一種稠油熱采井用膨脹套管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稠油熱采井用膨脹套管及其制造方法，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，膨脹套管的化學(xué)成分為：C：0.18～0.32，Si：0.12～0.32，Mn：1.1～1.7，S<0.005，P<0.020，Cr：0.1～0.6，Mo：0.15～0.50，Cu：0.10～0.30，Nb：0.01～0.05，Ce?La?Y混合稀土：0.003～0.012，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；本發(fā)明的制造方法為板卷拆卷、縱剪、銑邊、FFX成型、HFW焊接、焊縫在線熱處理、焊縫內(nèi)外毛刺修整、整管特殊熱處理、熱矯直處理、無(wú)損探傷和螺紋加工；本發(fā)明的膨脹套管經(jīng)膨脹變形后具有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性和熱穩(wěn)定性，適用于稠油熱采井。
【專利說(shuō)明】
-種稠油熱采井用膨脹套管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料和石油天然氣工業(yè)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種稠油熱采井用膨脹套 管及其制造方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 稠油是一種黏度高、流動(dòng)性差的重質(zhì)原油，在世界油氣資源中占有相當(dāng)高的比重， 我國(guó)的稠油資源主要集中在迂河、新疆、河南、勝利等油田。目前，國(guó)內(nèi)主要采用蒸汽吞吐法 開采稠油油藏，其是利用注入蒸汽的熱量使稠油溫度升高，從而迅速降低稠油的黏度，便于 開采。由于熱采井的鉆采工藝有其特殊性，套管在注入高溫高壓蒸汽階段(蒸汽溫度：320 °C，注汽壓力12-17MPa)會(huì)受熱膨脹和受約束而承受很大的壓應(yīng)力，在停注采油時(shí)，由于降 溫收縮松弛而承受很大的拉應(yīng)力，所W套管在反復(fù)承受高的拉-壓應(yīng)力情況下極易損壞。據(jù) 有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，稠油熱采井的套損率平均為30% W上，局部區(qū)塊達(dá)到70%，列油田套管損壞 率之首?；诖耍吞铿F(xiàn)有大量的套管損壞熱采井亟待修復(fù)。
[0003] 可膨脹管技術(shù)是20世紀(jì)80年代末期，由Royal Dutch化ell(殼牌石油公司）首創(chuàng)， 現(xiàn)已達(dá)到了商業(yè)化、工業(yè)化應(yīng)用水平，國(guó)內(nèi)主要采用該技術(shù)進(jìn)行修井和鉆遇特殊地層處理。 由于稠油熱采井的環(huán)境苛刻，其修井所用的膨脹套管性能要求較高，不僅要求膨脹套管具 有優(yōu)良的塑性變形能力，還要求它具有良好的綜合高溫物理性能。因此，開發(fā)適合于稠油熱 采井用膨脹套管，可有效解決目前稠油熱采井的修復(fù)問(wèn)題，并帶來(lái)重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 膨脹套管分為無(wú)縫膨脹套管和焊接膨脹套管兩種類型。相對(duì)于無(wú)縫套管而言，焊 接膨脹套管具有壁厚尺寸精度高、內(nèi)壁無(wú)螺旋狀劃痕缺陷等優(yōu)點(diǎn)備受市場(chǎng)青睞。如中國(guó)專 利CN 103131947B公開的一種高性能低碳微合金鋼沈W膨脹套管及其制造方法，所述膨脹套 管的化學(xué)成分^質(zhì)量百分比計(jì)為:(：0.10~0.25%、510.12~0.30%、]\1110.60~1.50%、口 《0.010%、5《0.005%、抓+￥巧10.05~0.5%、其余為。6和不可避免的雜質(zhì)，該專利^高 尺寸精度控制的低碳微合金鋼TMCP熱社卷板為原料，并利用熱機(jī)械社制、熱張力減徑和全 管體特殊熱處理工藝對(duì)HFW焊管進(jìn)行整管處理，從而實(shí)現(xiàn)焊縫組織優(yōu)化，滿足膨脹套管的相 關(guān)要求;但由于該專利W低碳微合金為套管材料，其發(fā)生一定量的冷塑性變形后材料的塑 初性顯著降低，尤其是高溫強(qiáng)度下降明顯，不能滿足稠油熱采井的苛刻環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種稠油熱采井用膨脹套管，通 過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)結(jié)合鋼管的成型焊接工藝和焊縫、整管熱處理工藝使得管材具有良好的 可膨脹性能，該膨脹套管經(jīng)膨脹變形后具有高的強(qiáng)度、良好的初性和更好的高溫力學(xué)性能； 本發(fā)明還提供了 一種稠油熱采井用膨脹套管的制造方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種稠油熱采井用膨脹套管，按質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)，該膨脹套管的化學(xué)成分為:C: 0.18~0.32%，Si : 0.12~0.32%，Mn: 1.1~1.7 %， S<0.005%，P<0.020%，Cr:0.1~0.6%，Mo:0.15~0.50%，Cu:0.10~0.30%，Nb:0.01~ 0.05%，Ce-La-Y混合稀±:0.003~0.012%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]在上述成分中，C通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度;Μη不僅可W固溶于鐵素 體提高鋼的強(qiáng)度，還能夠和S結(jié)合形成硫化儘夾雜物改善鋼的初性;添加適量&、Μο,起固溶 強(qiáng)化、析出強(qiáng)化作用，保證高溫回火強(qiáng)度，同時(shí)可提供澤透性;添加微量的Nb不僅可W細(xì)化 晶粒，還有利于提高材料的高溫強(qiáng)度;添加 Cu可使鋼得W進(jìn)一步強(qiáng)化;添加 Ce-La-Y混合稀 ±能夠細(xì)化晶粒、凈化鋼液，同時(shí)還可改變夾雜物的組成、形態(tài)、分布及性質(zhì)，顯著提高材料 的初性及高溫力學(xué)性能。
[000引室溫條件下，上述膨脹套管的管材屈服強(qiáng)度>600MPa，抗拉強(qiáng)度>689MPa，斷后延 伸率>30%，夏比V型缺口焊縫沖擊初性>90J;經(jīng)10%徑向膨脹變形后，管材的屈服強(qiáng)度> 650MPa，抗拉強(qiáng)度>710MPa，斷后延伸率>18%，夏比V型缺口焊縫沖擊初性>80J;320°C拉 伸性能：屈服強(qiáng)度>552MPa。
[0009] 制造上述稠油熱采井用膨脹套管的方法，具體步驟如下：
[0010] (1)板卷制造:轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼獲得的鋼水經(jīng)爐外精煉、Ca處理后誘注成板巧，再 利用控扎控冷技術(shù)制成板卷；
[0011] (2)HFW制管:控扎控冷所得板卷經(jīng)拆卷、縱剪、銳邊、FFX成型、HFW焊接；
[0012] (3)焊縫在線熱處理:采用中頻感應(yīng)加熱方式，W35~45°C/s的加熱速率對(duì)焊縫進(jìn) 行即時(shí)在線熱處理，加熱溫度控制在910~940°C范圍之內(nèi)；焊縫在線熱處理制成規(guī)定尺寸 的有縫焊管，并即時(shí)對(duì)焊縫的內(nèi)外毛刺進(jìn)行修整，內(nèi)毛刺刮槽深度和外毛刺余高均《 0.25mm；〇
[0013] (4)整管特殊熱處理:采用燃?xì)鉅t將HFW鋼管加熱至Ac3±30°C范圍，保溫60-90min 后水澤至室溫，然后經(jīng)620~700°C回火，保溫60~150min。
[0014] (5)熱矯直處理：對(duì)經(jīng)回火熱處理后的有縫焊管進(jìn)行熱矯直處理，熱矯直溫度> 500 °C。
[0015] (6)無(wú)損探傷與螺紋加工：將熱矯直處理完成后的有縫焊管進(jìn)行超聲、電磁等檢 巧。，隨后對(duì)檢測(cè)合格的管巧進(jìn)行管端特殊螺紋加工及檢驗(yàn)，最終獲得適應(yīng)于稠油熱采井用 膨脹套管。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：
[0017] 1、本發(fā)明的合金成分設(shè)計(jì)，通過(guò)添加 Cr、M〇W及Ce-La-Y混合稀±等化學(xué)成分，不 僅使板卷鋼材的強(qiáng)度提高，而且細(xì)化晶粒、凈化鋼液，同時(shí)還可改變夾雜物的性質(zhì)，顯著提 高材料的初性。
[0018] 2、本發(fā)明生產(chǎn)的膨脹套管經(jīng)10%徑向發(fā)生膨脹變形（膨脹率= 10%)后，管材在 320°C高溫下的屈服強(qiáng)度>552Mpa，可達(dá)到稠油熱采井用膨脹套管的技術(shù)要求。
【附圖說(shuō)明】：
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 圖1為膨脹套管經(jīng)10%膨脹變形前后結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0021] 實(shí)施例見表1-表3。由表1-表3可W看出：采用本發(fā)明所述的化學(xué)成分和工藝，生產(chǎn) 的試驗(yàn)稠油熱采井用膨脹套管的膨脹性能優(yōu)良，徑向膨脹變形后管材仍具有高的強(qiáng)度、良 好的初性和較好的高溫力學(xué)性能，能夠滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)中的N80鋼級(jí)套管性能要求。
[0022] Ξ個(gè)實(shí)施例均采用電爐冶煉、爐外精煉后的鋼水進(jìn)行化處理后，誘注成板巧。板巧 經(jīng)1160~128(TC加熱后社成板帶，板帶的終社溫度大于83(TC，社后板帶經(jīng)加速冷卻的方法 冷卻至660°CW下卷取成鋼卷。經(jīng)拆卷、縱剪、銳邊、FFX成型、HFW焊接及焊縫熱處理制成規(guī) 定尺寸的有縫焊管，W45°C/s的加熱速率對(duì)焊縫進(jìn)行即時(shí)在線熱處理，加熱溫度控制范圍 為:920±5°C，加熱時(shí)間為25~60s，隨后對(duì)焊縫的內(nèi)外毛刺進(jìn)行修整，內(nèi)毛刺刮槽深度和外 毛刺余高均《0.25mm;采用燃?xì)鉅t將HFW毛巧管加熱至880°C，保溫80min，水澤至室溫，然后 經(jīng)640°C回火，保溫90min后，管巧出回火爐進(jìn)行熱矯直處理，熱矯直溫度為520°C。將熱矯直 完成后的管巧在冷床上空冷至室溫，隨后逐根進(jìn)行超聲、電磁等檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)合格的管巧進(jìn) 行管端特殊螺紋加工及檢測(cè)，最終獲得本發(fā)明的稠油熱采井用焊接膨脹套管。
