EA046445B1

EA046445B1 - COLLAPSE-RESISTANT OIL FIELD CASING PIPE AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

Info

Publication number: EA046445B1
Application number: EA202291137
Authority: EA
Inventors: Сяомин Дун; Чжунхуа Чжан; Цуньяо Чжао; Сяоцин Лу
Original assignee: Баошань Айрон Энд Стил Ко., Лтд.
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2024-03-14

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к стальной трубе и способу ее изготовления, в частности к нефтепромысловой обсадной трубе и способу ее изготовления.The present invention relates to a steel pipe and a method for its manufacture, in particular to an oil field casing pipe and a method for its manufacture.

Уровень техникиState of the art

В последнее время, для разведки на нефть все чаще применяют глубокие и сверхглубокие скважины, в связи с чем предъявляются жесткие требования к прочности материалов трубных колонн для обеспечения безопасности в условиях высокой температуры и высокого давления при разведке и обустройстве. В сфере нефтегазодобычи также возможно применение сверхглубоких трубных колонн в условиях воздействия таких физических нагрузок, как высокая температура, высокое давление и т.п.; например, обсадная труба в среднем и глубинном интервалах чрезвычайно мощного соляного слоя высокого давления (зоны высоких давлений) в бассейне Тарима должна обладать высокой стойкостью к смятию, в связи с чем к обсадным трубам предъявляются значительно более жесткие требования по прочности. При этом при повышении прочности соответственно возрастает твердость, вязкость, в частности вязкость разрушения, постепенно снижается, а склонность материала к образованию поверхностных дефектов все больше возрастает, что ведет к развитию трещины обсадной трубы в условиях высокого давления в скважине и в результате к разрушению трубы. Вязкость K_IC разрушения металлических материалов является важным показателем механических свойств материала с точки зрения механики трещинообразования. Для высокопрочных труб, работающих в сложных условиях окружающей среды, вязкость разрушения особенно важна. Поэтому для обеспечения безопасности при добыче и применении к обсадным трубам для глубоких и сверхглубоких скважин предъявляют жесткие требования по прочности и вязкости разрушения.Recently, deep and ultra-deep wells are increasingly used for oil exploration, and therefore stringent requirements are imposed on the strength of pipe string materials to ensure safety under conditions of high temperature and high pressure during exploration and development. In the field of oil and gas production, it is also possible to use ultra-deep pipe strings under conditions of exposure to physical stress such as high temperature, high pressure, etc.; For example, casing in the middle and deep intervals of the extremely thick high-pressure salt layer (high pressure zone) in the Tarim Basin must have high resistance to collapse, and therefore much more stringent strength requirements are placed on casing. At the same time, with increasing strength, hardness increases accordingly, toughness, in particular fracture toughness, gradually decreases, and the tendency of the material to form surface defects increases more and more, which leads to the development of a crack in the casing under conditions of high pressure in the well and, as a result, to destruction of the pipe. Fracture toughness K _IC of metallic materials is an important indicator of the mechanical properties of the material from the point of view of crack mechanics. For high-strength pipes operating in difficult environmental conditions, fracture toughness is especially important. Therefore, to ensure safety during production and application, stringent requirements for strength and fracture toughness are imposed on casing pipes for deep and ultra-deep wells.

Например, в патентном документе Китая, опубликованном под номером CN 101586450 25 ноября 2009 г. и озаглавленном Нефтепромысловая обсадная труба высокой прочности и высокой вязкости и способ ее изготовления, раскрыта нефтепромысловая обсадная труба высокой прочности и высокой вязкости. Согласно раскрытому в указанном патентном документе техническому решению она содержит химические элементы в следующем составе, %: углерод (С) - 0,22-0,4; кремний (Si) - 0,17-0,35; марганец (Mn) 0,45-0,60; хром (Cr) - 0,95-1,10; молибден (Мо) - 0,70-0,80; алюминий (Al) - 0,015-0,040; никель (Ni) <0,20; медь (Cu) - <0,20; ванадий (V) - 0,070-0,100; кальций (Са) - >0,0015; фосфор (Р) - <0,010; сера (S) <0,003; железо - остальное. Следует отметить, что согласно раскрытому в указанном патентном документе техническому решению прочность сорта стали достигает 1100 МПа, однако удельный показатель вязкости разрушения не указан.For example, a Chinese patent document published under CN 101586450 on November 25, 2009, entitled High Strength, High Viscosity Oilfield Casing and Method for Manufacturing the Same, discloses high strength, high viscosity oilfield casing. According to the technical solution disclosed in the specified patent document, it contains chemical elements in the following composition,%: carbon (C) - 0.22-0.4; silicon (Si) - 0.17-0.35; manganese (Mn) 0.45-0.60; chromium (Cr) - 0.95-1.10; molybdenum (Mo) - 0.70-0.80; aluminum (Al) - 0.015-0.040; nickel (Ni) <0.20; copper (Cu) - <0.20; vanadium (V) - 0.070-0.100; calcium (Ca) - >0.0015; phosphorus (P) - <0.010; sulfur (S) <0.003; iron - the rest. It should be noted that according to the technical solution disclosed in the said patent document, the strength of the steel grade reaches 1100 MPa, but the specific fracture toughness is not indicated.

В качестве другого примера согласно техническому решению, раскрытому в патентном документе Китая, опубликованном под номером CN 106834970 A 13 июня 2017 г. и озаглавленном Низколегированная сверхвысокопрочная сталь и способ изготовления из нее бесшовной стальной трубы, прочность сорта стали достигает 140 тысяч фунтов на квадратный дюйм, однако ее ударная вязкость и вязкость разрушения являются низкими, что не соответствует требованиям к вязкости обсадных труб в условиях глубокой скважины.As another example, according to a technical solution disclosed in a Chinese patent document published under the number CN 106834970 A on June 13, 2017 and entitled Low-alloy ultra-high-strength steel and a method for making a seamless steel pipe therefrom, the strength of the steel grade reaches 140 thousand pounds per square inch, However, its impact strength and fracture toughness are low, which does not meet the toughness requirements of casing pipes in deep well conditions.

В качестве другого примера в патентном документе Китая, опубликованном под номером CN 101250671 A 27 августа 2008 г. и озаглавленном Нефтепромысловая обсадная труба высокой прочности и высокой вязкости и способ ее изготовления, раскрыт сорт стали нефтепромысловой обсадной трубы высокой прочности и высокой вязкости, при этом согласно раскрытому в указанном патентном документе техническому решению ударная вязкость в поперечном направления данного сорта стали составляет только 80 Дж, при этом ударная вязкость также является низкой.As another example, a Chinese patent document published under the number CN 101250671 A on August 27, 2008 and entitled High Strength and High Toughness Oilfield Casing and Method for Manufacturing the Same discloses a steel grade of high strength and high toughness oilfield casing, according to According to the technical solution disclosed in said patent document, the impact strength in the transverse direction of this type of steel is only 80 J, and the impact strength is also low.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Одна из целей настоящего изобретения состоит в создании стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы. Стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба обладает сверхвысокой прочностью, сверхвысокой прочностью на смятие и высокой вязкостью разрушения, могущими соответствовать требованиям к прочности, стойкости к смятию и вязкости разрушения труб для глубоких и сверхглубоких нефте- и газопромысловых скважин.One object of the present invention is to provide crush resistant oil field casing. The crush-resistant oil field casing has ultra-high strength, ultra-high crush strength and high fracture toughness, which can meet the strength, crush resistance and fracture toughness requirements of pipes for deep and ultra-deep oil and gas field wells.

