CN1664147A - 高抗挤石油套管及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有较高抗挤性能的石油套管及其生产方法，属于石油套管技术领域。用于该套管的钢种成分为：C 0.34－0.39，Si 0.20－0.35，Mn 1.25－1.50，Al 0.06－0.09，S＜0.010，P＜0.015，Cr＜0.20，Ni＜0.20，Cu＜0.20，单位为质量百分数。该套管采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，回火温度在500℃以上。套管热处理后，需经矫直处理，矫直采用热矫方式，热矫直温度在450℃～480℃之间。采用该方法生产的高抗挤套管，其抗挤性能比API标准值提高15％以上，与普通套管相比，生产成本增加量不超过5％。
Description
技术领域
本发明属于高强度石油套管及其生产方法，特别涉及一种具有较高抗挤性能的石油套管及其生产方法，属于石油套管技术领域。
背景技术
随着钻井深度的增加及钻井技术的进步，石油套管需要承受的外挤载荷比以前更大，在某些情况下，普通的石油套管已难以满足使用要求，而具有较高抗挤性能的“高抗挤套管”用量越来越大。影响套管抗挤性能的因素很多，其中主要因素有：材料强度、套管壁厚、残余应力、外径不圆度、壁厚不均度等。对套管生产厂来说，根据自身的设备和工艺条件，确定所要控制的主要因素，以最大限度地提高套管的抗挤性能，是开发高抗挤套管的关键。
目前制约普通石油套管抗挤强度提高的主要技术难点有：热处理工艺和矫直方法不合理造成套管残余应力过高；无法确定哪些是需要控制的主要因素，抗挤效果提高不明显；套管几何尺寸精度差等。这些问题导致目前普通套管甚至是高抗挤套管的抗挤性能不稳定，制约了我国高抗挤套管的发展。套管的抗挤性能不仅与套管采用的材料成分有关，也与其生产方法密切相关。研究高抗挤套管及其生产技术，是目前各套管生产厂仍在进行中的课题。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 1391022A，申请号01118711.5，公开日为2003年1月15日，发明专利名称为：特殊连接结构超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法，该专利自述为：一种特殊连接结构超高强度抗挤毁石油套管，其特征为：石油套管钢种除Fe外，其它钢种成分为：C 0.20-0.35；Si 0.15-0.55；Mn 0.85-1.25；P＜0.030；S＜0.030；Cr0.80-1.25；Mo 0.20-0.60；Al 0.010-0.050；Cu＜0.20；Ni＜0.20；V 0.08-0.15。石油套管外径Φ152-154mm，内径：Φ116-122mm，壁厚：15-20mm；壁厚不均度≤15％，外径不圆度≤0.5％，材料的强度≥130000PSI，管体残余应力≤160MPa，套管两端加工有用于连接的螺纹。
其不足之处是：该套管采用的钢种为Cr-Mo系钢，生产成本高；该套管外径为Φ152-154mm，适用范围小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗挤石油套管及其生产方法，克服现有技术的缺点和不足，满足油田某些特殊开采条件的需要。通过该方法生产的石油套管，抗挤性能可达到API标准值的1.15倍以上。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
改善套管钢种的化学成分，使所述套管钢种的化学成分除Fe外，其它成分为：C 0.34-0.39，Si 0.20-0.35，Mn 1.25-1.50，Al 0.06-0.09，S＜0.010，P＜0.015，Cr＜0.20，Ni＜0.20，Cu＜0.20，单位为质量百分数。该钢种为C-Mn系钢，合金元素少，合金含量低，生产工艺简单，因而生产成本低。增加适量的元素Al，同时严格控制S、P杂质的含量，使该钢种淬透性和韧性大大改善。增加C含量，提高了材料的强度。
除了对化学成分严格控制以外，同时对套管的几何尺寸精度也要进行更加严格的规定，须满足如下要求：外径公差0～+1.0％，壁厚公差0～15％，外径不圆度≤0.45％，壁厚不均度≤13％。
套管生产时采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为860℃±10℃，淬火介质为水，回火温度在500℃以上。套管在进行热处理以后，需经矫直处理，矫直严禁冷矫直，须采用热矫方式，热矫直温度控制在450℃～480℃之间。该方法适用范围广，可用于生产外径从Φ114.3mm～Φ273.1mm的各种规格套管。经该方法生产出的石油套管，其抗挤性能大幅度提高，抗挤强度可达到API规定值的1.15倍以上。
