：0.01～0.20wt％，V：＜0.08wt％，P：＜0.015wt％，S：＜0.005wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过对管体成分进行调整来提高抗二氧化碳和氯离子腐蚀能力，通过调整调质工艺参数来提高管体机械性能，得到的钻杆管体具有较好的机械性能和抗二氧化碳和氯离子腐蚀的能力，能够满足含有二氧化碳、氯离子等复合腐蚀环境下使用要求。

Description

抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法
技术领域
本发明涉及石油钻杆管体，尤其是抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法，属于石油钻杆的制造技术领域。
背景技术
石油钻杆是开采石油和天然气必不可少的工具，开采时石油钻杆将会与开采的岩层、泥浆、油气井产生的气体等直接接触。在某些油气田，井况中含有二氧化碳和氯离子，将会给开采的石油钻杆造成严重的腐蚀，使钻杆管体变薄，很容易造成钻杆发生失效以致产生严重的事故，现有的普通钻杆无法避免该类问题。
中国专利CN200410025586.3公开以一种抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：C：0.20～0.40wt％,Si：0.10～1.0wt％,Mn：0.10～1.5wt％,Cr：1.0～4.0wt％,Mo：0.10～1.0wt％,Al：0.01～0.10wt％,Cu：0.05～1.0wt％,Ni：0.05～1.0wt％,V：0.01～0.1wt％,其余为Fe和不可避免的杂质组成。中国专利CN200610028252.0公开了一种高钢级高抗二氧化碳、氯离子腐蚀油套管用钢及制造方法，按重量百分比,其化学成分配比为：C：0.15～0.25％,Si：0.2～0.5％,Mn：0.20～1.0％,Cr：12.0～14.0％,Ni：0.5～1.5％,Mo：0.2～1.0％,Al：0.01～0.1％,其余为Fe和不可避免的杂质元素,杂质元素总量低于0.5％。中国专利CN200610027020.3为110钢级抗二氧化碳、氯离子腐蚀不锈钢油井管用钢,其成分质量百分比为：C：0.05～0.18％、Si：0.2～1.00％、Mn：0.20～1.00％、Cr：10.0～14.0％、Ni：0.5～3.0％、Mo：0.1～0.5％、Cu：0.5～1.5％、V：0.03～0.08％、其余为Fe和不可避免的杂质元素。但上述专利技术制造的钻杆在二氧化碳、氯离子等复合腐蚀条件下耐蚀性能难以达到标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法，得到的钻杆管体具有较好的机械性能和较强的抗二氧化碳和氯离子腐蚀的能力，能够满足含有二氧化碳、氯离子等复合腐蚀环境下使用要求。
为实现本发明的目的，本发明的技术方案为：
一种抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法包括下述步骤：
(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；
(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1150-1200℃，始锻温度为1050-1150℃，镦粗完成后自然冷却至室温；管件镦粗采用日本机械式镦锻机，镦后管端组织细密，晶粒度达到8级以上。
(3)管体调质：将钻杆管体输送到升温至870℃～920℃的步进式淬火炉内，保温20～40min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入10℃～30℃的淬火液，淬火时间不少于30s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至540℃～570℃的步进式回火炉内，保温60～85min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
优选的，所述管体成分的质量百分比组成为：C:0.10～0.30wt％，Si：0.20～0.35wt％，Mn：0.50～0.70wt％，Cr：2.0～4.0wt％，Mo：0.50～0.75wt％，Ni：0.01～0.05wt％，Al：0.01～0.05wt％，Cu：0.01～0.20wt％，V：＜0.08wt％，P：＜0.015wt％，S：＜0.005wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过调整Cr、Mo元素的添加配比，从材料上来实现延缓二氧化碳和氯离子腐蚀的现象。
优选的，步骤(3)中对管体进行二次回火，将回火后的将钻杆管体输送到升温至500℃～530℃的步进式回火炉内，保温50～70min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
管体采用1次淬火+1次回火工艺时机械性能不稳定，强度虽然能满足要求，但冲击功时高时低，最低时可以达到50J左右，不能够满足冲击功在85J以上的要求。本发明对管体进行二次回火，经过二次回火管体冲击功趋于稳定并满足85J的要求；二次回火温度设计低于第一次回火温度，在不降低管体屈服强度的同时，能够大幅提高并稳定管体的冲击功数值，有效满足了技术要求，并提高了成品率，降低了返工成本。
通过管体调质处理后，管体机械性能达到表1的要求值。
表1管体调质后机械性能
抗二氧化碳、氯离子腐蚀试验方法：取样后放入高压釜中，高压釜环境为：二氧化碳分压为15MPa，T＝75℃，流速为3m/s，pH≥3，氯离子浓度为52000mg/L。
本发明的有益效果：
本发明通过对管体成分进行调整，来提高抗二氧化碳和氯离子腐蚀能力，通过调整调质工艺参数来提高管体机械性能，得到的钻杆管体具有较好的机械性能和较强的抗二氧化碳和氯离子腐蚀的能力，能够满足含有二氧化碳、氯离子等复合腐蚀环境下使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法包括下述步骤：
(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；管体成分的质量百分比组成见表2：
表2管体成分的质量百分比组成(单位：％，余量为铁和不可避免的杂质)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu V
0.17 0.25 0.61 0.014 0.002 2.93 0.52 0.024 0.025 0.05 0.01
(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1180℃，始锻温度为1120℃，镦粗完成后自然冷却至室温；