Для достижения указанной цели согласно настоящему изобретению предложена стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба, содержащая следующие химические элементы по массе, %: углерод (С) - 0,08-0,15; кремний (Si) - 0,1-0,4; марганец (Mn) - 0,1-0,3; хром (Cr) - 1-1,5; молибден (Мо) 1-1,5; ниобий (Nb) - 0,04-0,08; ванадий (V) - 0,15-0,25; титан (Ti) - 0,02-0,05; бор (В) - 0,0015-0,005; алюминий (Al) - 0,01-0,05; кальций (Са) - 0,002-0,004; железо (Fe) и иные неизбежные примеси - остальное.To achieve this goal, according to the present invention, a crush-resistant oil field casing pipe is proposed, containing the following chemical elements by weight, %: carbon (C) - 0.08-0.15; silicon (Si) - 0.1-0.4; manganese (Mn) - 0.1-0.3; chromium (Cr) - 1-1.5; molybdenum (Mo) 1-1.5; niobium (Nb) - 0.04-0.08; vanadium (V) - 0.15-0.25; titanium (Ti) - 0.02-0.05; boron (B) - 0.0015-0.005; aluminum (Al) - 0.01-0.05; calcium (Ca) - 0.002-0.004; iron (Fe) and other inevitable impurities - the rest.

Предлагаемая стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба имеет низкоуглеродистый состав, позволяющий снизить образование крупнозернистых карбидов Cr₂₃C₆ и Мо₂С, обеспечивающий возможность присутствия элементов Cr и Мо в виде твердого раствора и позволяющий задействовать эффект твердорастворного упрочнения, создаваемый Cr и Мо, и эффект дисперсионного упрочнения, создаваемый V, Nb и Ti, для достижения хороших показателей прочности и вязкости разрушения.The proposed collapse-resistant oil field casing has a low-carbon composition that reduces the formation of coarse-grained carbides Cr ₂₃ C ₆ and Mo ₂ C, allowing the presence of Cr and Mo elements in the form of a solid solution and allowing the use of the solid solution strengthening effect created by Cr and Mo, and the effect precipitation strengthening, created by V, Nb and Ti, to achieve good strength and fracture toughness.

Кроме того, предлагаемая стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба имеет низкомарганцовистый состав для улучшения показателей в части ликвации состава, предотвращения такого явления, как неравномерное распределение локальных структур и карбидов из-за возникновения ликвационныхIn addition, the proposed collapse-resistant oil field casing pipe has a low-manganese composition to improve performance in terms of segregation of the composition, preventing such phenomena as uneven distribution of local structures and carbides due to the occurrence of segregation

- 1 046445 полос с высоким содержанием легирующих элементов на внутренней стенке трубы и тем самым повышения показателя вязкости разрушения материалов; при этом для снижения доли мартенсита после закалки, образующегося из-за недостаточной прокаливаемости системы низкоуглеродистого состава, вводят В и Ti для повышения прокаливаемости и повышения структурной однородности материала с целью повышения вязкости разрушения и прочности.- 1,046,445 strips with a high content of alloying elements on the inner wall of the pipe and thereby increasing the fracture toughness of the materials; Moreover, to reduce the proportion of martensite after quenching, formed due to insufficient hardenability of the low-carbon composition system, B and Ti are introduced to increase hardenability and increase the structural homogeneity of the material in order to increase fracture toughness and strength.

В частности, принципы расчета для химических элементов состоят в следующем.In particular, the principles of calculation for chemical elements are as follows.

С. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе углерод представляет собой карбидообразующий элемент, позволяющий повысить прочность стали. При процентном содержании С по массе ниже 0,08% прокаливаемость стали и, как следствие, прочность стали снижены, при этом при процентном содержании С по массе выше 0,15% показатели ликвации в стали значительно хуже, а вязкость стали снижена. Для достижения высокой прочности и высокой вязкости нефтепромысловых обсадных труб, процентное содержание С по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,08-0,15%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание С по массе также можно регулировать в пределах 0,1-0,15%.C. In the proposed crush-resistant oil field casing, carbon is a carbide-forming element that increases the strength of the steel. When the percentage of C by weight is below 0.08%, the hardenability of steel and, as a consequence, the strength of steel are reduced, while at the percentage of C by weight above 0.15%, the segregation indicators in the steel are significantly worse, and the toughness of the steel is reduced. To achieve high strength and high toughness of oil field casing pipes, the percentage of C by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is controlled within the range of 0.08-0.15%. In some preferred embodiments, the percentage of C by weight can also be adjusted within the range of 0.1-0.15%.

Si. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе кремний переходит в раствор в феррите, что может повысить предел текучести стали, однако вводимое количество Si не должно быть слишком большим, так как слишком высокое процентное содержание Si по массе ухудшит обрабатываемость и вязкость стали, а при процентном содержании Si по массе менее 0,1% нефтепромысловая обсадная труба станет более склонна к окислению. Исходя из этого процентное содержание Si по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,10-0,40%.Si. In the proposed collapse resistant oil field casing, silicon goes into solution in ferrite, which can increase the yield strength of steel, but the amount of Si introduced should not be too large, since too high a percentage of Si by weight will deteriorate the workability and toughness of the steel, and with a percentage If the Si content by mass is less than 0.1%, the oil field casing will become more prone to oxidation. Based on this, the percentage of Si by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is adjusted within the range of 0.10-0.40%.

Mn. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе марганец является аустенитообразующим элементом, позволяющим повысить прокаливаемость стали. При процентном содержании Mn по массе менее 0,1% прокаливаемость стали значительно снижена, следствием чего является сокращение доли мартенсита в стали после закалки и, в свою очередь, снижение прочности стали; при процентном содержании Mn по массе более 0,3% структурная ликвация в стали значительно возрастает, что снижает вязкость разрушения стали. Исходя из этого процентное содержание Mn по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,1-0,3%.Mn. In the proposed crush-resistant oil field casing pipe, manganese is an austenite-forming element that makes it possible to increase the hardenability of steel. When the percentage of Mn by weight is less than 0.1%, the hardenability of steel is significantly reduced, which results in a reduction in the proportion of martensite in the steel after quenching and, in turn, a decrease in the strength of the steel; When the percentage of Mn by weight is more than 0.3%, the structural segregation in the steel increases significantly, which reduces the fracture toughness of the steel. Based on this, the percentage of Mn by weight in the proposed collapse-resistant oil field casing is adjusted within the range of 0.1-0.3%.

Cr. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе хром является элементом, значительно повышающим прокаливаемость, а также образующим прочные выделения элементом. Образующиеся при отпуске выделения могут повышать прочность стали, однако, если процентное содержание Cr по массе выше 1,5%, высока вероятность образования крупнозернистых выделений М₂₃С₆ по границе зерен, что снижает вязкость. При этом при процентном содержании Cr по массе ниже 1% прокаливаемость является недостаточной, а эффект закалки не может быть гарантирован. Исходя из этого процентное содержание Cr по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 1-1,5%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание Cr по массе также можно регулировать в пределах 1-1,4%.Cr. In the proposed crush-resistant oil field casing, chromium is an element that significantly increases hardenability and also forms a strong precipitate element. Precipitates formed during tempering can increase the strength of steel, however, if the percentage of Cr by weight is above 1.5%, there is a high probability of the formation of coarse-grained precipitates M ₂₃ C ₆ along the grain boundaries, which reduces toughness. However, when the mass percentage of Cr is below 1%, the hardenability is insufficient, and the hardening effect cannot be guaranteed. Based on this, the percentage of Cr by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is adjusted within the range of 1-1.5%. In some preferred embodiments, the percentage of Cr by weight can also be adjusted within the range of 1-1.4%.

