CN115584431A - 一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 - Google Patents
一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115584431A CN115584431A CN202110758079.4A CN202110758079A CN115584431A CN 115584431 A CN115584431 A CN 115584431A CN 202110758079 A CN202110758079 A CN 202110758079A CN 115584431 A CN115584431 A CN 115584431A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equal
- percent
- collapse
- less
- shale gas
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000003754 machining Methods 0.000 title claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 27
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims abstract description 8
- -1 ni:0.10 to 0.50% Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 63
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 63
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 9
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 8
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 22
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000922 High-strength low-alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
-
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- C22C38/18—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
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明涉及石油天然气管材技术领域,特别涉及一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法。一种页岩气井用高性能抗挤毁套管,其化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过炼钢、LF精炼+VD真空脱气处理、圆坯浇铸、热处理和无损探伤和车丝扣等工艺制造高性能抗挤毁套管,使套管屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,而且最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气管材技术领域,特别涉及一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法。
背景技术
页岩气是非常规油气资源的重要组成部分,其特点是孔隙度低,渗透率低,只能通过压裂施工作业进行商业开发。目前,我国对页岩储层的开发普遍采用长距离水平井组,通过多级水力体积压裂开发。在压裂过程中,通过形成复杂的裂缝网络,实现储层改造。但是,在我国川渝地区页岩气开发过程中,多次发生套管变形的问题,严重影响油气田高效经济开发。
资料研究表明我国页岩气储层非均质型强,储层的横向展布、垂向上岩性及储层的有效应力呈不均匀变化,且天然裂缝在页岩储层中更为发育,这对石油套管提出了新的要求。具体包括:1)较高的强度,可以保证套管具有较高的抗挤毁强度;2)高韧性,能够降低套管在射孔过程中发生开裂及在服役过程中发生裂纹扩展的风险;3)较低的残余应力。
中国专利CN 111549293 A公开了一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备方法,其在材料中添加了0.001~0.010%的战略性金属——稀土;中国专利CN111154954 A公开了一种含稀土高强高韧深井页岩气用无缝钢管热处理方法,其在材料中不仅添加了稀土元素,还需要进行两次淬火+高温回火调质处理才能得到理想的强韧性匹配,复杂的热处理工艺不利于大规模工业化生产,而且上述两种页岩气用无缝钢管的原材料由于稀土元素的加入,导致材料成本高,同时复杂的工艺导致了生产效率较低。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法,通过对常规钢管化学元素成分设计优化,结合钢管的穿孔、轧制以及热处理等工艺,使得该钢管具有较高的强度,良好的韧性,较低的残余应力,以及更好的抗外压挤毁性能,在满足页岩气井的使用需求的同时降低了生产成本,提高了生产效率。
本发明的技术方案在于:一种页岩气井用高性能抗挤毁套管,所述套管的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质。
