CN111485163B - 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法 - Google Patents

适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111485163B
CN111485163B CN202010361023.0A CN202010361023A CN111485163B CN 111485163 B CN111485163 B CN 111485163B CN 202010361023 A CN202010361023 A CN 202010361023A CN 111485163 B CN111485163 B CN 111485163B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
less
sleeve
grade
125ksi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010361023.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111485163A (zh
Inventor
张哲平
吴永超
张旭
周家祥
吴亮亮
安盛岳
任晓锋
张进
赵春新
黄进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Steel Tube Manufacturing Co ltd
Original Assignee
Tianjin Steel Tube Manufacturing Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Steel Tube Manufacturing Co ltd filed Critical Tianjin Steel Tube Manufacturing Co ltd
Priority to CN202010361023.0A priority Critical patent/CN111485163B/zh
Publication of CN111485163A publication Critical patent/CN111485163A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111485163B publication Critical patent/CN111485163B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/30—Stress-relieving
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/085—Cooling or quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/008—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明涉及适合体积压裂页岩气/油用套管，包括如下重量百分比的各组分：C：0.24～0.28；Si：0.17～0.35；Mn：0.55～0.7；P≤0.014；S≤0.003；Ni≤0.2；Cr：0.90～1.05；Mo：0.60～0.65；Cu≤0.20；Al：0.01～0.04；V：0.09～0.13；Ti≤0.05；Bi≤0.01；Pb≤0.01；Sb≤0.01；As≤0.01；Sn≤0.01；且(Bi+Pb+Sb+As+Sn)≤0.025；余量为Fe；经炼钢；轧制，锯切；热处理，热矫直处理，去应力退火，冷却得到，本发明具有高抗挤毁能力和抗剪切变形能力。

Description

适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法
技术领域
本发明属于石油套管加工制造技术领域，尤其涉及适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管及其制备方法。
背景技术
页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具有商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。相对于常规天然气，页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，通常渗透率小于1×10-3级，孔隙度最高仅为4％-5％，气流阻力比常规天然气大，需实施储层液压破碎才能开采。使用水力压裂和水平井技术，可大大提高页岩储层中页岩气藏的开采量。页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源。其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油，也包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。通常有效的开发方式为水平井和分段压裂技术。体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率，这就要求套管具有良好的强度和韧性，同时要求套管具有抗挤压变形和抗剪切变形能力。随着技术水平的提高，水平井的水平段越来越长，有的长度在2000m以上，要求水平段的套管具有良好的抗挤压变形能力。可见，体积压裂开采页岩气(油)对套管的性能提出了很高的要求，套管需要具备很高的强度、良好的塑性、韧性和热稳定性，水平段生产井要求套管具有高抗挤毁能力和良好的抗剪切变形。