Мо. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе молибден повышает прочность и стабильность отпуска стали за счет карбидного и твердорастворного упрочнения. Так как согласно изобретению процентное содержание углерода по массе является относительно низким, ввод Мо в процентном содержании по массе свыше 1,5% затрудняет процесс образования молибденом дополнительных карбидных выделений с углеродом без значительного изменения прочности; при этом при процентном содержании Мо по массе ниже 1% прочность предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы не может соответствовать требуемому значению 140 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Поэтому процентное содержание Мо по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 1-1,5%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание Мо по массе также можно регулировать в пределах 1-1,4%.Mo. In the proposed crush-resistant oil field casing, molybdenum improves the strength and tempering stability of steel through carbide and solid solution strengthening. Since, according to the invention, the percentage of carbon by weight is relatively low, the introduction of Mo in a percentage by weight of more than 1.5% makes it difficult for molybdenum to form additional carbide precipitates with carbon without a significant change in strength; however, at a Mo mass percentage below 1%, the strength of the proposed crush resistant oil field casing cannot meet the required 140 ksi strength. Therefore, the percentage of Mo by weight in the proposed crush-resistant oil field casing is controlled within the range of 1-1.5%. In some preferred embodiments, the percentage of Mo by weight can also be adjusted within the range of 1-1.4%.

Nb. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе ниобий является элементом для измельчения зерна и дисперсионного упрочнения стали, что может компенсировать снижение прочности из-за снижения содержания углерода. При процентном содержании Nb по массе менее 0,04% его ввод не дает заметного эффекта, а при процентном содержании Nb по массе более 0,08% высока вероятность образования крупнозернистого карбонитрида (CN) Nb, что снижает вязкость стали. Исходя из этого процентное содержание Nb по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,04-0,08%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание Nb по массе также можно регулировать в пределах 0,06-0,08%.Nb. In the proposed crush-resistant oil field casing, niobium is an element for grain refinement and precipitation strengthening of steel, which can compensate for the reduction in strength due to the reduction in carbon content. When the percentage of Nb by weight is less than 0.04%, its introduction does not have a noticeable effect, and when the percentage of Nb by weight is more than 0.08%, there is a high probability of the formation of coarse-grained Nb carbonitride (CN), which reduces the toughness of steel. Based on this, the percentage of Nb by weight in the proposed collapse-resistant oil field casing is adjusted within the range of 0.04-0.08%. In some preferred embodiments, the percentage of Nb by weight can also be adjusted within the range of 0.06-0.08%.

V. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе ванадий представляет собой типичный элемент для дисперсионного упрочнения, могущий компенсировать снижение прочности из-за снижения содержания углерода. При процентном содержании V по массе менее 0,15% трудно довести прочность предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы до 140 тысяч фунтов на квадратный дюйм. При этом при процентном содержании V по массе выше 0,25% высока вероятность образования крупнозернистого карбонитрида V, что снижает вязкость. Исходя из этого процентное содержание V по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,15-0,25%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержаниеV. In the proposed crush-resistant oil field casing, vanadium is a typical precipitation strengthening element that can compensate for the reduction in strength due to the reduction in carbon content. With a weight percentage of V less than 0.15%, it is difficult to achieve the strength of the proposed crush resistant oil field casing to 140 ksi. At the same time, when the percentage of V by weight is above 0.25%, there is a high probability of the formation of coarse-grained V carbonitride, which reduces the viscosity. Based on this, the percentage of V by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is adjusted within the range of 0.15-0.25%. In some preferred embodiments, the percentage

- 2 046445- 2 046445

V по массе также можно регулировать в пределах 0,2-0,25%.V by weight can also be adjusted within 0.2-0.25%.

Ti. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе титан является сильным карбонитридобразующим элементом, обеспечивающим возможность значительного измельчения аустенитного зерна в стали и могущим компенсировать снижение прочности из-за снижения содержания углерода. При процентном содержании Ti по массе более 0,05% высока вероятность образования крупнозернистого TiN, что снижает вязкость материала. При этом при процентном содержании Ti по массе менее 0,02%, Ti не может в достаточной степени вступать в реакцию с N с образованием TiN, и В в стали будет вступать в реакцию с N с образованием хрупкой фазы нитрида бора, что снижает вязкость материала. Исходя из этого процентное содержание Ti по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,02-0,05%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание Ti по массе также можно регулировать в пределах 0,03-0,05%.Ti. In the proposed crush-resistant oil field casing, titanium is a strong carbonitride-forming element that allows for significant refinement of the austenite grains in the steel and can compensate for the reduction in strength due to the reduction in carbon content. When the percentage of Ti by weight is more than 0.05%, there is a high probability of the formation of coarse-grained TiN, which reduces the viscosity of the material. Moreover, when the percentage of Ti by mass is less than 0.02%, Ti cannot sufficiently react with N to form TiN, and B in the steel will react with N to form a brittle phase of boron nitride, which reduces the toughness of the material . Based on this, the percentage of Ti by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is adjusted within the range of 0.02-0.05%. In some preferred embodiments, the percentage of Ti by weight can also be adjusted within the range of 0.03-0.05%.

В. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе бор также является элементом, могущим значительно повысить прокаливаемость стали. Поскольку согласно настоящему изобретению, процентное содержание С по массе является относительно низким, ввода бора позволяет устранить недостаток, состоящий в низкой прокаливаемости из-за снижения процентного содержания С по массе. При этом при процентном содержании В по массе менее 0,0015%, эффект повышения прокаливаемости стали незначителен; при процентном содержании В по массе выше 0,005% высока вероятность образования хрупкой фазы нитрида бора, что снижает вязкость стали. Исходя из этого процентное содержание В по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,0015-0,005%. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления процентное содержание В по массе также можно регулировать в пределах 0,0015-0,004%.B. In the proposed crush-resistant oil field casing, boron is also an element that can significantly improve the hardenability of steel. Since, according to the present invention, the percentage of C by weight is relatively low, the addition of boron overcomes the disadvantage of low hardenability due to the decrease in the percentage of C by weight. Moreover, when the percentage of B by weight is less than 0.0015%, the effect of increasing the hardenability of steel is insignificant; when the percentage of B by weight is above 0.005%, there is a high probability of the formation of a brittle phase of boron nitride, which reduces the toughness of the steel. Based on this, the percentage of B by weight in the proposed crush-resistant oil field casing pipe is adjusted within the range of 0.0015-0.005%. In some preferred embodiments, the percentage of B by weight can also be adjusted within the range of 0.0015-0.004%.

Al. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе алюминий является азотофиксирующим элементом с хорошими раскисляющими свойствами, обеспечивающим возможность измельчения зерен. Поэтому процентное содержание Al по массе в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,01-0,05%.Al. In the proposed collapse-resistant oil field casing, aluminum is a nitrogen-fixing element with good deoxidizing properties, providing the ability to grind grains. Therefore, the percentage of Al by weight in the proposed crush-resistant oil field casing is adjusted within the range of 0.01-0.05%.

