[发明专利]一种超高强度石油套管用钢、石油套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油套管及其制造方法，尤其涉及一种屈服强度在1180MPa以上(170ksi以上)的超高强度石油套管用钢，以及抗挤毁的石油套管管柱及其制造方法。

背景技术

中原油田有着特殊的地质条件，多数油井需穿过泥盐、盐膏等地层。由于盐层井段很不稳定，具有塑性蠕动性，对钻井施工和完井后的套管都有很大的危害。一般而言，石油套管所受外挤力和最大应力随盐层厚度、深度的增大而增大。盐膏层溶解造成井眼扩大，形成溶洞，套管形成压杆支撑上覆岩层压力，同时盐膏层流动、滑移、坍塌使套管受非均匀载荷增加，受力状况恶化，套管所受外挤力将会超过套管本身所能承受的最大承载能力，从而不可避免地导致套管损坏变形，研究表明，盐层蠕动挤毁是中原油田套管损坏的主要原因。

中原油田东濮凹陷泥岩层区块需要使用Φ177.8×10.36以及Φ177.8×11.51两种API标准规格套管。然而，由于该地区地应力很高，对于输送石油的石油套管的抗外挤毁能力要求很高，考虑到一定的保险系数之外，套管的压溃强度需要不低于103MPa。但现有规格的套管产品，如API P110的压溃强度根本不能满足油田的使用的要求。

目前主要采用以下两种方法来提高套管的抗挤毁性能，一是在生产过程中，采用特殊工艺来提高管体的尺寸精度(圆度和壁厚均匀度)、降低残余应力和提高行服强度范围，来提高套管的抗挤毁性能。二是可以采用通过保持内径不变、增加外径的方法来提高套管的抗挤毁强度。对于第一种方法，在生产机组一定的情况下，大幅提高套管抗挤强度最有效的方法是提高套管的屈服强度；对于第二种方法，如果外径增加过大，必将更改配套的接箍尺寸，因此，当与上下管串的API标准的Φ177.8mm规格的套管连接时，需要采用变扣特殊短节过渡，从而导致与井眼之间的间隙变小，固井质量降低、施工难度变大。

CN102296239A公开了一种高强度抗挤毁石油套管管柱及其制造方法，提出了一种外径φ141.3mm的高强度管柱，可以和上下管串的139.7规格套管直接相连，但其最高屈服强度仅能达到1180MPa。这种钢的化学成分为C：0.24-0.30％，Si：0.25-0.5％，Mn：0.9-1.3％，P：0-0.015％，S：0-0.01％，Cr：0.9-1.3％，Mo：0.6-0.8％，Al：0.01-0.03％，Ca：0.0005-0.006％，V：0.06-0.10％，Nb：0.02-0.05％。由于该钢中Mn含量过高，成份偏析严重，在保证油田使用的足够韧性的前提下，屈服强度无法达到1180MPa级以上。

因此，开发一种抗挤毁的超高强度石油套管用钢，特别是石油套管管柱用钢具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种屈服强度1180MPa级以上超高强度石油套管用钢，适合用于抗挤毁的石油套管管柱。

为了实现上述目的，本发明的超高强度石油套管用钢，其重量百分比化学成分为：C：0.25-0.36％，Si：0.10-0.50％，Mn：0.2-0.8％，P＜0.013％，S＜0.003％，Cr：0.8-1.4％，Mo：0.6-1.0％，Al：0.01-0.04％，Ca：0.001-0.006％，以及V：0-0.10％，Nb：0-0.08％，Ti：0-0.05％中的一种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的又一个目的是上述石油套管的制造方法，其包括：

将钢水进行炉外精炼和真空脱气后连铸成圆坯；

将圆坯均热后穿孔；

进行轧管，轧后空冷并进行锯切；

将套管管柱进行调质处理：淬火温度为880-930℃，保温时间为30-60min，然后水淬，在590-650℃进行高温回火，保温时间为30-80min；

将套管管柱进行热定径和热矫直，控制热定径温度为570-640℃，热矫直温度为500-560℃，控制套管管柱的不圆度小于0.4％，壁厚不均率小于12％。

根据上述成分和工艺制造的石油套管，特别是外径180mm、抗挤毁的石油套管管柱，其不仅能够达到对石油套管抗挤毁能力不低于103MPa的要求，而且套管外径接近API标准规格套管，与上下管串可以直接连接，不需要采用变扣特殊短节进行过渡，因而使得下套管施工更便捷、更安全。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的特点和优点进行详细说明。

本发明中，除非另有指明，含量均为重量百分比含量。