因此，基于这些问题，提供一种具有很高的强度、良好的塑性、韧性和热稳定性，同时具有高抗挤毁能力和良好的抗剪切变形能力的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管及其制备方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有很高的强度、良好的塑性、韧性和热稳定性，同时具有高抗挤毁能力和良好的抗剪切变形能力的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管及其制备方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管，包括如下重量百分比的各组分：
C：0.24～0.28；Si：0.17～0.35；Mn：0.55～0.70；P≤0.014；S≤0.003；Ni≤0.20；Cr：0.90～1.05；Mo：0.60～0.65；Cu≤0.20；Al：0.01～0.04；V：0.09～0.13；Ti≤0.05；Bi≤0.0100；Pb≤0.0100；Sb≤0.0100；As≤0.0100；Sn≤0.0100；且(Bi+Pb+Sb+As+Sn)≤0.0250；余量为Fe。
所述套管非金属夹杂物级别指标为：A类细系：≤1.0级；A类粗系：≤0.5级；B类细系：≤1.5级；B类粗系：≤1.0级；C类细系：≤1.0级；C类粗系：≤0.5级；D类细系：≤1.0级；D类粗系：≤1.0级。
所述套管总延伸强度Rt0.65为950～1068MPa，抗拉强度≥1000MPa；延伸率≥20％；180℃温度下总延伸强度Rt0.65≥862MPa；-10℃纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥90J，纵向韧性剪切面积百分比100％；-10℃横向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥70J，横向韧性剪切面积百分比100％。
所述套管为回火索氏体，晶粒度≥8.0级；所述套管硬度值≤38.0HRC，同一象限内硬度变化范围≤2.0HRC；所述套管残余应力≤150MPa，抗外挤强度≥156.7MPa。
所述套管外径公差带控制：+0.6mm～1.5％，壁厚公差带控制：-3～17％，外径不圆度≤0.5％，壁厚不均度≤10％。
以上所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：以废钢为原料，兑入10％～40％的铁水，铁水热装电弧炉，用电弧炉将废钢熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得要求的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；兑入一定比例铁水，可以预热废钢，铁水的渗碳作用，使废钢的熔点降低，缩短熔化期和氧化期，从而缩短冶炼时间；利用电弧炉炼废钢，二次利用废钢合金元素，电弧高温熔化难熔合金元素，减少了废水废气废渣的排放，合理利用废旧资源，实现绿色高效炼钢。
轧制：进行正公差轧制，精确控制斜轧穿孔，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；具体轧制工序为：将冷却后的铸坯锯切，在环形加热炉内加热，炉温为1280℃～1300℃，热定心温度为1235℃～1255℃,热穿孔温度为1200℃～1230℃，PQF三辊连轧温度为1030℃～1100℃，定径张减，冷床冷却，矫直，漏磁探伤，成品成分分析，表面质量检验，几何尺寸检验，锯切；采用三辊设计的孔型比传统的两辊设计的孔型圆度好，且孔型的半径差小，有利于轧件的均匀变形和轧辊的均匀磨损；轧槽底部和轧槽顶部之间的圆周速度差较小，从而能在稳定的条件下使轧制时的金属变形更加均匀、平稳，使产品的壁厚精度和表面质量大大提高，实现了高精度轧制，实现了良好的尺寸公差控制，为稳定均匀性能的实现提供坚实基础。
热处理：采用均匀控温的淬火加回火的热处理工艺对套管进行热处理；套管在步进式淬火炉加热，淬火温度为900℃±10℃，保温后，经高压水除磷装置除去套管表面氧化铁皮，淬火介质为水，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和旋转的冷却方式，之后套管进入步进式回火炉回火，回火温度为670℃±10℃，保温后，套管出回火炉在空气冷却；
热处理后，定径，热矫直处理，去应力退火，冷却，超声波探伤，理化性能检验，表面质量检验，几何尺寸检验。
进一步的，对所述套管进行热处理时，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和和旋转的冷却方式，具体的：调整好内喷嘴角度处于最佳位置，外淋水流量1200-1500m3，外淋水压力0.2MPa，外淋时间17-22s，内喷水流量800-1000m3，内喷水压力0.3MPa，内喷时间15-20s，套管全部浸入水中后，套管旋转的同时，外淋开始，外淋启动时间早于内喷启动2s，内喷开始，15-20s之后外淋和内喷同时结束，随之旋转结束。整体浸入式加外淋、内喷和旋转的冷却方式保证了套管均匀冷却，避免了冷却不均导致的内外壁硬度大的差异。