Са. В предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе кальций обеспечивает возможность рафинирования жидкой стали, способствует сфероидизации сульфида марганца (MnS) и повышает вязкость разрушения, однако при его чрезмерном содержании высока вероятность образования крупных неметаллических включений. Поэтому процентное содержание Са по массе в толстостенной высокопрочной высоковязкой нефтепромысловой обсадной трубе регулируют в пределах 0,002-0,004%.Sa. In the proposed crush-resistant oil field casing, calcium provides the ability to refine liquid steel, promotes spheroidization of manganese sulfide (MnS) and increases fracture toughness, but if it is excessively present, there is a high likelihood of the formation of large non-metallic inclusions. Therefore, the percentage of Ca by weight in thick-walled, high-strength, high-viscosity oilfield casing pipe is controlled within the range of 0.002-0.004%.

Кроме того, в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе, процентное содержание по массе каждого из ее химических элементов также соответствует по меньшей мере одному из следующих значений:In addition, in the proposed collapse resistant oil field casing, the percentage by weight of each of its chemical elements also corresponds to at least one of the following values:

углерод (С) carbon (C) 0,1-0,15 ; 0.1-0.15; хром (Сг) chromium (Cr) 1-1,4; 1-1.4; молибден (Мо) molybdenum (Mo) 1-1,4; 1-1.4; ниобий (Nb) niobium (Nb) 0,06-0,08 ; 0.06-0.08; ванадий (V) vanadium(V) 0,2-0,25 ; 0.2-0.25; титан (Ti) titanium (Ti) 0,03-0,05; и 0.03-0.05; And бор (В) boron (B) 0,0015-0,004 0.0015-0.004

Кроме того, в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе в указанных иных неизбежных примесях S<0,003%.In addition, in the proposed crush-resistant oil field casing, the specified other unavoidable impurities S<0.003%.

Кроме того, в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе процентное содержание по массе элементов Са и S удовлетворяет условию Ca/S>2.In addition, in the proposed crush-resistant oil field casing pipe, the percentage by weight of the elements Ca and S satisfies the condition Ca/S>2.

Кроме того, в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе в указанных иных неизбежных примесях N<0,008% и/или Р<0,015%.In addition, in the proposed crush-resistant oil field casing, the specified other unavoidable impurities N<0.008% and/or P<0.015%.

Кроме того, микроструктура предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы представляет собой отпущенный сорбит. Отпущенный сорбит формируют путем закалки обсадной трубы с образованием мартенсита и последующего отпуска с образованием в итоге отпущенного сорбита.In addition, the microstructure of the proposed crush resistant oil field casing is tempered sorbitol. Tempered sorbitol is formed by quenching the casing to form martensite and then tempering it to ultimately form tempered sorbitol.

Кроме того, предлагаемая стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба также может содержать по меньшей мере один из следующих химических элементов: 0<Ni<0,2%, 0<Cu<0,2% и 0<Re<0,1% для дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик нефтепромысловой обсадной трубы.In addition, the proposed crush resistant oil field casing may also contain at least one of the following chemical elements: 0<Ni<0.2%, 0<Cu<0.2% and 0<Re<0.1% for additional improving the performance characteristics of oilfield casing.

Кроме того, в предлагаемой стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубе стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба имеет по меньшей мере одну или все из следующих эксплуатационных характеристик:In addition, in the proposed crush-resistant oil field casing, the crush-resistant oil field casing has at least one or all of the following performance characteristics:

предел текучести, составляющий 965-1173 МПа;yield strength of 965-1173 MPa;

прочность при растяжении - не ниже 1034 МПа;tensile strength - not lower than 1034 MPa;

относительное удлинение - не менее 20%;relative elongation - no less than 20%;

значение KIC вязкости разрушения - не ниже 150 МПа-м^1/2;KIC value of fracture toughness - not lower than 150 MPa-m ^1/2 ;

- 3 046445 ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С - не ниже 120 Дж;- 3 046445 Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C - not lower than 120 J;

температура вязко-хрупкого перехода - не выше -60°С; и стойкость к смятию, превышающая значение по стандарту Американского нефтяного института (API, англ. American Petroleum Institute) не менее чем на 25%.ductile-brittle transition temperature - not higher than -60°C; and resistance to crushing, exceeding the value according to the American Petroleum Institute (API) standard by at least 25%.

В частности, предел текучести составляет 965-1173 МПа, прочность при растяжении составляет 1034-1241 МПа, относительное удлинение составляет 20-30%, значение K_IC вязкости разрушения составляет 150-260 МПа-м¹' , ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С составляет 120-150 Дж, температура вязко-хрупкого перехода составляет от -60 до -80°С, а стойкость к смятию превышает значение по стандарту API на 25-65%.Specifically, the yield strength is 965-1173 MPa, the tensile strength is 1034-1241 MPa, the elongation is 20-30%, the fracture toughness _KIC value is 150-260 MPa-m ¹ ', Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C is 120-150 J, the ductile-brittle transition temperature is from -60 to -80°C, and the crush resistance exceeds the API standard value by 25-65%.

С учетом вышесказанного другая цель настоящего изобретения состоит в создании способа изготовления раскрытой выше стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы, обеспечивающего возможность получения нефтепромысловой обсадной трубы со сверхвысокой прочностью, сверхвысокой стойкостью к смятию и высокой вязкостью разрушения для обеспечения соответствия требованиям к прочности, стойкости к смятию и вязкости разрушения труб для глубоких и сверхглубоких нефте- и газопромысловых скважин.In view of the above, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above-disclosed crush resistant oil field casing, enabling the production of oil field casing with ultra-high strength, ultra-high crush resistance and high fracture toughness to meet the requirements for strength, crush resistance and fracture toughness of pipes for deep and ultra-deep oil and gas wells.

Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении предложен способ изготовления раскрытой выше стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы, включающий в себя этапы, на которых (1) осуществляют выплавку и непрерывную разливку;To achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing the collapse-resistant oil field casing pipe disclosed above, including the steps of (1) smelting and continuous casting;

(2) осуществляют перфорацию;(2) perform perforation;

(3) осуществляют прокатку, причем температуру чистовой прокатки регулируют в пределах 900-950°С, и осуществляют редуцирование с натяжением при температуре 850-900°С после чистовой прокатки;(3) rolling is carried out, and the finishing rolling temperature is controlled within the range of 900-950°C, and tension reduction is carried out at a temperature of 850-900°C after finishing rolling;

(4) осуществляют регулируемое охлаждение: водяное охлаждение в потоке со скоростью 15-25°С/с до 600-650°С с последующим воздушным охлаждением до комнатной температуры;(4) controlled cooling is carried out: water cooling in a flow at a speed of 15-25°C/s to 600-650°C, followed by air cooling to room temperature;

(5) осуществляют закалку и отпуск, причем закалку осуществляют при температуре 900-950°С в течение 30-60 мин, а отпуск осуществляют при температуре 650-700°С в течение 50-80 мин; и (6) осуществляют горячую калибровку и горячую правку.(5) quenching and tempering are carried out, and quenching is carried out at a temperature of 900-950°C for 30-60 minutes, and tempering is carried out at a temperature of 650-700°C for 50-80 minutes; and (6) perform hot calibration and hot straightening.

Согласно предлагаемому способу изготовления, с учетом того что предлагаемый сорт стали представляет собой низкоуглеродистый сорт стали с низкой стойкостью к деформации при высоких температурах, температуру чистовой прокатки регулируют в пределах 900-950°С, а температуру редуцирования с натяжением регулируют в пределах 850-900°С на этапе (3) для облегчения измельчения зерна с целью повышения вязкости разрушения.According to the proposed manufacturing method, taking into account the fact that the proposed steel grade is a low-carbon steel grade with low resistance to deformation at high temperatures, the finishing rolling temperature is controlled within the range of 900-950°C, and the tension reduction temperature is controlled within the range of 850-900° C in step (3) to facilitate grain refinement in order to increase fracture toughness.

