CN113862567A - 用于制备tp110ps抗硫射孔枪管的钢管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，包括如下质量百分比的各组分：C：0.24‑0.28％；Si：0.17‑0.35％；Mn：0.40‑0.60％；P≤0.015％；S≤0.003％；Cr：0.95‑1.10％；Mo：0.60‑0.80％；Cu≤0.20％；V：0.05‑0.10％；Al：0.010‑0.045％；Nb≤0.05％；其余为Fe及残余元素。本发明的钢管在室温条件下，饱和H2S溶液中，当加载应力达到管体屈服强度的80％时，断裂时间基本不超过15h的基础上，提高到720h以上，且材料不发生断裂，很大程度上提高了材料的抗H2S能力，保证了含硫油气井的射孔施工安全。

Description

用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管
技术领域
本发明属于油田开发用射孔枪技术领域，尤其涉及用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管。
背景技术
含硫油气井因富含H2S，极易对井下高强度管材造成氢脆，发生不可预测的脆性断裂，是射孔枪服役环境最严苛的井况之一，当井下服役环境中H2S分压达到0.3kpa以上，需要考虑H2S对管材的破坏作用。由于射孔枪作业过程中，管体破裂、断裂、挤毁，都会导致枪体掉井、卡井，造成极为严重的施工事故，因此射孔枪的安全系数要求较高，对射孔枪管的强度、韧性、抗H2S性能等也提出了极高的要求。出于工艺和安全的需要，枪管必须满足H2S分压0.3kpa以上，枪管材料在一定应力加载条件下，保证满足最长施工时间要求而不发生断裂或裂纹。
常规射孔枪材料，钢级强度基本在110ksi-125ksi，在室温条件下，饱和H2S溶液中，当加载应力达到管体屈服强度的80％时，断裂时间基本不超过15h，断裂形式为延晶界断裂，断口为脆性断口。
根据文献调研和射孔枪管标准对比，目前，专门应用于含H2S井况的射孔枪管材料还未进行开发和应用。
由于目前各大钢管企业还未进行抗硫射孔枪管材料进行研发，油田采用的依旧为普通枪管材料，未对材料在含硫油井中的安全性和使用性做出评价，这对施工安全造成了一定的潜在隐患，对射孔效果造成一定程度的影响。
针对以上问题，有必要研究一种适用于含硫环境石油开采井况，满足油层射孔后枪体不断裂、无裂纹的要求的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于含硫环境石油开采井况，满足油层射孔后枪体不断裂、无裂纹的要求的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C：0.24-0.28％；
Si：0.17-0.35％；
Mn：0.40-0.60％；
P≤0.015％；
S≤0.003％；
Cr：0.95-1.10％；
Mo：0.60-0.80％；
Cu≤0.20％；
V：0.05-0.10％；
Al：0.010-0.045％；
Nb≤0.05％；
其余为Fe及残余元素。
进一步的，按照ASTM E45评价标准，所述钢管中的非金属夹杂物的指标要求为：
A细≤1.0；A粗≤1.0；B细≤1.5；B粗≤1.0；C细≤1.0；C粗≤1.0；D细≤1.0；D粗≤1.0；超尺寸：不允许存在。
进一步的，所述钢管在制备过程中经过热处理调质后，其力学性能指标为：
屈服强度：758MPa～862MPa；
抗拉强度：≥793MPa；
0℃纵向冲击功：VL10x10≥80J；
0℃横向冲击功：VT10x10≥60J。
进一步的，所述钢管在制备过程中热处理调质方法为：淬火后进行高温回火，淬火温度为910℃～920℃，保温约30分钟，回火温度为680℃～720℃，保温90分钟。
进一步的，所述钢管在热处理调质后组织为回火索氏体，晶粒度在8.5级及以上。
本发明的优点和积极效果是：
本发明的适用于含硫环境的TP110PS抗硫射孔枪管，在室温条件下，饱和H2S溶液中，当加载应力达到管体屈服强度的80％时，断裂时间基本不超过15h的基础上，提高到720h以上，且材料不发生断裂，很大程度上提高了材料的抗H2S能力，保证了含硫油气井的射孔施工安全。
具体实施方式
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
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
用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C：0.24-0.28％；
Si：0.17-0.35％；
Mn：0.40-0.60％；
P≤0.015％；
S≤0.003％；
Cr：0.95-1.10％；
Mo：0.60-0.80％；
Cu≤0.20％；
V：0.05-0.10％；
Al：0.010-0.045％；
Nb≤0.05％；
其余为Fe及残余元素。
按照ASTM E45评价标准，所述钢管中的非金属夹杂物的指标要求为：
A细≤1.0；A粗≤1.0；B细≤1.5；B粗≤1.0；C细≤1.0；C粗≤1.0；D细≤1.0；D粗≤1.0；超尺寸：不允许存在。
所述钢管在制备过程中热处理调质方法为：淬火后进行高温回火，淬火温度为910℃～920℃，保温约30分钟，回火温度为680℃～720℃，保温90分钟；所述钢管在热处理调质后组织为回火索氏体，晶粒度在8.5级及以上；所述钢管在制备过程中经过热处理调质后，其力学性能指标为：
屈服强度：758MPa～862MPa；
抗拉强度：≥793MPa；
0℃纵向冲击功：VL10x10≥80J；
0℃横向冲击功：VT10x10≥60J。
实施例2
本实施例提供的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al V Nb
0.24 0.17 0.40 0.015 0.003 0.04 0.95 0.60 0.07 0.023 0.05 0.03
炼钢连铸的圆形铸坯经热轧成轧态管，再进行热处理，热处理方法为920℃保温30分钟，用水淬火，705℃回火90分钟，得到实际性能如下：
Figure BDA0003270049260000051
另外，钢管组织为回火索氏体，晶粒等级为10.5级；利用本实施例的TP110PS钢管制备89射孔枪，并对射孔枪进行硫化氢应力(拉伸)腐蚀试验评价，试验标准为NACETM0177-2016，试验方法为A法，当温度为室温，溶液类型为A溶液，系统压力1个大气压时，实际加载应力为644.3MPa，材料在饱和H2S溶液中保持720h不断裂，通过试验评价。
实施例3
本实施例提供的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al V Nb
0.26 0.35 0.60 0.015 0.003 0.04 1.10 0.80 0.07 0.023 0.10 0.05
炼钢连铸的圆形铸坯经热轧成轧态管，再进行热处理，热处理制度为920℃保温30分钟，用水淬火，705℃回火90分钟，得到实际性能如下：
Figure BDA0003270049260000061
另外，钢管组织为回火索氏体，晶粒等级为11级；利用本实施例的TP110PS钢管制备89射孔枪，并进行硫化氢应力(拉伸)腐蚀试验评价，试验标准为NACE TM0177-2016，试验方法为A法，当温度为室温，溶液类型为A溶液，系统压力1个大气压时，实际加载应力为644.3MPa，材料在饱和H2S溶液中保持720h不断裂，
通过试验评价。
实施例4
本实施例提供的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al V Nb
0.25 0.23 0.55 0.015 0.002 0.04 1.00 0.70 0.07 0.023 0.08 0.04
炼钢连铸的圆形铸坯经热轧成轧态管，再进行热处理，热处理制度为900℃保温30分钟，用水淬火，700℃回火90分钟，得到实际性能如下：
Figure BDA0003270049260000071
并且，钢管组织为回火索氏体，晶粒等级为11级；利用本实施例的TP110PS钢管制备178射孔枪，并进行硫化氢应力(拉伸)腐蚀试验评价，试验标准为NACE TM0177-2016，试验方法为A法，当温度为室温，溶液类型为A溶液，系统压力1个大气压时，实际加载应力为644.3MPa，材料在饱和H2S溶液中保持720h不断裂，通过试验评价。
经打靶试验检测，在孔密为60孔/米，单发药量为29g时，样管经水下射孔后，外径膨胀量小于5mm，无裂纹和断裂，满足射孔枪标准GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》要求。
经耐压试验检测，在室温条件下，盲孔密度为60孔/米，孔径为32mm时，外压达到60MPa，保持30min无变形和失效，满足设计要求。
实施例5
本实施例提供的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al V Nb
0.25 0.25 0.55 0.015 0.002 0.04 1.03 0.72 0.07 0.023 0.08 0.05
炼钢连铸的圆形铸坯经热轧成轧态管，再进行热处理，热处理制度为900℃保温30分钟，用水淬火，705℃回火90分钟，得到实际性能如下：
Figure BDA0003270049260000081
组织为回火索氏体，晶粒等级为11级。
利用本实施例的TP110PS钢管制备114射孔枪，并进行硫化氢应力(拉伸)腐蚀试验评价，试验标准为NACE TM0177-2016，试验方法为A法，当温度为室温，溶液类型为A溶液，系统压力1个大气压时，实际加载应力为644.3MPa，材料在饱和H2S溶液中保持720h不断裂，通过试验评价。
射孔枪经打靶试验检测，在孔密为16孔/米，单发药量为29g时，样管经地面射孔后，外径膨胀量小于5mm，无裂纹和断裂，满足射孔枪标准GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》要求。
经耐压试验检测，在室温条件下，盲孔密度为16孔/米，孔径为32mm时，外压达到120MPa，保持30min无变形和失效，满足设计要求。
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 (5)