并且，轧制后进行漏磁探伤时的探伤级别F2；热处理后进行超声波探伤，探伤级别U2；通过漏磁探伤和超声波探伤双探伤，生产过程中避免了各种可能存在的缺陷带入下一生产环节，保证了套管的高质量。
热处理后，热矫直处理时的热矫直温度在520℃～550℃，降低了残余应力；热矫直后，经520℃±10℃去应力退火处理，进一步降低残余应力。
本发明的优点和积极效果是：
本发明与现有技术相比，采用合理的化学成分设计，高精度的轧制控制工艺，PQF三辊限动芯棒高精度连轧，连轧正公差轧制(外径公差带控制：+0.6mm～1.5％，壁厚公差带控制：-3～17％)，降低外径不圆度(≤0.5％)，降低壁厚不均度(≤10％)，均匀控温的淬火加回火热处理工艺和整体浸入式均匀的冷却方式，中上限的规定总延伸强度控制，以及低的残余应力控制，使得本发明的套管性能均匀稳定，良好的塑性、韧性和热稳定性，具有更高的抗挤毁强度和抗剪切变形，抗挤毁强度比API同钢级同规格的套管要求的抗挤毁性能高出30％以上；套管很好地满足了页岩气/油开采体积压裂时承受的巨大地层压力和高温环境，避免了抗挤形式的失效及高温下的变形。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管，包括如下重量百分比的各组分：
C：0.24～0.28；Si：0.17～0.35；Mn：0.55～0.70；P≤0.014；S≤0.003；Ni≤0.20；Cr：0.90～1.05；Mo：0.60～0.65；Cu≤0.20；Al：0.01～0.04；V：0.09～0.13；Ti≤0.05；Bi≤0.0100；Pb≤0.0100；Sb≤0.0100；As≤0.0100；Sn≤0.0100；且(Bi+Pb+Sb+As+Sn)≤0.0250；余量为Fe。
以上所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，包括如下步骤：
炼钢：以废钢为主要原料，兑入10％～40％的铁水，用电弧炉将废钢熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得要求的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；兑入一定比例铁水，可以预热废钢，铁水的渗碳作用，使废钢的熔点降低，缩短熔化期和氧化期，从而缩短冶炼时间；利用电弧炉炼废钢，二次利用废钢合金元素，电弧高温熔化难熔合金元素，减少了废水废气废渣的排放，合理利用废旧资源，实现绿色高效炼钢。
轧制：进行正公差轧制，精确控制斜轧穿孔，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；具体轧制工序为：将冷却后的铸坯锯切，在环形加热炉内加热，炉温为1280℃～1300℃，热定心温度为1235℃～1255℃,热穿孔温度为1200℃～1230℃，PQF三辊连轧温度为1030℃～1100℃，定径张减，冷床冷却，矫直，漏磁探伤，成品成分分析，表面质量检验，几何尺寸检验，锯切；采用三辊设计的孔型比传统的两辊设计的孔型圆度好，且孔型的半径差小，有利于轧件的均匀变形和轧辊的均匀磨损；轧槽底部和轧槽顶部之间的圆周速度差较小，从而能在稳定的条件下使轧制时的金属变形更加均匀、平稳，使产品的壁厚精度和表面质量大大提高，实现了高精度轧制，实现了良好的尺寸公差控制，为稳定均匀性能的实现提供坚实基础。
热处理：采用均匀控温的淬火加回火的热处理工艺对套管进行热处理；套管在步进式淬火炉加热，淬火温度为900℃±10℃，保温后，经高压水除磷装置除去套管表面氧化铁皮，淬火介质为水，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和和旋转的冷却方式，之后套管进入步进式回火炉回火，回火温度为670℃±10℃，保温后，套管出回火炉在空气冷却；
热处理后，定径，热矫直处理，去应力退火，冷却，超声波探伤，理化性能检验，表面质量检验，几何尺寸检验。
需要说明的是，对所述套管进行热处理时，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和和旋转的冷却方式，具体的：调整好内喷嘴角度处于最佳位置，外淋水流量1200-1500m3，外淋水压力0.2MPa，外淋时间17-22s，内喷水流量800-1000m3，内喷水压力0.3MPa，内喷时间15-20s，套管全部浸入水中后，套管旋转的同时，外淋开始，外淋启动时间早于内喷启动2s，内喷开始，15-20s之后外淋和内喷同时结束，随之旋转结束。整体浸入式加外淋、内喷和旋转的冷却方式保证了套管均匀冷却，避免了冷却不均导致的内外壁硬度大的差异。
并且，轧制后进行漏磁探伤时的探伤级别F2；热处理后进行超声波探伤，探伤级别U2；通过漏磁探伤和超声波探伤双探伤，生产过程中避免了各种可能存在的缺陷带入下一生产环节，保证了套管的高质量。
热处理后，热矫直处理时的热矫直温度在520℃～550℃，降低了残余应力；热矫直后，经520℃±10℃去应力退火处理，进一步降低残余应力。
上述套管经过本发明的生产方法生产以后，其具备的几何尺寸、非金属夹杂物含量指标及材料性能指标达到如下要求：
几何尺寸指标达到：外径公差带控制：+0.6mm～1.5％，壁厚公差带控制：-3～17％，外径不圆度≤0.5％，壁厚不均度≤10％。