(3)管体调质：将钻杆管体输送到升温至890℃的步进式淬火炉内，保温25min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入25℃的淬火液，淬火时间40s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至560℃的步进式回火炉内，保温70min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
二次回火：将回火后的将钻杆管体输送到升温至520℃的步进式回火炉内，保温60min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
实施例2
抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法包括下述步骤：
(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；管体成分的质量百分比组成见表3：
表3管体成分的质量百分比组成(单位：％，余量为铁和不可避免的杂质)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu V
0.30 0.35 0.70 0.011 0.004 2.53 0.75 0.050 0.010 0.01 0.03
(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1150℃，始锻温度为1100℃，镦粗完成后自然冷却至室温；
(3)管体调质：将钻杆管体输送到升温至870℃的步进式淬火炉内，保温30min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入10℃的淬火液，淬火时间45s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至540℃的步进式回火炉内，保温85min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
二次回火：将回火后的将钻杆管体输送到升温至510℃的步进式回火炉内，保温50min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
实施例3
抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法包括下述步骤：
(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；管体成分的质量百分比组成见表4：
表4管体成分的质量百分比组成(单位：％，余量为铁和不可避免的杂质)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu V
0.10 0.20 0.50 0.013 0.002 2.00 0.70 0.010 0.035 0.20 0.05
(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1200℃，始锻温度为1150℃，镦粗完成后自然冷却至室温；
(3)管体调质：将钻杆管体输送到升温至920℃的步进式淬火炉内，保温20min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入30℃的淬火液，淬火时间35s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至570℃的步进式回火炉内，保温60min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
二次回火：将回火后的将钻杆管体输送到升温至530℃的步进式回火炉内，保温65min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
实施例4
抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法包括下述步骤：
(1)将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；管体成分的质量百分比组成见表5：
表5管体成分的质量百分比组成(单位：％，余量为铁和不可避免的杂质)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu V
0.25 0.30 0.65 0.014 0.003 4.00 0.50 0.034 0.050 0.15 0.08
(2)对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1190℃，始锻温度为1050℃，镦粗完成后自然冷却至室温；
(3)管体调质：将钻杆管体输送到升温至910℃的步进式淬火炉内，保温40min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入20℃的淬火液，淬火时间30s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至550℃的步进式回火炉内，保温75min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
二次回火：将回火后的将钻杆管体输送到升温至500℃的步进式回火炉内，保温70min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。

Claims (1)

1.一种抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将钢水经脱碳精炼，制成钢坯后热轧成无缝钢管；所述管体成分的质量百分比组成为：C:0.10～0.30wt%，Si：0.20～0.35 wt%，Mn：0.50～0.70 wt%，Cr：2.0～4.0 wt%，Mo：0.50～0.75 wt%，Ni：0.01～0.05 wt%，Al：0.01～0.05 wt%，Cu：0.01～0.20 wt%，V：＜0.08wt%，P：＜0.015 wt%，S：＜0.005 wt%，其余为Fe和不可避免的杂质；
（2）对轧制完成的原管进行管端镦粗，镦粗前加热至1150-1200℃，始锻温度为1050-1150℃，镦粗完成后自然冷却至室温；
（3）管体调质：将钻杆管体输送到升温至870℃～920℃的步进式淬火炉内，保温20～40min；钻杆管体出淬火炉后，10s内进入10℃～30℃的淬火液，淬火时间不少于30s，冷却至常温；随后将钻杆管体输送到升温至540℃～570℃的步进式回火炉内，保温60～85min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温；
步骤（3）中对管体进行二次回火，将回火后的将钻杆管体输送到升温至500℃～530℃的步进式回火炉内，保温50～70min，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温。
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