CN1277947C - 适于注水开发油田用石油套管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适于注水开发油田用石油套管，该套管选用Cr-Mo系低合金钢做为制管材料，其钢种化学成份的重量%为：C：0.20～0.33%、Si：0.15～0.40%、Mn：0.40～1.50%、P：0.010%、S：0.007%、Ni≤0.30%、Cr：0.50～1.40%、Mo：0.10～0.50%；Cu≤0.30%，余量为Fe；该套管的屈服强度为500～980Mpa。还提供该套管的生产方法，包括选料、熔炼、轧制、热处理等。有益效果是通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，以及采用特殊密封脂来使所述套管具有较高的内屈服强度，抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，同时套管具有一定的耐腐蚀性，使用该套管的油井平均可延长使用年限3-5年。

Description

适于注水开发油田用石油套管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高压注水油田用石油套管，特别是一种适于注水开发油田用石油套管及其生产方法。

背景技术

新疆克拉玛依油田是属于裂缝性特低渗砂岩背斜油藏，是典型的低渗透油藏，需采用对油层套管射孔后压裂的方法对储层进行改造(压裂时进入地层的压力达到55Mpa)，然后采用反九点法进行高压注水开采。压裂时套管受较大的内压力的作用，套管易发生泄漏和破裂失效。在高压注水时，在注水初期，套管易发生挤毁变形和错断；注水后期，套管易发生弯曲、屈曲、剪切和腐蚀穿孔等失效。目前主要使用N80或P110套管，套损的主要形式是油层部位套管管体挤毁变形及丝扣泄漏，进而导致整口油井报废，造成几百万甚至上千万的经济损失。

发明内容

针对上述技术中的问题，本发明的目的是提供一种注水开发油田用高强度石油套管及其生产方法，以满足低渗透油藏油田油井开采的需要。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种注水开发油田用石油套管，该套管选用Cr-Mo系低合金钢做为制管材料，其钢种化学成份的重量％为：C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％；Cu≤0.30％，余量为Fe；该套管的屈服强度为500～980Mpa。

还提供一种注水开发油田用石油套管的生产方法，包括有以下步骤：

(1)选料，采用含Cr-Mo系低合金钢的海棉铁和废钢做炼钢原料；

(2)熔炼，将原料通过电弧炉熔化成钢水，经过炉外精炼和真空脱气后获得C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％；Cu≤0.30％，余量为Fe的化学成分；

(3)轧制，连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，在500～600℃热定径，冷却，锯切；

(4)热处理，在850～950℃淬火，选水淬，在550～650℃回火；在450～550℃热矫直，最后探伤制成品。

本发明的效果是通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，以及采用特殊密封脂来使所述套管具有较高的内屈服强度，抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，同时套管具有一定的耐腐蚀性。使用该套管适于低渗砂岩油藏油水井注水采油，使用该套管的油井平均可延长使用年限3-5年。

具体实施方式

结合实施例对本发明的适于注水开发油田用石油套管及其生产方法做具体说明。

所述适于注水开发油田用石油套管选用Cr-Mo系低合金钢做为制管材料，其钢种化学成份(重量％)为：C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％、Cu≤0.30％、余量为Fe。

上述套管的生产方法包括以下步骤：

(1)选料：采用含Cr-Mo系低合金钢的海棉铁和废钢做炼钢原料；

(2)熔炼：用电弧炉将原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％；Cu≤0.30％，余量为Fe的化学成份；

(3)轧制：连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，在500～600℃热定径，冷却，锯切；

(4)热处理：在850～950℃淬火，选水淬，在550～650℃回火；在450℃～550℃热矫直，最后探伤制成品。

采用直接还原铁(或铁水)+优质废钢做为炼钢原料，连铸坯经热轧成无缝管后，经淬火+回火保证套管的强度和韧性，显微组织为：回火索氏体。按API SPEC.5CT对套管进行拉伸性能检验，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度(σ_t0.5) 500～980Mpa

抗拉强度(σ_b)   ≥560Mpa

延伸率           ≥14％

冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥30J

          横向全尺寸夏比冲击功≥15J

套管整体性能(以φ139.7×7.72mm LC为例)：

          管体抗挤毁强度：≥32Mpa

          滑脱强度：≥1290KN

          内屈服强度：≥48Mpa

通过采用特殊的热处理，即在850℃～950℃淬火+550℃～650℃回火及矫直工艺，其热矫直温度控制在450℃以上。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，以及采用特殊密封脂来使所述套管具有较高的内屈服强度，抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，同时套管具有一定的耐腐蚀性。使用该套管适于低渗砂岩油藏油水井注水采油，使用该套管的油井平均可延长使用年限3-5年。

实施例：

按所述成份和方法生产出石油套管TP100W(φ139.7×7.72mm LC)，其化学成分及加工工艺参数如下：

所述套管的化学成份(重量％)为：C：0.24％，Si：0.25％，Mn：0.90％，Cr：0.85％，Mo：0.20％，Ni：0.07％，Cu：0.11％，P：0.010％，S：0.007％，余量为Fe。

采用含Cr-Mo系低合金钢的海棉铁和优质废钢做炼钢原料；用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上化学成份；连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1285℃，热定心温度为1210℃，热穿孔温度为1230℃，连轧，在600℃热定径，冷却，锯切；热处理：在910℃淬火(水淬)，在630℃回火；在530℃热矫直，最后探伤。

经热处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度(σ_t0.5)832Mpa

抗拉强度(σ_b)891Mpa  延伸率21.7％

冲击韧性(VL 10*50℃)：冲击功：55J。

按上述管加工工艺方法加工后的套管的整体使用性能达到的指标如下：

管体抗挤毁强度：58Mpa

滑脱强度：3815KN

内屈服强度：76Mpa

作为低渗透油藏采用压裂和高压注水工艺开采的油田的油层套管，该石油套管为非API钢级石油套管。这种套管经下井试验，部分井已开始注水采油，使用效果很好。

Claims (2)

1、一种注水开发油田用石油套管，其特征是：该套管选用Cr-Mo系低合金钢做为制管原料，其钢种化学成份的重量％为：C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％；Cu≤0.30％，余量为Fe；该套管的屈服强度为500～980Mpa。

2、一种注水开发油田用石油套管的生产方法，包括有以下步骤：

(1)选料，采用含Cr-Mo系低合金钢的海棉铁和废钢做炼钢原料；

(2)熔炼，将原料通过电弧炉熔化成钢水，经过炉外精炼和真空脱气后获得C：0.20～0.33％、Si：0.15～0.40％、Mn：0.40～1.50％、P：0.010％、S：0.007％、Ni≤0.30％、Cr：0.50～1.40％、Mo：0.10～0.50％；Cu≤0.30％，余量为Fe的化学成分；

(3)轧制，连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，在500～600℃热定径，冷却，锯切；

(4)热处理，在850～950℃淬火，选水淬，在550～650℃回火；在450～550℃热矫直，最后探伤制成品。