所述套管非金属夹杂物级别指标为：A类细系：≤1.0级；A类粗系：≤0.5级；B类细系：≤1.5级；B类粗系：≤1.0级；C类细系：≤1.0级；C类粗系：≤0.5级；D类细系：≤1.0级；D类粗系：≤1.0级，。
材料性能指标达到：所述套管总延伸强度Rt0.65为950～1068MPa，抗拉强度≥1000MPa；延伸率≥20％；180℃温度下总延伸强度Rt0.65≥862MPa；-10℃纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥90J，纵向韧性剪切面积百分比100％；-10℃横向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥70J，横向韧性剪切面积百分比100％；所述套管为回火索氏体，晶粒度≥8.0级；所述套管硬度值≤38.0HRC，同一象限内硬度变化范围≤2.0HRC；所述套管残余应力≤150MPa，抗外挤强度≥156.7MPa。
本发明的套管采用合理的化学成分设计，高精度的轧制控制工艺，PQF三辊限动芯棒高精度连轧，连轧正公差轧制(外径公差带控制：+0.6mm～1.5％，壁厚公差带控制：-3～17％)，降低外径不圆度(≤0.5％)，降低壁厚不均度(≤10％)，均匀控温的淬火加回火热处理工艺和整体浸入式均匀的冷却方式，中上限的总延伸强度控制，以及低的残余应力控制，使得本发明的套管性能均匀稳定，良好的塑性、韧性和热稳定性，具有更高的抗挤毁强度和抗剪切变形，抗挤毁强度比API同钢级同规格的套管要求的抗挤毁性能高出30％以上。套管很好地满足了页岩气/油开采体积压裂时承受的巨大地层压力和高温环境，避免了抗挤形式的失效及高温下的变形。
实施例2
石油套管TP125SG，
Figure GDA0003398893040000081
其化学成分及各项性能指标如下：
所述套管的化学成分(重量百分比)为：C：0.25，Si：0.31，Mn：0.61，P：0.009，S：0.001，Ni：0.03，Cr：0.95，Mo：0.62，Cu：0.06，Al：0.020，V：0.10，Ti：0.001，Bi：0.0010，Pb：0.0012，Sb：0.0024，As：0.0054，Sn：0.0024，(Bi+Pb+Sb+As+Sn)＝0.0124，余量为Fe。
其制备方法为：采用废钢为主要原料，兑入10％～40％的铁水，用电弧炉将废钢熔化成钢水，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；将冷却后的铸坯锯切，在环形加热炉内加热，炉温为1280℃～1300℃，热定心(1235℃～1255℃),热穿孔(1200℃～1230℃)，PQF三辊连轧(1030℃～1100℃)，定径张减，冷床冷却，矫直，漏磁探伤，成品成分分析，表面质量检验，几何尺寸检验，锯切；热处理炉内900℃±10℃温度下奥氏体化，然后水淬冷却，670℃±10℃温度下回火，空气冷却，矫直温度为500℃～530℃；热矫直后，经500℃±10℃去应力退火处理；冷却，超声波探伤，理化性能检验，表面质量检验，几何尺寸检验。
轧制后，钢管的几何尺寸为：外径不圆度≤0.2％，壁厚不均度≤6％。
非金属夹杂物级别达到：A类细系：0；A类粗系：0；B类细系：0.5；B类粗系：0；C类细系：0；C类粗系：0；D类细系：0.5；D类粗系：0；不存在超尺寸非金属夹杂物。
热处理后，所述套管的力学性能指标如下：
总延伸强度Rt0.65：999MPa；抗拉强度：1058MPa；延伸率：25％；180℃规定总延伸强度Rt0.65：916MPa；冲击值：-10℃纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥165J，纵向韧性剪切面积百分比100％；-10℃横向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥105J，横向韧性剪切面积百分比100％；
四限象硬度值(HRC)及同一象限内硬度变化范围：
I象限内均值：35.8，I象限中均值：35.7，I象限外均值：35.4，I象限内硬度变化范围：0.4HRC；
II象限内均值：35.3，II象限中均值：,35.8，II象限外均值：35.6，II象限内硬度变化范围：0.5HRC；
III象限内均值：35.4，III象限中均值：35.5，III象限外均值：35.6，III象限内硬度变化范围：0.2HRC；
IV象限内均值：35.2，IV象限中均值：35.8，IV象限外均值：35.4，IV象限内硬度变化范围：0.6HRC。
所述套管组织：回火索氏体；
晶粒度：9.0级；
套管残余应力：126MPa；
套管抗外挤强度：190.0MPa，相比API中同钢级Q125同规格套管的抗外挤强度142.5MPa高出33.3％。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：所述套管包括如下重量百分比的各组分：
C：0.24～0.28；Si：0.17～0.35；Mn：0.55～0.70；P≤0.014；S≤0.003；Ni≤0.20；Cr：0.90～1.05；Mo：0.60～0.65；Cu≤0.20；Al：0.01～0.04；V：0.09～0.13；Ti≤0.05；Bi≤0.0100；Pb≤0.0100；Sb≤0.0100；As≤0.0100；Sn≤0.0100；且(Bi+Pb+Sb+As+Sn)≤0.0250；余量为Fe；