上述页岩气井用高性能抗挤毁套管的化学成分的选择依据为:
碳(C)的设计范围:0.12~0.32%,其原因:钢中的碳对热处理过程中马氏体的碳含量与体积分数有着重要的影响。碳可溶解在钢中形成间隙固溶体,起固溶强化的作用。随着钢中C含量的增高,会增加钢的淬硬性,进而提高拉伸强度;但是钢中的C含量较高时,由于其偏析,在相对高碳区起到了空穴或成核点的作用,造成材料的塑性、韧性下降,纵向与横向性能产生较大的差异,进而显著降低了夏比冲击性能和屈服强度。所以应选择合理的碳含量,在满足实际的强度需求的情况下,应尽可能的降低钢中的C含量,因此本发明碳(C)的设计范围:0.12~0.32%。
硅(Si)的设计范围:0.15~0.35%,其原因:硅不能形成碳化物,有强烈的促进碳的石墨化作用,但是它可溶入奥氏体,在调质钢中具有提高淬透性和耐回火性的作用,其主要是以固溶强化形式提高钢的强度,同时它也作为钢中的脱氧元素,但其含量不宜过高,否则会严重恶化钢材的韧性,因此本发明硅(Si)的设计范围:0.15~0.35%。
锰(Mn)的设计范围:1.5~5.5%,其原因:添加锰可降低马氏体转变温度Ms,进而提高了调质处理索氏体钢的力学性能。但是锰含量的增加会使钢板中带状组织增多,并且在热处理后保存下来,最终钢板中会含有一定量地带状组织,而贝氏体、马氏体等硬相在带状组织中聚集,使钢板的脆性增加,塑性降低,力学性能下降。同时当钢中含有高于2%的锰时,可以有效提高残余奥氏体分解的抗力,这对提高钢管的塑性变形有利,因此本发明锰(Mn)的设计范围:1.5~5.5%。
铬(Cr)的设计范围:0.20~0.60%,其原因:铬可降低γ→α相变临界温度,使奥氏体转变在较低的温度下进行。Cr还可提高材料的淬透性,在等温后的冷却过程中易形成马氏体;但是Cr与Fe可形成金属间化合物σ相(FeCr),若有σ相析出,冲击韧性急剧下降。因此对于韧性要求较高的套管钢,Cr的添加量应严格控制,因此本发明铬(Cr)的设计范围:0.20~0.60%。
钼(Mo)的设计范围:0.10~0.50%,其原因:钼是提高淬透性的重要元素,作用仅次于Mn。Mo可以使形变强化后软化和回复温度,以及再结晶温度提高,并强烈提高铁素体的蠕变抗力,有效抑制渗碳体在450~600℃下的聚集,促进特殊碳化物的析出,这对提高钢的热强性极为有利。在高强度低合金钢中,屈服强度随Mo含量的增加而提高,因此太高的Mo有损钢的塑性,因此本发明钼(Mo)的设计范围:0.10~0.50%。
镍(Ni)的设计范围:0.10~0.50%,其原因:镍是奥氏体稳定元素,可无限固溶于γ-Fe,对残余奥氏体的形成有利。此外,Ni还能降低点阵中的位错运动抗力和位错与间隙元素交互作用能量,促进应力松弛,从而减少脆性断裂倾向,因此本发明镍(Ni)的设计范围:0.10~0.50%。
钒(V)的设计范围:0.03~0.15%,其原因:钒与碳、氮、氧都有极强的亲和力,在钢中主要以碳化物或氮化物、氧化物的形态存在,其主要是通过形成碳氮化物来影响钢的组织结构及性能,但V(C,N)仅能在大致1000℃以下温度阻止奥氏体晶粒粗化;少量的钒使钢晶粒细化,韧性增大,对低温钢尤为有利,因此本发明钒(V)的设计范围:0.03~0.15%。
硫(S)的设计范围:S≤0.002%,其原因:硫对钢的相变和组织的影响主要由不同类型和分布状态的硫化物造成,表面为硫的偏析及硫化物夹杂以及由于硫化物的形成导致的Mn、Ti等有效含量及钢的淬透性下降;同时,FeS等低熔点化合物增大钢在锻、轧时的过热和过烧倾向,产生表面网状裂纹和开裂。因此,应尽量降低钢中的硫含量,因此本发明硫(S)的设计范围:S≤0.002%。
磷(P)的设计范围:P≤0.010%,其原因:磷在钢中的具有严重的偏析倾向,降低钢的塑性和韧性,碳含量越高,引起脆性也越大;同时,过高的磷含量会使钢的焊接性能变坏,同时降低钢的塑性,使其冷弯性能变坏。因此,应尽量减少钢中磷含量,因此本发明磷(P)的设计范围:P≤0.010%。
上述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,包括以下步骤:
S1:炼钢:以铁水、生铁和管头为原料,在转炉上进行冶炼,形成初炼钢水,初炼钢水的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质;
S2:LF精炼+VD真空脱气处理:将S1中得到的初炼钢水进行LF精炼,全过程应进行吹氩;VD真空脱气处理时,深真空度≤0.06Kpa,深真空时间均≥15min;
S3:圆坯浇铸:将S2中处理好的初炼钢水浇铸成连铸圆坯;
S4:制管:将浇铸好的连铸圆坯经环形炉加热后,进行穿孔和轧制处理;
S5:热处理:将S4制成的管坯采用外淋+内喷进行水冷淬火,空冷回火热处理工艺;
S6:无损探伤和车丝扣:将S5处理后的管坯进行超声、电磁检测,随后对检测合格的管坯进行螺纹加工和检验,最终获得高性能抗挤毁套管产品。
所述S1:炼钢过程中的铁水所含As、Sn、Pb、Sb、Bi五种元素的重量百分比之和≤0.025%。
所述S4:制管过程中圆坯加热温度1100~1250℃。
所述S4:制管过程中管坯轧制温度≥950℃。
所述S5:热处理过程中,淬火温度为880℃~920℃,保温时间为45~90分钟;回火温度为630℃~690℃,保温时间为90~120分钟。
所述S5:热处理过程中,矫直温度≥480℃。
所述套管的屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC。
本发明的有益效果在于:
1. 本发明通过对钢管化学元素成分设计优化,结合钢管的穿孔、轧制以及热处理等工艺,使制造的石油套管的屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,而且最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC,满足页岩气开发对套管抗挤毁性能的要求;2. 本发明通过对钢管化学元素成分设计优化,结合钢管的穿孔、轧制以及热处理等工艺参数优化,不增加昂贵的稀有元素,在满足页岩气井的使用需求的同时降低了生产成本,提高了生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述:
实施例1
一种页岩气井用高性能抗挤毁套管,所述套管的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质。
实际使用过程中,本发明通过在钢中加入Mn、Cr等元素来提高材料的淬透性等;通过添加Mo元素来提高钢的抗回火性;通过添加V元素来细化晶粒;通过添加Ni元素来提高钢的塑性和韧性,进而实现降低套管残余应力,保证套管具有良好的力学性能。本发明通过对常规钢管化学元素成分设计优化,不增加昂贵的稀有元素,降低了原料成本。
实施例2
一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,包括以下步骤:
S1:炼钢:以铁水、生铁和管头为原料,在转炉上进行冶炼,形成初炼钢水,初炼钢水的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质;
S2:LF精炼+VD真空脱气处理:将S1中得到的初炼钢水进行LF精炼,全过程应进行吹氩;VD真空脱气处理时,深真空度≤0.06Kpa,深真空时间均≥15min;
S3:圆坯浇铸:将S2中处理好的钢水浇铸成连铸圆坯;
S4:制管:将浇铸好的连铸圆坯经环形炉加热后,进行穿孔和轧制处理;
S5:热处理:将S4制成的管坯采用外淋+内喷进行水冷淬火,空冷回火热处理工艺;
S6:无损探伤和车丝扣:将S5处理后的管坯进行超声、电磁检测,随后对检测合格的管坯进行螺纹加工和检验,最终获得高性能抗挤毁套管产品。
所述S1:炼钢过程中的铁水所含As、Sn、Pb、Sb、Bi五种元素的重量百分比之和≤0.025%。
所述S4:制管过程中圆坯加热温度1100~1250℃。
所述S4:制管过程中管坯轧制温度≥950℃。
所述S5:热处理过程中,淬火温度为880℃~920℃,保温时间为45~90分钟;回火温度为630℃~690℃,保温时间为90~120分钟。
所述S5:热处理过程中,矫直温度≥480℃。
所述套管的屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC。
本发明通过对常规钢管化学元素成分设计优化,结合钢管的穿孔、轧制以及热处理等工艺参数优化,常规的工艺有利于大规模工业化生产,同时不增加昂贵的稀有元素,在满足页岩气井的使用需求的同时降低了生产成本,提高了生产效率。
表1为本发明实施例3至实施例5的页岩气井用高性能抗挤毁套管的化学成分的重量百分比,余量为铁和不可避免的杂质,质量分数共计100%。
表1实施例3至实施例5的化学成分(质量百分数/%)
实施例 | C | Si | Mn | Cr | Mo | S | P | Ni | V |
实施例3 | 0.18 | 0.29 | 4.80 | 0.55 | 0.38 | 0.001 | 0.010 | 0.16 | 0.08 |
实施例4 | 0.26 | 0.32 | 3.50 | 0.54 | 0.26 | 0.001 | 0.010 | 0.36 | 0.08 |
实施例5 | 0.30 | 0.30 | 3.00 | 0.55 | 0.44 | 0.001 | 0.010 | 0.48 | 0.08 |
通过上述实施例提供的化学成分的重量百分比制造石油套管,具体的制造过程包括:
S1:炼钢:以铁水、生铁和管头为原料,在转炉上进行冶炼,形成初炼钢水;
S2:LF精炼+VD真空脱气处理:将S1中得到的初炼钢水进行LF精炼,全过程应进行吹氩;VD真空脱气处理时,深真空度≤0.06Kpa,深真空时间均≥15min;
S3:圆坯浇铸:将S2中处理好的钢水浇铸成连铸圆坯;
S4:制管:将浇铸好的连铸圆坯经环形炉加热后,进行穿孔和轧制处理;
S5:热处理:将S4制成的管坯采用外淋+内喷进行水冷淬火,空冷回火热处理工艺;
S6:无损探伤和车丝扣:将S5处理后的管坯进行超声、电磁检测,随后对检测合格的管坯进行螺纹加工和检验,最终获得高性能抗挤毁套管产品。
表2给出了采用实施例3至实施例5的化学成分制造套管过程的具体工艺参数。
表2实施例3至实施例5的具体工艺参数
对矫直后的钢管逐支进行探伤检测,按照API Spec 5CT 10th执行,其中:内外表、横纵向、L2等级;水压试验(69MPa)和通径处理,合格品经车丝扣加工得到成品,最后对成品套管进行性能测试,按照API 5CT《套管和油管规范》,化学成分:C≦0.35%;Mn≦1.35%;Mo≦0.85%;Cr≦1.50%;Ni≦0.99%;P≦0.020;S≦0.010;力学性能:屈服强度:862~1034MPa;抗拉强度≥931MPa;伸长率≥12%,检测结果如表3所示。从表3可以看出:本发明石油套管的屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,而且最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC;这种优异的性能有效降低了本发明的石油套管在采用水平井分段压裂技术开采页岩气时发生挤毁失效以及产生裂纹的问题。
表3实施例3至实施例5的性能检测结果
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种页岩气井用高性能抗挤毁套管,其特征在于:所述套管的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:炼钢:以铁水、生铁和管头为原料,在转炉上进行冶炼,形成初炼钢水,初炼钢水的化学元素成分按重量百分比为:C:0.12~0.32%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.5~5.5%,Cr:0.20~0.60%,Mo:0.10~0.50%,S≤0.002%,P≤0.010%,Ni:0.10~0.50%,V:0.03~0.15%,余量为Fe及不可避免的杂质;