[0023] Ξ個(gè)實(shí)施例煉鋼工藝、制管工藝和熱處理工藝都相同，不同的是管巧化學(xué)成分。對(duì) 各實(shí)施例管巧化學(xué)成分、力學(xué)性能和高溫性能檢測(cè)，結(jié)果如表1、表2和表3所示。
[0024] 從表1可W看出，通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)的膨脹套管成分中都含有0.003-0.012%的Ce- La-Y混合稀±。
[0025] 從表2可W看到，通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)的膨脹套管（膨脹率= 0%)力學(xué)性能符合API Spec 5CT-N80鋼級(jí)套管標(biāo)準(zhǔn)要求。室溫條件下，膨脹套管經(jīng)10%徑向變形(如圖1中膨脹套 管經(jīng)10%膨脹變形前后結(jié)構(gòu)圖，從159.3mm變?yōu)?75.2mm)后，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度升高，斷 后延伸率和沖擊初性下降，管材性能仍能夠滿足API Spec 5CT-N80鋼級(jí)套管標(biāo)準(zhǔn)要求，特 別是沖擊初性遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[00%]從表3可W看到，通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)的膨脹套管經(jīng)10%徑向發(fā)生膨脹變形(膨脹率= 10%)后，管材在320°C高溫下的屈服強(qiáng)度>552Mpa，可達(dá)到稠油熱采井用膨脹套管的技術(shù) 要求。
[0027] 表1試驗(yàn)管巧的化學(xué)成分，wt%
[0028] _
[0031] 表3試驗(yàn)套管的高溫拉伸性能
[0032]
[0033] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種稠油熱采井用膨脹套管，其特征在于:按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，所述膨脹套管的化學(xué)成分 S:C:0.18~0.32%，Si:0.12~0.32%，Mn:l.l~1.7%，S〈0.005%，P〈0.020%，Cr:0.1~ 0.6%，]?〇:0.15~0.50%，〇1:0.10~0.30%，恥：0.01~0.05%，〇6-1^-￥混合稀土 ：0.003~ 0.012%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。2. 如權(quán)利要求1所述稠油熱采井用膨脹套管，其特征在于:室溫條件下，所述膨脹套管 的管材屈服強(qiáng)度彡600MPa，抗拉強(qiáng)度彡689MPa，斷后延伸率彡30%，夏比V型缺口焊縫沖擊 韌性彡90 J;經(jīng)10 %徑向膨脹變形后，管材的屈服強(qiáng)度彡650MPa，抗拉強(qiáng)度彡71 OMPa，斷后延 伸率彡18%，夏比V型缺口焊縫沖擊韌性彡80J;320°C拉伸性能：屈服強(qiáng)度彡552MPa。3. 制造權(quán)利要求1所述的稠油熱采井用膨脹套管的制造方法，制造過(guò)程依次為:板卷拆 卷、縱剪、銑邊、FFX成型、HFW焊接、焊縫在線熱處理、焊縫內(nèi)外毛刺修整、整管特殊熱處理、 熱矯直處理、無(wú)損探傷和螺紋加工，其特征在于:所述板卷是通過(guò)轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼獲得的鋼 水，經(jīng)爐外精煉、Ca處理后饒注成板還，板還經(jīng)1160~1280 °C加熱后乳成板帶，板帶的終乳 溫度大于830°C，乳后板帶經(jīng)加速冷卻的方法冷卻至660°C以下卷取制成;所述焊縫在線熱 處理采用中頻感應(yīng)加熱方式，加熱速率為35~45°C/s，加熱溫度控制在910~940 °C范圍之 內(nèi)；所述整管特殊熱處理采用燃?xì)鉅t將HFW鋼管加熱至Ac3±30°C范圍，保溫60~90min后水 淬至室溫，然后經(jīng)620~700°C回火，保溫60~150min;所述熱矯直處理的溫度彡500°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/02GK106011638SQ201610332741
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】畢宗岳, 李遠(yuǎn)征, 韋奉, 何石磊, 張峰, 梁航, 李周波, 白鶴, 周新義, 王亮, 徐凱, 楊曉龍
【申請(qǐng)人】寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司