[发明专利]一种低成本大膨胀率膨胀管用TWIP钢及钢管制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料和石油天然气工业领域，涉及到含有C、Mn及合金化元素Cr、Si和Re的TWIP钢，本钢材适用于制作大膨胀率可膨胀管。

背景技术

可膨胀管技术(马洪涛.国外膨胀管技术的发展与应用[J].国外油田工程，2006，2(22)：20-24)是在井下利用机械或液压的方法，通过膨胀锥由上到下或由下往上运动，使套管钢材发生永久塑性变形，使膨胀后的套管达到贴紧井壁的目的。其是近几年发展起来的针对石油天然气工业中的钻井、完井和修井的先进工艺技术，也有人将其称为21世纪地学领域中的登月技术，认为可膨胀管技术是21世纪石油天然气工业中的关键性技术之一。对于可膨胀管技术而言，最富有革命性和挑战性的是单一井径钻井技术。单一井径钻井技术是利用相同的钻柱结构形成相同井径的井眼，逐级下入膨胀管膨胀到设计尺寸，实现油气井全井一套管柱，井眼尺寸相同，且不改变后续施工工艺的一项新技术。等井径钻井技术通过膨胀锥的膨胀使管材发生塑性形变(膨胀率大于30％)，实现全井井眼尺寸相同，从而获得最大通径，节省完井固井费用、为后续试油、增产措施实施和修井作业等提供足够的井眼通径。等井径井技术是膨胀管技术的顶端精髓技术。由于钻井装备提供的膨胀动力限制，作为等井径钻井技术的膨胀管材必须具有较低的屈服强度、较高的抗拉强度、较低的屈强比和很高塑性延伸率，以及高的加工硬化率；使得膨胀后的钢管的强度应该不低于API5CT中的J55、N80或P110套管管材的水平。因此，大膨胀率大尺寸的单一井径井技术用的可膨胀管就成了必须解决的问题。

但是，目前使用的可膨胀钢管，包括现有的API套管钢管中选择使用的K55、J55、L80套管以及Shell开发的LSX-80可膨胀套管，甚至包括我国近年开发的不锈双相钢和TRIP钢可膨胀管套管(徐瑞萍.可膨胀管材料的研究与开发[D].天津大学硕士学位论文，2006，2)，在保证强度的同时，往往屈服强度较高、膨胀率不足25％；高于此膨胀率的大尺寸膨胀套管材料的选择问题一直没有得到很好地解决。

大膨胀率可膨胀管的制备涉及材料选择、金属加工、机械设计等多个领域。其中最重要的是可膨胀管材料的选择与开发(徐瑞萍.可膨胀管材料的研究与开发[D].天津大学硕士学位论文，2006，2；张恒.实体管井下温变形膨胀的物理冶金问题及有限元分析[D].西南石油大学博士学位论文，2010，6)。为了表达可膨胀套管材料的综合性能，通常利用“强塑积”概念作为可膨胀管材料选用设计开发准则，“强塑积”用字母k表示，等于材料在正常状态下的拉伸强度Rm和断后伸长率A的乘积，即：

k＝Rm·A                (1)

式中Rm的单位为MPa，A的单位为％，则强塑积k的单位就是MPa％。并提出k＝30000MPa％作为可膨胀管材料开发选择的判据。