S2:LF精炼+VD真空脱气处理:将S1中得到的初炼钢水进行LF精炼,全过程应进行吹氩;VD真空脱气处理时,深真空度≤0.06Kpa,深真空时间均≥15min;
S3:圆坯浇铸:将S2中处理好的钢水浇铸成连铸圆坯;
S4:制管:将浇铸好的连铸圆坯经环形炉加热后,进行穿孔和轧制处理;
S5:热处理:将S4制成的管坯采用外淋+内喷进行水冷淬火,空冷回火热处理工艺;
S6:无损探伤和车丝扣:将S5处理后的管坯进行超声、电磁检测,随后对检测合格的管坯进行螺纹加工和检验,最终获得高性能抗挤毁套管产品。
3.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述S1:炼钢过程中的铁水所含As、Sn、Pb、Sb、Bi五种元素的重量百分比之和≤0.025%。
4.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述S4:制管过程中圆坯加热温度1100~1250℃。
5.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述S4:制管过程中管坯轧制温度≥950℃。
6.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述S5:热处理过程中,淬火温度为880℃~920℃,保温时间为45~90分钟;回火温度为630℃~690℃,保温时间为90~120分钟。
7.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述S5:热处理过程中,矫直温度≥480℃。
8.根据权利要求2所述一种页岩气井用高性能抗挤毁套管的加工方法,其特征在于:所述套管的屈服强度≥862MPa,抗拉强度≥931MPa,伸长率≥15%,0℃下的全尺寸横向冲击功≥88J,抗挤毁强度≥142.5MPa,最大环向残余应力≤170MPa,硬度≤36.0HRC。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110758079.4A CN115584431A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110758079.4A CN115584431A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115584431A true CN115584431A (zh) | 2023-01-10 |
Family
ID=84772474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110758079.4A Pending CN115584431A (zh) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115584431A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116677325A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-01 | 延安嘉盛石油机械有限责任公司 | 一种抗挤套管及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000104117A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 強度の均一性と靱性に優れたラインパイプ用継目無鋼管の製造方法 |
CN101532113A (zh) * | 2008-03-11 | 2009-09-16 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种抗挤毁石油套管及其制造方法 |
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 |
JP2012167329A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Jfe Steel Corp | 耐コラプス性能の優れたラインパイプ用鋼管 |
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 |
CN109023120A (zh) * | 2018-10-09 | 2018-12-18 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种页岩气井用高强度高韧性焊接套管及其制造方法 |
CN109055862A (zh) * | 2018-09-18 | 2018-12-21 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种页岩气井用高强度高韧性套管及其制造方法 |
-
2021
- 2021-07-05 CN CN202110758079.4A patent/CN115584431A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000104117A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 強度の均一性と靱性に優れたラインパイプ用継目無鋼管の製造方法 |