Кроме того, после этапа (3) выполняют этап (4), на котором охлаждают наружную поверхность обсадной трубы, регулируя скорость охлаждения в пределах 15-25°С/с и осуществляют охлаждение до 600-650°С для обеспечения возможности повышения прочности и вязкости разрушения материала. Путем обширных исследований, авторы изобретения установили, что, поскольку процесс прокатки не включает в себя известный процесс регулируемого охлаждения, обсадную трубу содержат в состоянии высокой температуры в ходе прокатки, вследствие чего микроструктура после охлаждения от высокой до низкой температуры в ходе процесса прокатки представляет собой одну из следующих структур или смешанную структуру на основе следующих структур: феррито-перлитная структура, бейнит и видманштеттова структура, при этом аустенитные зерна относительно крупные, следствием чего являются пониженная прочность и ударная вязкость материала. При этом размер зерна остается крупным и после прохождения материалом последующего процесса подготовительной термообработки, следствием чего является пониженные вязкость и пластичность. Техническое решение по настоящему изобретению включает в себя процесс регулируемого охлаждения после прокатки, повышающий степень переохлаждения материала и препятствующий образованию крупнозернистых феррито-перлитной структуры, верхнего бейнита и видманштеттовой структуры. Кроме того, осуществляют охлаждение со скоростью охлаждения 15-25°С/с до 600-650°С, в результате чего происходит превращение структуры материала в мелкозернистую бейнитную структуру, измельчение зерен и повышение однородности состава материала, что, в свою очередь, значительно повышает прочность и вязкость материала, а также может привести к повышению стойкости к смятию.In addition, after step (3), step (4) is performed, at which the outer surface of the casing pipe is cooled, adjusting the cooling rate within 15-25°C/s and cooled to 600-650°C to ensure the possibility of increasing strength and toughness destruction of the material. Through extensive research, the inventors have found that since the rolling process does not include the known controlled cooling process, the casing is kept in a high temperature state during rolling, whereby the microstructure after cooling from high to low temperature during the rolling process is one from the following structures or a mixed structure based on the following structures: ferrite-pearlite structure, bainite and Widmanstätten structure, while the austenite grains are relatively large, resulting in reduced strength and toughness of the material. At the same time, the grain size remains large even after the material undergoes a subsequent preparatory heat treatment process, which results in reduced viscosity and ductility. The technical solution of the present invention includes a controlled cooling process after rolling, which increases the degree of supercooling of the material and prevents the formation of coarse ferrite-pearlite structure, upper bainite and Widmanstätten structure. In addition, cooling is carried out at a cooling rate of 15-25°C/s to 600-650°C, as a result of which the structure of the material is transformed into a fine-grained bainitic structure, grains are refined and the uniformity of the material composition is increased, which, in turn, significantly increases strength and toughness of the material, and can also lead to increased resistance to crushing.

Кроме того, согласно предлагаемому способу изготовления, на этапе (2) осуществляют выдержку круглой заготовки при температуре 1260-1290°С с последующей перфорацией при температуре 1180-1240°С, тем самым обеспечивая хорошую пластичность обсадной трубы при высоких температурах для снижения склонности к образованию дефектов.In addition, according to the proposed manufacturing method, at stage (2) the round billet is held at a temperature of 1260-1290°C, followed by perforation at a temperature of 1180-1240°C, thereby ensuring good plasticity of the casing pipe at high temperatures to reduce the tendency to form defects.

Кроме того, согласно предлагаемому способу изготовления, на этапе (1) непрерывную разливку осуществляют, регулируя скорость разливки в пределах 1,6-2,0 м/мин для улучшения показателей в части ликвации компонентов в трубной заготовке.In addition, according to the proposed manufacturing method, at stage (1) continuous casting is carried out by adjusting the casting speed in the range of 1.6-2.0 m/min to improve performance in terms of segregation of components in the pipe blank.

Кроме того, согласно предлагаемому способу изготовления, на этапе (6) горячую калибровку осуществляют при температуре 500-550°С для усиления эффекта выпрямления и улучшения показателей вIn addition, according to the proposed manufacturing method, at step (6) hot calibration is carried out at a temperature of 500-550°C to enhance the straightening effect and improve performance in

- 4 046445 части прямизны обсадной трубы.- 4 046445 parts of casing straightness.

Преимущества перед прототипами и положительные эффекты стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы и способа ее изготовления по настоящему изобретению состоят в следующем.The advantages over the prototypes and the positive effects of the crush-resistant oil field casing and the method of its manufacture according to the present invention are as follows.

Предлагаемая стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба обладает сверхвысокой прочностью и высокой вязкостью разрушения и имеет по меньшей мере одну или все из следующих эксплуатационных характеристик: предел текучести, составляющий 965-1173 МПа, прочность при растяжении не ниже 1034 МПа, относительное удлинение не менее 20%, значение KIC вязкости разрушения не ниже Э150 МПа-м^1/2, ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С не ниже 120 Дж, температура вязко-хрупкого перехода не выше -60°С и стойкость к смятию, превышающая значение по стандарту API не менее чем на 25%. В частности, предел текучести составляет 965-1173 МПа, прочность при растяжении составляет 1034-1241 МПа, относительное удлинение составляет 20-30%, значение KIC вязкости разрушения составляет 150-260 МПа-м^1/2, ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С составляет 120-150 Дж, температура вязко-хрупкого перехода составляет от -60 до -80°С, а стойкость к смятию превышает значение по стандарту API на 25-65%.The proposed collapse-resistant oil field casing has ultra-high strength and high fracture toughness and has at least one or all of the following performance characteristics: yield strength of 965-1173 MPa, tensile strength of at least 1034 MPa, elongation of at least 20% , KIC value of fracture toughness is not lower than E150 MPa-m ^1/2 , Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C is not lower than 120 J, the ductile-brittle transition temperature is not higher than -60°C and resistance to crushing exceeding according to the API standard by no less than 25%. Specifically, the yield strength is 965-1173 MPa, tensile strength is 1034-1241 MPa, elongation is 20-30%, fracture toughness KIC value is 150-260 MPa-m ^1/2 , Charpy impact strength in transverse direction at a temperature of 0°C is 120-150 J, the ductile-brittle transition temperature is from -60 to -80°C, and the crush resistance exceeds the API standard value by 25-65%.

Помимо вышеуказанных преимуществ и положительных эффектов, предлагаемый способ изготовления обеспечивает преимущества, состоящие в том, что он прост в применении, может быть легко реализован в крупномасштабном производстве и обеспечивает значительные экономические выгоды.In addition to the above advantages and positive effects, the proposed manufacturing method provides the advantages that it is easy to use, can be easily implemented in large-scale production and provides significant economic benefits.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Далее стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба и способ ее изготовления согласно изобретению будут подробнее разъяснены и раскрыты на примерах частных вариантов осуществления. При этом разъяснение и раскрытие не устанавливают каких-либо необоснованных ограничений в отношении технического решения по изобретению.Next, the crush-resistant oil field casing and the method for its manufacture according to the invention will be explained in more detail and disclosed using examples of particular embodiments. However, the explanation and disclosure do not establish any unreasonable limitations with respect to the technical solution of the invention.