1.用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，其特征在于：所述钢管包括如下质量百分比的各组分：
C：0.24-0.28％；
Si：0.17-0.35％；
Mn：0.40-0.60％；
P≤0.015％；
S≤0.003％；
Cr：0.95-1.10％；
Mo：0.60-0.80％；
Cu≤0.20％；
V：0.05-0.10％；
Al：0.010-0.045％；
Nb≤0.05％；
其余为Fe及残余元素。
2.根据权利要求1所述的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，其特征在于：按照ASTM E45评价标准，所述钢管中的非金属夹杂物的指标要求为：
A细≤1.0；A粗≤1.0；B细≤1.5；B粗≤1.0；C细≤1.0；C粗≤1.0；D细≤1.0；D粗≤1.0；超尺寸：不允许存在。
3.根据权利要求1所述的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，其特征在于：所述钢管在制备过程中经过热处理调质后，其力学性能指标为：
屈服强度：758MPa～862MPa；
抗拉强度：≥793MPa；
0℃纵向冲击功：VL10x10≥80J；
0℃横向冲击功：VT10x10≥60J。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，其特征在于：所述钢管在制备过程中热处理调质方法为：淬火后进行高温回火，淬火温度为910℃～920℃，保温约30分钟，回火温度为680℃～720℃，保温90分钟。
5.根据权利要求4所述的用于制备TP110PS抗硫射孔枪管的钢管，其特征在于：所述钢管在热处理调质后组织为回火索氏体，晶粒度在8.5级及以上。
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