CN101532113A (zh) * | 2008-03-11 | 2009-09-16 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种抗挤毁石油套管及其制造方法 |
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 |
JP2012167329A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Jfe Steel Corp | 耐コラプス性能の優れたラインパイプ用鋼管 |
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 |
CN109055862A (zh) * | 2018-09-18 | 2018-12-21 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种页岩气井用高强度高韧性套管及其制造方法 |
CN109023120A (zh) * | 2018-10-09 | 2018-12-18 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种页岩气井用高强度高韧性焊接套管及其制造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116677325A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-01 | 延安嘉盛石油机械有限责任公司 | 一种抗挤套管及其制备方法 |
CN116677325B (zh) * | 2023-06-09 | 2024-04-05 | 延安嘉盛石油机械有限责任公司 | 一种抗挤套管及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104532149B (zh) | 一种高强韧、抗硫化氢应力腐蚀钻具用圆钢及其制造方法 | |
CN102719752B (zh) | 一种耐硫化氢应力腐蚀性能优良的无缝钢管及其制造方法 | |
RU2763722C1 (ru) | Серостойкая труба для нефтяной скважины, относящаяся к классу прочности стали 125 кфунт/дюйм2 (862 мпа), и способ ее изготовления | |
JP5499575B2 (ja) | 油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 | |
US20230167522A1 (en) | High Strength, High-Temperature Corrosion Resistant Martensitic Stainless Steel and Manufacturing Method Therefor | |
CN106480375A (zh) | 一种高强度电阻焊套管及其制造方法 | |
CN108004462B (zh) | 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂的油套管及其制造方法 | |
CN113249643A (zh) | 一种矿用高强度渗碳链条钢及其制备方法 | |
CN102409241A (zh) | 石油套管用钢、石油套管及其制造方法 | |
CN113862560B (zh) | 一种低成本高强韧140ksi钢级无缝钢管及其制备方法 | |
CN103572176B (zh) | 一种低碳马氏体钢及其制备吊环的方法 | |
US11441201B2 (en) | Sucker rod steel and manufacturing method therefor | |
CN109055873A (zh) | 一种140ksi钢级无缝钢管及其制造方法 | |
CN110656287B (zh) | 一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法 | |
CN115584431A (zh) | 一种页岩气井用高性能抗挤毁套管及加工方法 | |
CN109554625B (zh) | 屈服强度800~1000MPa级连续管用热轧钢带及其制造方法 | |
US11459643B2 (en) | High-strength and high-toughness perforating gun tube and manufacturing method therefor | |
JP7458685B2 (ja) | 高強度の抗崩壊オイルケーシングおよびその製造方法 | |
CN114277310B (zh) | 一种抗h2s腐蚀的油套管及其制造方法 | |
CN103789649B (zh) | 一种抗二氧化碳腐蚀的石油钻杆及其生产方法 | |
CN112522622A (zh) | 一种高钢级油井管及其制备方法 | |
CN113122682A (zh) | 一种耐二氧化碳腐蚀油井管及其制备方法 | |
CN113549816B (zh) | 一种高强高韧电阻焊石油套管用钢及套管的制造方法 | |
CN114959439B (zh) | 一种高强韧贝氏体地质钻探管及其制造方法 | |
CN108728732A (zh) | K55级直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法 |
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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230110 |