Варианты осуществления 1-5 и сравнительные примеры 1-4.Embodiments 1-5 and Comparative Examples 1-4.

Изготовление стойких к смятию нефтепромысловых обсадных труб в вариантах осуществления 1-5 и обсадных труб для сравнения в сравнительных примерах 1-4 включает в себя этапы, на которых (1) осуществляют выплавку и непрерывную разливку согласно перечню компонентов в табл. 1, причем непрерывную разливку осуществляют, регулируя скорость разливки в пределах 1,6-2,0 м/мин.The manufacture of crush-resistant oil field casing in embodiments 1-5 and casing for comparison in comparative examples 1-4 includes the steps in which (1) smelting and continuous casting are carried out according to the list of components in table. 1, and continuous casting is carried out by adjusting the casting speed in the range of 1.6-2.0 m/min.

(2) Осуществляют перфорацию, причем круглую заготовку, полученную на этапе (1), выдерживают при температуре 1260-1290°С с последующей перфорацией при температуре 1180-1240°С.(2) Perforation is carried out, and the round billet obtained in step (1) is kept at a temperature of 1260-1290°C, followed by perforation at a temperature of 1180-1240°C.

(3) Осуществляют прокатку, причем температуру чистовой прокатки регулируют в пределах 900-950°С, и осуществляют редуцирование с натяжением при температуре 850-900°С после чистовой прокатки.(3) Rolling is carried out, and the finishing rolling temperature is controlled within the range of 900-950°C, and tension reduction is carried out at a temperature of 850-900°C after finishing rolling.

(4) Осуществляют регулируемое охлаждение: водяное охлаждение в потоке осуществляют при температуре 15-25°С/с до 600-650°С с последующим воздушным охлаждением до комнатной температуры.(4) Controlled cooling is carried out: water cooling in the flow is carried out at a temperature of 15-25°C/s to 600-650°C, followed by air cooling to room temperature.

(5) Осуществляют закалку и отпуск, причем закалку осуществляют при температуре 900-950°С в течение 30-60 мин, а отпуск осуществляют при температуре 650-700°С в течение 50-80 мин.(5) Quenching and tempering are carried out, and quenching is carried out at a temperature of 900-950°C for 30-60 minutes, and tempering is carried out at a temperature of 650-700°C for 50-80 minutes.

(6) Осуществляют горячую калибровку и горячую правку, причем горячую калибровку осуществляют при температуре 500-550°С.(6) Hot calibration and hot straightening are carried out, and hot calibration is carried out at a temperature of 500-550°C.

В табл. 1 указано содержание в процентах по массе химических элементов в стойких к смятию нефтепромысловых обсадных труб в вариантах осуществления 1-5 и в обсадных трубах для сравнения в сравнительных примерах 1-4.In table 1 shows the percentage by weight content of chemical elements in the crush-resistant oil field casing in embodiments 1-5 and in the comparison casing in comparative examples 1-4.

Таблица 1Table 1

№ п/п No. С WITH Si Si Мп MP Сг SG Мо Mo Nb Nb Ti Ti В IN Al Al N N V V Са Sa S S Ca/S Ca/S Вариант осуществления 1 Embodiment 1 0,08 0.08 0,2 0.2 0,1 0.1 1 1 1 1 0,04 0.04 0,02 0.02 0,0015 0.0015 0,01 0.01 0,004 0.004 0,15 0.15 0,002 0.002 0,0007 0.0007 2,9 2.9 Вариант осуществления 2 Embodiment 2 0,11 0.11 0,1 0.1 0,2 0.2 1,1 1.1 1,1 1.1 0,05 0.05 0,025 0.025 0,002 0.002 0,04 0.04 0,005 0.005 0,18 0.18 0,003 0.003 0,001 0.001 3,0 3.0 Вариант осуществления 3 Embodiment 3 0,13 0.13 0,3 0.3 0,3 0.3 1,2 1.2 1,2 1.2 0,06 0.06 0,04 0.04 0,003 0.003 0,05 0.05 0,006 0.006 0,20 0.20 0,004 0.004 0,0011 0.0011 3,6 3.6 Вариант осуществления 4 Embodiment 4 0,15 0.15 0,4 0.4 0,2 0.2 1,4 1.4 1,4 1.4 0,07 0.07 0,04 0.04 0,004 0.004 0,03 0.03 0,007 0.007 0,22 0.22 0,0025 0.0025 0,0008 0.0008 3,1 3.1 Вариант осуществления 5 Embodiment 5 0,13 0.13 0,25 0.25 0,1 0.1 1,5 1.5 1,5 1.5 0,08 0.08 0,05 0.05 0,005 0.005 0,02 0.02 0,008 0.008 0,25 0.25 0,0035 0.0035 0,0009 0.0009 3,9 3.9

- 5 046445- 5 046445

Сравнительный пример 1 Comparative example 1 0,25 0.25 0,26 0.26 0,1 0.1 0,5 0.5 0,6 0.6 0,04 0.04 0,02 0.02 0,0015 0.0015 0,01 0.01 0,004 0.004 0,15 0.15 0,002 0.002 0,0007 0.0007 2,9 2.9 Сравнительный пример 2 Comparative example 2 0,15 0.15 0,33 0.33 0,2 0.2 1,1 1.1 1,1 1.1 0,05 0.05 - - - - 0,04 0.04 0,005 0.005 0,18 0.18 0,003 0.003 0,001 0.001 3,0 3.0 Сравнительный пример 3 Comparative example 3 0,13 0.13 0,3 0.3 1 1 1,4 1.4 1,4 1.4 0,02 0.02 0,04 0.04 0,004 0.004 0,03 0.03 0,007 0.007 0.70 0.70 0,0025 0.0025 0,0008 0.0008 3,1 3.1 Сравнительный пример 4 Comparative example 4 0,13 0.13 0,3 0.3 о,1 o,1 1,5 1.5 1,5 1.5 0,08 0.08 0,05 0.05 0,005 0.005 0,02 0.02 0,008 0.008 0,25 0.25 0,0005 0.0005 0,0010 0.0010 0,5 0.5

Мас.%, Fe и иные неизбежные примеси, кроме Р, S и N - остальное.Mass%, Fe and other inevitable impurities, except P, S and N - the rest.

В табл. 2 указаны конкретные параметры технологического процесса для стойких к смятию нефтепромысловых обсадных труб в вариантах осуществления 1-5 и обсадных труб для сравнения в сравнительных примерах 1-4.In table 2 shows specific process parameters for the collapse-resistant oilfield casing in Embodiments 1-5 and the comparison casing in Comparative Examples 1-4.

