[发明专利]高强度石油套管用钛合金及其用于制造石油套管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种高强度石油套管用钛合金，本发明还涉及该钛合用于制造石油套管的方法。 

背景技术

石油套管是一种大口径管材，起到固定石油和天然气油井壁或井孔的作用。套管是插入井孔里，用水泥固定，以防止井眼隔开岩层和井眼坍塌、并保证钻探泥浆循环流动，以便于钻探开采。在石油开采过程中使用的不同类型的套管：(1)表层石油套管：保护钻井，使其避免受浅水层及浅气层污染，支撑井口设备并保持套管的其他层重量；(2)技术石油套管：分隔不同层面的压力，以便钻液额度正常流通并保护生产套管；(3)油层石油套管：将石油和天然气从地表下的储藏层里导出，用于保护钻井，将钻探泥浆分层。 

为保证石油套管的机械性能，石油套管均采用合金材料来制造。现有技术中，石油套管大多采用钢合金材料，如中国专利CN101812631A公开了一种油井可膨胀套管用钢及其制造方法，油井可膨胀套管用钢合金材料各组分的质量百分比为：C：0.08～0.2％、Mn：1～2％、Si：0.15～0.35％、Al：0.02～0.06％、P≤0.01％、S≤0.005％、N≤0.008％、Ca：0.001～0.005％、余量为Fe；又如中国专利CN101194038A公开了一种膨胀管用油井管及其制造方法，所述膨胀管用油井管以质量％计，含有C：0.03～0.14％、Si<0.8％、Mn：0.3～2.5％、P：<0.03％、S：<0.01％、Ti：0.005～0.03％、Al：<0.1％、N：0.001～0.01％、B：0.0005～0.003。这种以钢合金材料制备石油套管不仅工艺复杂，大规模生产的工艺控制难度大，而且制造成本很高，因此，需要提供一种石油套管用的新型的合金材料。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高强度的石油套管用钛合金，该钛合在用于制造石油套管时工艺要求低，无需特殊设备，而且制备的石油套管具有良好的机械性能。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

高强度石油套管用钛合金，所述钛合金化学成分的重量百分比如下： 

Fe：<0.3％；C：<0.08％；N：<0.05％；H：<0.015％；O：<0.2％；Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Mo：2.5～3.5％，余量Ti。 

上述的钛合金用于制造石油套管的方法，包括如下步骤： 

(1)、按权利要求1所述各成分的重量百分比称取各种材料颗粒，放入布料机内混合均匀； 

(2)、电极制作：将步骤(1)中混合均匀的颗粒放入到立式油压机模具内进行挤压电极； 

(3)真空炉内进行熔炼：一次锭单重250KG，熔炼电流为5500A～6000A；二次真空熔炼单重500KG，熔炼电流为8000A～8500A；并对出炉后的钛合金铸锭进行表面处理； 

(4)、采用锻造压力机将步骤(3)中表面处理后的钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后再进行表面修磨处理，得到初级锻坯； 

(5)、用带锯车床将步骤(4)的初级锻坯切成500mm～550mm长的毛锭，把切好的毛锭在车床上扒皮，单边2mm，根据成品管的内孔大小，用深孔钻钻出相应的通孔，并将中间棒材外表面、通孔内表面和端面包覆铁皮，再在铁皮外面包上铜皮； 

(6)、将步骤(5)包好的棒胚用电炉加热至880～910℃，保温2～4h，再将其送入双动卧式挤压机挤成长度为6000mm～10000mm的合金管坯，挤压速度控制在50～60mm/S；管坯经空气冷却后于体积浓度为25～45％的硝酸洗液中浸泡去除残留在管坯表面的铁皮和铜皮； 

(7)、通过深孔车床将管坯内孔的裂纹去除，管坯外表面经物理车光修磨得到成品管。 

进一步地，在上述技术方案的基础上， 

上述步骤(1)中Ti颗粒的粒度为0.83～25.4mm，Al、V和Mo颗粒的粒度为0.2～2.5mm。 

上述步骤(2)中每节电极的重量为30～40Kg。 

上述步骤(3)钛合金铸锭进行表面处理包括：行扒皮打磨处理；切除钛合金铸锭的冒口和锭底；去除钛合金铸锭的表面缺陷。 

上述步骤(3)中钛合金铸锭的截面为直径为300mm的圆形。