S腐蝕套管鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套管 鋼的制造方法，以及通過(guò)該制造方法得出的套管鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油和天然氣作為世界上的主要能源和優(yōu)質(zhì)化工原料，是當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重 要的生產(chǎn)要素之一。石油套管是石油開(kāi)采和生產(chǎn)用的鋼鐵管材，在我國(guó)石油工業(yè)中具有重 要地位。隨著世界能源消費(fèi)的不斷攀升，大量具有嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境和其他苛刻條件的油氣田 相繼投入開(kāi)發(fā)，包括頁(yè)巖氣在內(nèi)的非常規(guī)能源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視。
[0003] 目前，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)還剛剛起步，主要集中在四川盆地及其周緣、鄂爾多斯 盆地、遼河?xùn)|部凹陷等地，四川盆地頁(yè)巖氣在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程發(fā)現(xiàn)有H 2S存在。頁(yè)巖氣開(kāi)采技 術(shù)，主要包括水平鉆井技術(shù)和多層壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)及同步壓裂技 術(shù)，其開(kāi)采特點(diǎn)決定在下油層套管階段和完井壓裂階段對(duì)套管要產(chǎn)生彎曲應(yīng)力、摩阻、熱應(yīng) 力；一般油套管在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中在高溫、高壓環(huán)境、各種使用應(yīng)力和H 2S氣體的作用下， 會(huì)在受力遠(yuǎn)低于其本身屈服強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生脆斷（這種現(xiàn)象稱為H2S應(yīng)力腐蝕），輕者造成 油套管柱或整口井報(bào)廢，重者會(huì)造成井噴，使H 2S隨油氣一同外溢，造成整臺(tái)鉆機(jī)及周圍生 態(tài)環(huán)境的巨大破壞。
[0004] 目前頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套管鋼的開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬嶄新領(lǐng)域，未見(jiàn)頁(yè)巖氣用 80ksi抗H 2S腐蝕套管鋼及其制造方法的相關(guān)報(bào)道。開(kāi)發(fā)出滿足頁(yè)巖氣開(kāi)采特殊用途的經(jīng)濟(jì) 型80ksi抗H2S腐蝕套管鋼，使得產(chǎn)品性能滿足頁(yè)巖氣開(kāi)采的需要，對(duì)保證頁(yè)巖氣開(kāi)釆的穩(wěn) 定性和安全性，促進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)采領(lǐng)域又好又快發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套管鋼的制造 方法。
[0006] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的一個(gè)方面，本發(fā)明采用以下技術(shù) 方案：
[0007] 一種頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套管鋼的制造方法，所述的套管鋼的制造方法包括 以下步驟：
[0008] A、煉鋼
[0009] 用生鐵和普碳鋼廢鋼為原料，在電弧爐中進(jìn)行冶煉，得到含C 2 0.0 8 %、P < 0.010 %，溫度為1620~1640°C的初煉鋼水，然后倒?fàn)t出鋼，出鋼過(guò)程中加入2.0~3. Okg/t 鋼CaAlSi脫氧劑和1.0~1.5kg/t鋼A1塊脫氧劑；
[0010] 將初煉鋼水進(jìn)行LF精煉，精煉后喂入Ca線，Ca的喂入量為0.08~0.10kg/t鋼進(jìn)行 鈣處理，鈣處理后進(jìn)行VD真空脫氣處理，然后在VD真空室中進(jìn)行靜吹處理，得到精煉鋼水；
[0011]將精煉鋼水澆鑄成連鑄圓坯，連鑄澆注過(guò)程、大包澆注過(guò)程采用：吹A(chǔ)r氣和加密封 墊保護(hù)；
[0012] B、制管
[0013]將步驟A所得的連鑄圓坯在環(huán)型加熱爐中加熱，加熱段溫度為1210~1270°C，均熱 段溫度為1240~1260°C，加熱后進(jìn)行穿孔、連乳、張力減徑、冷卻和矯直，得到熱乳鋼管；
[0014] C、熱處理
[0015]將步驟B所得的熱乳鋼管，進(jìn)行熱處理，熱處理采用噴淋和內(nèi)軸流水冷淬火、空冷 回火、帶溫矯直的熱處理工藝。
[0016] 為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是：
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟A中所述的靜吹處理為鋼水在真空度<67Pa條件 下脫氣處理15~20min后，在VD真空室蓋上包蓋的情況下進(jìn)行靜吹處理，靜吹時(shí)間2 20分 鐘，控制底吹A(chǔ)r氣流量20~30NL/min。
[0018] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案:步驟A中所述的精煉鋼水在澆鑄時(shí)，控制澆注中間包液面2 750mm，連澆中間包液面2 400mm。