与现有技术相比，本发明有显著进步，具体表现在：1)采用C-Mn系钢，强度高，生产工艺简单，成本较低；2)热处理工艺和热矫直温度选择合理，最大限度地降低了套管的残余应力；3)制订了严格的几何精度控制范围，在成本合理的情况下，提高了套管的抗挤性能。
经该方法生产出的石油套管，其抗挤性能大幅度提高，抗挤强度可达到API规定值的1.15倍以上，而生产成本仅增加不到5％。
具体实施方式
本设计的第一个实施例是110KSI钢级的Φ139.70×7.72mm WSP110T高抗挤套管。
①该套管的钢种成分为：
C 0.34-0.39，Si 0.20-0.35，Mn 1.25-1.50，Al 0.06-0.09，S＜0.010，P＜0.015，Cr＜0.20，Ni＜0.20，Cu＜0.20
②该套管的几何精度控制范围如下：
套管外径：139.82～140.46mm，壁厚：7.76～8.42mm，壁厚不均度：＜13％，外径不圆度：＜0.45％
③该套管的热处理工艺为：
采用淬火+回火工艺，淬火采用水淬工艺，淬火温度为860℃±10℃，回火温度为500℃±10℃。
经热处理，材料的机械性能可以达到如下技术指标：屈服强度：834-1062Mpa；抗拉强度：≥948Mpa；延伸率：≥15％；冲击功：≥26J(10×5L)；精粒度不低于6级。
④该套管的矫直方法为：
套管在低温回火炉中保温45分钟后，再进行热矫直处理，热矫直温度450～480℃。
经该方法生产的WSP110T高抗挤套管，其挤毁强度可达62.95MPa，而API规定值为51.6Mpa，抗挤强度提高了22％。
本设计的第二个实施例是95KSI钢级的Φ114.30×6.35mm WSP95T高抗挤套管。
①该套管的钢种成分为：
C 0.34-0.39，Si 0.20-0.35，Mn 1.25-1.50，Al 0.06-0.09，S＜0.010，P＜0.015，Cr＜0.20，Ni＜0.20，Cu＜0.20。
②该套管的几何精度控制范围如下：
套管外径：114.42～114.86mm，壁厚：6.39～6.88mm，壁厚不均度：＜13％，外径不圆度：＜0.45％。
③该套管的热处理工艺为：
采用淬火+回火工艺，淬火采用水淬工艺，淬火温度为860℃±10℃，回火温度为540℃±10℃。
经热处理，材料的机械性能可以达到如下技术指标：
屈服强度：721-834Mpa；抗拉强度：≥796Mpa；延伸率：≥16％；冲击功：≥20J(10×5L)；精粒度不低于6级。
④该套管的矫直方法为：
套管在低温回火炉中保温45分钟后，再进行热矫直处理，热矫直温度450～480℃。
经该方法生产的WSP95T高抗挤套管，其挤毁强度可达60.8MPa，而API规定值为48.5MPa。抗挤强度提高了26％。
检索的相关专利文献：
<申请号>01118711.5
<发明名称>特殊连接结构超高强度抗挤毁石油套管及其生产方法
<申请人>天津钢管公司
<发明人>严泽生；邱峰；王京；付继承；张传友等
<文摘>一种特殊连接结构超高强度抗挤毁石油套管，钢种成份为：C0.20-0.35，Si 0.15-0.55，Mn 0.85-1.25，P≤0.030，S≤0.030，Cr 0.80-1.25，Mo 0.20-0.60，Al 0.010-0.050，Cu≤0.20，Ni≤0.20，V 0.08-0.15。外径：Φ152-154mm，内径：Φ116-122mm，壁厚：15-20mm，材料强度＞130000KSI，管体残余应力≤160MPa。
Claims (4)
1、一种高抗挤石油套管，其特征在于：用于该套管的钢种成分除Fe元素外，其它成分为：C 0.34-0.39，Si 0.20-0.35，Mn 1.25-1.50，Al 0.06-0.09，S＜0.010，P＜0.015，Cr＜0.20，Ni＜0.20，Cu＜0.20，单位为质量百分数。
2、根据权利要求1所述的高抗挤石油套管，其特征在于，套管的几何尺寸为：外径公差0～+1.0％，壁厚公差0～15％，外径不圆度≤0.50％，壁厚不均度≤15％。
3、一种高抗挤石油套管的生产方法，其特征在于：套管采用淬火后再回火的热处理工艺，所用的淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，回火温度在500℃以上。
4、根据权利要求3所述的高抗挤石油套管的生产方法，其特征在于：套管在热处理后，再经矫直处理，矫直采用热矫方式，热矫直温度在450℃～480℃之间。
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