Таблица 2table 2

Непрерывная разливка Continuous casting Перфораци я Perforation Прокатка Rolling Регулируем ое охлаждение Adjustable cooling Закалка + отпуск Hardening + tempering Горячая калибровка и горячая правка Hot calibration and hot editing Скорость непрерывной разливки (м/мин) Continuous casting speed (m/min) Температура выдержки в печи(°С) Oven holding temperature (°C) Температура перфорации (°C) Perforation temperature (°C) Температура чистовой прокатки (°C) Finish rolling temperature (°C) Температуру редуцирования с натяжением (°C) Tension reduction temperature (°C) Скорость охлаждения (°С/с) Cooling rate (°C/s) Температура конечного охлаждения (°C) Final cooling temperature (°C) Температура закалки (°C) Quenching temperature (°C) Продолжительность сохранения тепла (минут) Duration of heat retention (minutes) Температура отпуска (°C) Holiday temperature (°C) Продолжительность сохранения тепла (минут) Duration of heat retention (minutes) Температура горячей калибровки (°C) Hot calibration temperature (°C) Вариант осуществлен ия 1 Embodiment 1 2 2 12 60 12 60 118 0 118 0 90 0 90 0 88 0 88 0 15 15 600 600 90 0 90 0 50 50 65 0 65 0 50 50 50 0 50 0 Вариант осуществлен ия 2 Embodiment 2 1,8 1.8 12 70 12 70 119 0 119 0 91 0 91 0 85 0 85 0 18 18 610 610 91 0 91 0 30 thirty 66 0 66 0 60 60 51 0 51 0 Вариант осуществлен ия 3 Embodiment 3 1,6 1.6 12 80 12 80 121 0 121 0 93 0 93 0 87 0 87 0 20 20 620 620 92 0 92 0 60 60 67 0 67 0 60 60 52 0 52 0 Вариант осуществлен ия 4 Embodiment 4 1,8 1.8 12 90 12 90 119 0 119 0 92 0 92 0 90 0 90 0 22 22 630 630 94 0 94 0 60 60 68 0 68 0 80 80 53 0 53 0 Вариант осуществлен ия 5 Embodiment 5 1,8 1.8 12 70 12 70 124 0 124 0 95 0 95 0 89 0 89 0 25 25 650 650 95 0 95 0 40 40 70 0 70 0 70 70 55 0 55 0 Сравнительн ый пример 1 Comparative example 1 2 2 12 60 12 60 118 0 118 0 90 0 90 0 88 0 88 0 15 15 600 600 90 0 90 0 50 50 65 0 65 0 50 50 50 0 50 0 Сравнительн ый пример 2 Comparative example 2 1,8 1.8 12 70 12 70 119 0 119 0 91 0 91 0 85 0 85 0 18 18 610 610 91 0 91 0 30 thirty 66 0 66 0 60 60 51 0 51 0 Сравнительн ый пример 3 Comparative example 3 1,8 1.8 12 90 12 90 119 0 119 0 92 0 92 0 90 0 90 0 22 22 630 630 94 0 94 0 60 60 68 0 68 0 80 80 53 0 53 0 Сравнительн ый пример 4 Comparative example 4 1,8 1.8 12 70 12 70 124 0 124 0 95 0 95 0 89 0 89 0 25 25 650 650 95 0 95 0 40 40 70 0 70 0 70 70 55 0 55 0

В табл. 3 указаны результаты испытаний стойких к смятию нефтепромысловых обсадных труб в вариантах осуществления 1-5 и обсадных труб для сравнения в сравнительных примерах 1-4 по стандартам испытаний Американского общества по испытанию материалов (ASTM, англ. American Society for Testing and Materials) ASTM A370, ASTM E23 и стандарту Международной организации по стандартизации (ISO, англ. International Organization for Standardization) ISO/TR10400,In table 3 shows the test results of crush-resistant oilfield casing in embodiments 1-5 and casing for comparison in comparative examples 1-4 according to American Society for Testing and Materials testing standards ASTM A370, ASTM E23 and the International Organization for Standardization standard ISO/TR10400,

- 6 046445- 6 046445

Таблица 3Table 3

Предел текучести (МПа) Yield Strength (MPa) Прочность при растяжении (МПа) Tensile Strength(MPa) Относительное удлинение (%) Relative extension (%) Вязкость разрушения Кю (МПам^1/2) Fracture toughness Kyu (MPam ^1/2 ) Ударная вязкость в поперечном направлении, 0°С (J) Impact strength in the transverse direction, 0°C (J) Температура вязко-хрупкого перехода (°C) Ductile-brittle transition temperature (°C) Стойкость к смятию (Ф244.48 х 11,99 mm) Resistance to crushing (Ф244.48 x 11.99 mm) Процент превышения значений по стандарту API Percentage exceeding API values Микроструктура Microstructure Вариант осуществления 1 Embodiment 1 1030 1030 1090 1090 25 25 252 252 135 135 -70 -70 57 57 40% 40% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Вариант осуществления 2 Embodiment 2 1050 1050 1110 1110 25 25 243 243 130 130 -75 -75 59 59 45% 45% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Вариант осуществления 3 Embodiment 3 1090 1090 1140 1140 24 24 225 225 125 125 -70 -70 61 61 50% 50% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Вариант осуществления 4 Embodiment 4 1120 1120 1190 1190 24 24 220 220 128 128 -65 -65 62 62 53% 53% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Вариант осуществления 5 Embodiment 5 1150 1150 1210 1210 22 22 205 205 126 126 -70 -70 64 64 58% 58% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Сравнительный пример 1 Comparative example 1 930 930 1010 1010 26 26 180 180 102 102 -60 -60 47 47 16% 16% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Сравнительный пример 2 Comparative example 2 990 990 1060 1060 25 25 140 140 105 105 -65 -65 49 49 21% 21% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Сравнительный пример 3 Comparative example 3 1000 1000 1080 1080 22 22 125 125 98 98 -50 -50 50 50 23% 23% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol Сравнительный пример 4 Comparative example 4 1050 1050 1110 1110 21 21 130 130 115 115 -60 -60 52 52 28% 28% Отпущенный сорбит Dispensed sorbitol

Из табл. 3 видно, что стойкие к смятию нефтепромысловые обсадные трубы в вариантах осуществления настоящего изобретения обладают всеми следующими свойствами: предел текучести, составляющий 1030-1150 МПа, прочность при растяжении не ниже 1090 МПа, относительное удлинение не менее 22%, значение KIC вязкости разрушения не ниже 205 МПа-м^1/2, ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С не ниже 126 Дж, температура вязко-хрупкого перехода не выше -60°С и стойкость к смятию, превышающая значение по стандарту API не менее чем на 40%, что наглядно подтверждает пригодность стойких к смятию нефтепромысловых обсадных труб в вариантах осуществления настоящего изобретения для применения в качестве нефтепромысловых труб для разработки глубоких и сверхглубоких скважин.From the table 3 shows that the crush-resistant oil field casing in embodiments of the present invention has all of the following properties: yield strength of 1030-1150 MPa, tensile strength of not less than 1090 MPa, elongation of not less than 22%, KIC fracture toughness value of not less than 205 MPa-m ^1/2 , Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C not lower than 126 J, ductile-brittle transition temperature not higher than -60°C and resistance to crushing, exceeding the API standard value by at least 40%, which clearly confirms the suitability of crush-resistant oilfield casing in embodiments of the present invention for use as oilfield tubing for the development of deep and ultra-deep wells.

При этом согласно сравнительным примерам содержание С, Cr и Мо в сравнительном примере 1 выходит за пределы, установленные согласно настоящему изобретению, В и Ti не вводят в сравнительном примере 2, а содержание Mn, V и Nb в сравнительном примере 3 выходит за пределы, установленные согласно настоящему изобретению, в результате чего по меньшей мере одно из механическихMoreover, according to comparative examples, the content of C, Cr and Mo in comparative example 1 is beyond the limits established according to the present invention, B and Ti are not introduced in comparative example 2, and the content of Mn, V and Nb in comparative example 3 is beyond the limits established according to the present invention, resulting in at least one of the mechanical

- 7 046445 свойств обсадных труб для сравнения в сравнительных примерах 1-3 не соответствует критериям высокой прочности, высокой стойкости к смятию и высокой вязкости разрушения нефтепромысловых обсадных труб, а их эксплуатационные характеристики в целом уступают эксплуатационным характеристикам стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы в вариантах осуществления изобретения. Значение Ca/S в сравнительном примере 4 не соответствует требованию о том, что процентное содержание элементов Са и S по массе должно удовлетворять условию Ca/S>2, при этом несмотря на то что эксплуатационные характеристики в сравнительном примере 4 лучше, чем в сравнительных примерах 1-3, эксплуатационные характеристики в целом уступают эксплуатационным характеристикам стойкой к смятию нефтепромысловой обсадной трубы в вариантах осуществления изобретения.- 7 046445 casing properties for comparison in comparative examples 1-3 do not meet the criteria of high strength, high crush resistance and high fracture toughness of oil field casing, and their performance characteristics are generally inferior to the performance characteristics of crush resistant oil field casing in the embodiments inventions. The Ca/S value in Comparative Example 4 does not meet the requirement that the percentage of elements Ca and S by mass must satisfy the condition Ca/S>2, although the performance in Comparative Example 4 is better than in Comparative Examples 1-3, the performance characteristics are generally inferior to the performance characteristics of the crush-resistant oil field casing in embodiments of the invention.

Таким образом, раскрытая стойкая к смятию нефтепромысловая обсадная труба согласно изобретению обладает сверхвысокой прочностью и высокой вязкостью разрушения и имеет все из следующих эксплуатационных характеристик: предел текучести, составляющий 965-1173 МПа, прочность при растяжении не ниже 1034 МПа, относительное удлинение не менее 20%, значение KIC вязкости разрушения не ниже 150 МПа-м^1/2, ударная вязкость по Шарпи в поперечном направлении при температуре 0°С не ниже 120 Дж, температура вязко-хрупкого перехода не выше -60°С и стойкость к смятию, превышающая значение по стандарту API не менее чем на 25%.Thus, the disclosed collapse-resistant oil field casing according to the invention has ultra-high strength and high fracture toughness and has all of the following performance characteristics: yield strength of 965-1173 MPa, tensile strength of not less than 1034 MPa, elongation of not less than 20% , KIC value of fracture toughness is not lower than 150 MPa-m ^1/2 , Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C is not lower than 120 J, the ductile-brittle transition temperature is not higher than -60°C and resistance to crushing exceeding according to the API standard by no less than 25%.

Следует отметить, что ограничительная часть формулы изобретения, определяющей объем охраны изобретения, не ограничена вариантами осуществления, указанными в заявке, при этом все известные решения, не противоречащие решению по настоящему изобретению, в том числе, помимо прочего, известные патентные документы, известные общедоступные публикации, известные случаи публичного использования или нечто подобное могут быть включены в объем охраны настоящего изобретения.It should be noted that the restrictive part of the claims defining the scope of protection of the invention is not limited to the embodiments specified in the application, while all known solutions that do not contradict the solution of the present invention, including, but not limited to, known patent documents, known publicly available publications , known cases of public use or the like may be included within the scope of protection of the present invention.

Кроме того, вид совокупности технических признаков изобретения не ограничен указанным в формуле изобретения или в частных вариантах осуществления, при этом все технические признаки, указанные в настоящем изобретении, можно любым образом комбинировать или интегрировать при условии, что между ними не возникнет какое-либо противоречие.In addition, the type of set of technical features of the invention is not limited to those specified in the claims or in particular embodiments, while all the technical features specified in the present invention can be combined or integrated in any way, provided that no contradiction arises between them.

Также следует отметить, что вышеперечисленные варианты осуществления являются не более чем частными вариантами осуществления изобретения. Очевидно, что изобретение не ограничено раскрытыми выше вариантами осуществления, при этом любые изменения или доработки, аналогичные изменениям и доработкам, отличающим указанные варианты друг от друга, непосредственно полученные специалистами в данной области техники или без труда пришедшие на ум специалистам в данной области техники, должны быть включены в объем охраны изобретения.It should also be noted that the above embodiments are no more than particular embodiments of the invention. It is obvious that the invention is not limited to the embodiments disclosed above, but any changes or modifications similar to those distinguishing the above embodiments from each other, directly obtained by those skilled in the art or readily occurring to those skilled in the art, should be included in the scope of protection of the invention.

Claims

1. Collapse-resistant oil field casing pipe containing chemical elements in the following composition by weight, %: carbon (C) - 0.08-0.13; silicon (Si) - 0.1-0.4; manganese (Mn) - 0.1-0.3; chromium (Cr) - 1-1.5; molybdenum (Mo) - 1-1.5; niobium (Nb) - 0.04-0.08; vanadium (V) - 0.15-0.25; titanium (Ti) 0.02-0.05; boron (B) - 0.0015-0.005; aluminum (Al) - 0.01-0.05; calcium (Ca) - 0.002-0.004; iron (Fe) and other inevitable impurities - the rest.

(2) perform perforation;

2. The crush-resistant oil field casing pipe according to claim 1, in which the percentage by weight of each of its chemical elements also corresponds to at least one of the following values, %: carbon (C) - 0.1-0.13; chromium (Cr) - 1-1.4; molybdenum (Mo) - 1-1.4; niobium (Nb) - 0.06-0.08; vanadium (V) - 0.2-0.25; titanium (Ti) -0.03-0.05; and boron (B) - 0.0015-0.004.

(3) rolling is carried out, and the finishing rolling temperature is controlled within the range of 900-950°C, and tension reduction is carried out at a temperature of 850-900°C after finishing rolling;

3. Collapse-resistant oil field casing according to claim 1, in which the specified other inevitable impurities S<0.003%.

(4) controlled cooling is carried out: water cooling in a flow at a speed of 15-25°C/s to 600-650°C, followed by air cooling to room temperature;

4. Collapse-resistant oil field casing according to claim 3, in which the percentage by weight of the elements Ca and S satisfies the condition Ca/S>2.

(5) quenching and tempering are carried out, and quenching is carried out at a temperature of 900-950°C for 30-60 minutes, and tempering is carried out at a temperature of 650-700°C for 50-80 minutes; and (6) perform hot calibration and hot straightening.

5. Collapse-resistant oil field casing according to claim 1, in which in the specified other inevitable impurities N<0.008% and/or P<0.015%.

6. Collapse-resistant oil field casing according to claim 1, containing at least one of the following chemical elements: 0<Ni<0.2%, 0<Cu<0.2% and 0<Re<0.1%.

7. Collapse-resistant oil field casing according to claim 1, the microstructure of which is tempered sorbitol.

- 8 046445 Charpy impact strength in the transverse direction at a temperature of 0°C - not lower than 120 J;

ductile-brittle transition temperature - not higher than -60°C; and crush resistance exceeding the American Petroleum Institute (API) standard by at least 25%.

8. Collapse-resistant oil field casing according to any one of claims 1 to 7, having at least one of the following performance characteristics:

yield strength of 965-1173 MPa;

tensile strength - not lower than 1034 MPa;

relative elongation - no less than 20%;

the K _IC value of fracture toughness is not lower than 150 MPa-m ¹ /;

9. A method for manufacturing a crush-resistant oil field casing pipe according to any one of claims 1 to 8, comprising the steps of (1) smelting and continuous casting;

10. The manufacturing method according to claim 9, in which at stage (2) the round billet is held at a temperature of 1260-1290°C, followed by perforation at a temperature of 1180-1240°C.

11. The manufacturing method according to claim 9, in which at step (1) continuous casting is carried out by adjusting the casting speed in the range of 1.6-2.0 m/min.

12. The manufacturing method according to claim 9, in which at step (6) hot calibration is carried out at a temperature of 500-550°C.