[0019] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案:步驟C中所述的噴淋和內(nèi)軸流水冷淬火的鋼管裝入方式按1 支/齒裝入，步進(jìn)周期為65~75秒，淬火溫度為850~870°C，噴淋水量2 2000m3/h，噴淋時(shí)間 為30~40秒，內(nèi)軸流水量2 700m3/h，流水時(shí)間為30~40秒。
[0020] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案:步驟C中所述的空冷回火的鋼管的裝入方式按1支/齒裝入， 步進(jìn)周期為65~75秒，回火溫度為650~680°C。
[0021] 更進(jìn)一步的技術(shù)方案:步驟C中所述的帶溫矯直，在入矯直機(jī)前的鋼管溫度2 400 V。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕的套管鋼，所述的套管鋼的化學(xué)成 分按重量百分比計(jì)為：c 0.25~0.29%、Si 0.20~0·35%、Μη 0.90~1.10%、Cr 0.95~ 1.15%，余量為Fe、殘余元素和不可避免的雜質(zhì)。
[0023] 進(jìn)一步地:所述殘余元素中Cu<0.20%、Ni <0.20%、Ti <0.04%，所述不可避免 的雜質(zhì)中0.015%、S< 0.008%。
[0024] 更進(jìn)一步地：所述套管鋼在常溫下的屈服強(qiáng)度為552~655MPa、抗拉強(qiáng)度2 655MPa，0°C橫向10 X 10mm"V"型沖擊功2 40J，延伸率2 19%，允許硬度變化Δ HRC < 3.0。 [0025]更進(jìn)一步地:所述的套管鋼按NACE TM0177-96標(biāo)準(zhǔn)方法A進(jìn)行恒載荷試驗(yàn):全尺寸 標(biāo)準(zhǔn)試樣Φ 26.35m，試驗(yàn)應(yīng)力為80 % Ysmin，試驗(yàn)溶液采用A溶液，試驗(yàn)周期720小時(shí)檢測(cè)，試 樣未發(fā)生腐蝕開(kāi)裂。
[0026] 在本套管鋼中C是最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，碳含量主要考慮鋼管的強(qiáng)度和韌性的配合， 同時(shí)還要考慮水淬開(kāi)裂問(wèn)題;鋼中碳含量的增加會(huì)提高鋼在硫化物中的應(yīng)力腐蝕破裂的敏 感性，所以把C含量限定在0.30 %以下。
[0027] 而Μη是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開(kāi)裂過(guò)程的作用十分重要。當(dāng)偏 析區(qū)Mn、C含量一旦達(dá)到一定比例時(shí)，在鋼材生產(chǎn)和設(shè)備焊接過(guò)程中，產(chǎn)生出馬氏體/貝氏體 高強(qiáng)度、低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對(duì)設(shè)備抗SSCC是不利的。對(duì)于碳鋼一般限 制猛含量小于1.3%。少量的Μη能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤蚧镄问脚懦觯瑫r(shí)鋼在脫氧時(shí)， 使用少量的錳后，也會(huì)形成良好的脫氧組織而起積極作用。降低Μη含量有利于減少偏析和 MnS夾雜的形成，提高抗H2S應(yīng)力腐蝕性能。
[0028] Cr是鐵素體形成元素，也是提高耐腐蝕性的主要元素，其作用在于:Cr加入鐵基固 溶體后使其電極電位提高，耐腐蝕能力隨之提高;Cr還有鈍化作用，加入Cr后合金表面在氧 化性介質(zhì)作用下表面形成富Cr的氧化膜。因此足夠的Cr含量可以保證鋼表面形成保護(hù)膜并 促進(jìn)保護(hù)膜的再生，也能形成足夠多的彌散碳化物，對(duì)于減慢H 2S環(huán)境中的腐蝕速度極為有 利。
[0029] P、S被公認(rèn)為有害元素，P易于在晶界偏聚，增加鋼的脆性和降低抗H2S應(yīng)力腐蝕性 能；S與Μη生成的長(zhǎng)條狀MnS夾雜是SSC和HCC最易形核處，加劇了 H2S腐蝕的敏感性。因此，P、 S含量應(yīng)盡量低，0.015%、S< 0.008%。
[0030] 在套管鋼的成分設(shè)計(jì)采用中碳Cr-Mn鋼，不添加 Mo或Nb或V等一種或幾種貴重合金 元素，既考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，又保證了機(jī)械性能和優(yōu)良的抗腐蝕性能的技術(shù)要求。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是：
[0032] 1、本發(fā)明通過(guò)合理的冶煉、乳制和熱處理工藝保證鋼管中非金屬夾雜物數(shù)量較少 且形態(tài)較好、并獲得良好的調(diào)質(zhì)態(tài)組織，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和抗腐蝕性能，產(chǎn)品滿足國(guó)內(nèi) 外含H2s的頁(yè)巖氣油氣田的需要。
[0033] 2、本發(fā)明的頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套管鋼成分設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，不添加 Mo或Nb或 V等一種或幾種貴重合金元素，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，生產(chǎn)成本低，材料經(jīng)濟(jì) 效益好。
[0034] 3、本發(fā)明在冶煉工藝上通過(guò)電爐冶煉爐料結(jié)構(gòu)，降低頁(yè)巖氣用80ksi抗H2S腐蝕套