所述套管的制备方法包括如下步骤：
炼钢：以废钢为主要原料，兑入质量比为10％～40％的铁水，用电弧炉将废钢熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得要求的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
轧制：进行正公差轧制，精确控制斜轧穿孔，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；具体轧制工序为：将冷却后的铸坯锯切，在环形加热炉内加热，炉温为1280℃～1300℃，热定心温度为1235℃～1255℃,热穿孔温度为1200℃～1230℃，PQF三辊连轧温度为1030℃～1100℃，定径张减，冷床冷却，矫直，漏磁探伤，成品成分分析，表面质量检验，几何尺寸检验，锯切；
热处理：采用均匀控温的淬火加回火的热处理工艺对套管进行热处理；套管在步进式淬火炉加热，淬火温度为900℃±10℃，保温后，经高压水除磷装置除去套管表面氧化铁皮，淬火介质为水，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和旋转的冷却方式，之后套管进入步进式回火炉回火，回火温度为670℃±10℃，保温后，套管出回火炉在空气冷却；
热处理后，定径，热矫直处理，去应力退火，冷却，超声波探伤，理化性能检验，表面质量检验，几何尺寸检验。
2.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：对所述套管进行热处理时，采用整体浸入式将套管送入循环水中，加外淋、内喷和旋转的冷却方式，具体的：调整好内喷嘴角度处于最佳位置，外淋水流量1200-1500m3，外淋水压力0.2MPa，外淋时间17-22s，内喷水流量800-1000m3，内喷水压力0.3MPa，内喷时间15-20s，套管全部浸入水中后，套管旋转的同时，外淋开始，外淋启动时间早于内喷启动2s，内喷开始，15-20s之后外淋和内喷同时结束，随之旋转结束。
3.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：轧制后进行漏磁探伤时的探伤级别F2；热处理后进行超声波探伤，探伤级别U2。
4.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：热处理后，热矫直处理时的热矫直温度在520℃～550℃；热矫直后，经520℃±10℃去应力退火处理。
5.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：所述套管非金属夹杂物级别指标为：A类细系：≤1.0级；A类粗系：≤0.5级；B类细系：≤1.5级；B类粗系：≤1.0级；C类细系：≤1.0级；C类粗系：≤0.5级；D类细系：≤1.0级；D类粗系：≤1.0级。
6.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：所述套管总延伸强度Rt0.65为950～1068MPa，抗拉强度≥1000MPa；延伸率≥20％；180℃温度下总延伸强度Rt0.65≥862MPa；-10℃纵向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥90J，纵向韧性剪切面积百分比100％；-10℃横向全尺寸夏比V型缺口冲击值≥70J，横向韧性剪切面积百分比100％。
7.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：所述套管为回火索氏体，晶粒度≥8.0级；所述套管硬度值≤38.0HRC，同一象限内硬度变化范围≤2.0HRC；所述套管残余应力≤150MPa，抗外挤强度≥156.7MPa。
8.根据权利要求1所述的适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法，其特征是：所述套管外径公差带控制：+0.6mm～1.5％，壁厚公差带控制：-3～17％，外径不圆度≤0.5％，壁厚不均度≤10％。
CN202010361023.0A 2020-04-30 2020-04-30 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法 Active CN111485163B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010361023.0A CN111485163B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010361023.0A CN111485163B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111485163A CN111485163A (zh) 2020-08-04
CN111485163B true CN111485163B (zh) 2022-05-17

Family

ID=71813214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010361023.0A Active CN111485163B (zh) 2020-04-30 2020-04-30 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111485163B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114433797A (zh) * 2022-02-10 2022-05-06 天津钢管制造有限公司 具有碳当量要求的石油套管及制备方法
CN114622143A (zh) * 2022-02-10 2022-06-14 天津钢管制造有限公司 140-155ksi油气开采用套管及其生产方法
CN115029531A (zh) * 2022-06-14 2022-09-09 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种不锈钢中厚板在线固溶处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101914666A (zh) * 2010-09-19 2010-12-15 天津钢管集团股份有限公司 提高无缝钢管横向冲击韧性的方法
CN102268614A (zh) * 2011-03-21 2011-12-07 天津钢管集团股份有限公司 耐-20℃低温用165ksi钢级钻杆及其制造方法
CN102699628A (zh) * 2012-03-26 2012-10-03 天津钢管集团股份有限公司 直径为508mm的耐硫化氢腐蚀管线用无缝钢管的生产方法
CN104057253A (zh) * 2014-06-16 2014-09-24 攀钢集团成都钢钒有限公司 页岩气用高强度油层套管及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101914666A (zh) * 2010-09-19 2010-12-15 天津钢管集团股份有限公司 提高无缝钢管横向冲击韧性的方法
CN102268614A (zh) * 2011-03-21 2011-12-07 天津钢管集团股份有限公司 耐-20℃低温用165ksi钢级钻杆及其制造方法
CN102699628A (zh) * 2012-03-26 2012-10-03 天津钢管集团股份有限公司 直径为508mm的耐硫化氢腐蚀管线用无缝钢管的生产方法
CN104057253A (zh) * 2014-06-16 2014-09-24 攀钢集团成都钢钒有限公司 页岩气用高强度油层套管及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111485163A (zh) 2020-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111485163B (zh) 适合体积压裂页岩气/油用125ksi套管的制备方法
CN109500130B (zh) 一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法
CN101285151B (zh) 具有高强韧性的石油套管及其生产方法
CN109913757B (zh) 一种耐腐蚀高抗挤石油套管及其制备方法
CN105039863A (zh) 一种油井用马氏体不锈钢无缝管制造方法
CN104862591B (zh) 一种高强度高压油管用钢、高压油管及其制造方法
CN101787492A (zh) 一种高品质大规格芯棒坯制造方法
CN101871080A (zh) 稠油热采井用套管及生产方法
CN102534388A (zh) 一种含稀土抗h2s腐蚀石油套管及其生产方法
CN104775079A (zh) 一种海洋用高可焊、大口径、厚壁高钢级无缝钢管及其制备工艺
CN106623423A (zh) 一种采用中厚板轧机二火成材工艺生产工业纯钛板的制造方法
CN101608282A (zh) 耐-40℃～-60℃低温钻杆料钢管及其制造方法
CN114134400A (zh) 一种大规格高强度高韧性油井钻头用钢及其制备方法
CN104451394A (zh) CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方法
CN112095049A (zh) 一种油缸用无缝钢管的替代新材料
CN102534422B (zh) 一种天然气输送管道用耐腐蚀钢管的制备方法
CN110331333B (zh) X80管线用大直径无缝钢管的管坯及其生产方法
CN109161788B (zh) 一种注热蒸汽稠油热采井用耐高温石油套管及其制造方法
CN101988372A (zh) 一种制造隔热油管的加工工艺
CN105695714A (zh) 一种利用合金结构钢制造隔热油管的加工工艺
CN110656287A (zh) 一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法
CN112853214B (zh) 一种经济型含稀土80ksi钢级抗硫化氢腐蚀兼抗挤毁石油套管
CN113172116B (zh) 无缝钢管的制备方法、无缝钢管及钻杆结构
CN109136786A (zh) 非调质n80钢级石油套管及其制备方法
CN101994052B (zh) 一种含氮奥氏体合金油套管的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant