[发明专利]一种耐热高强套管用钢及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温、高压油气井或热采井用套管，尤其涉及一种耐热高强套管用钢及其制备工艺，属于黑色金属冶炼及制管领域。

背景技术

随着陆上勘探领域的扩大和向深层发展，井内温度、压力相应升高，国内以塔里木油田为代表，储层埋藏深一般5000m，最深可达7830m，地层压力高一般105MPa，最高可达184MPa，地层温度高一般130℃，最高可达176℃。高温降低了套管的屈服强度和弹性模量，高压增加了套管承受的外压，均增大了管材的服役风险。海上油气田同陆地油气田一样，不仅普遍存在着异常高压或高温高压的问题，而且同样具有分布范围广、变化范围大的特点。迄今在海上发现的高温高压(HPHT)气井，其温度和压力绝对值都非常高，压力梯度最高可达到或超过理论推算的上覆地层压力梯度(即2.31g/cm³当量钻井液密度)，地温梯度达到4℃/100m以上，极大限制了油藏开发所需材料和技术的应用范围。此外，岩层蠕变、吸水膨胀、断层运动等产生的地应力，作用于套管也会使套管变形损坏，因此亟待开发耐热高强套管满足高温高压井况需求。

随着石油开采工业的不断发展和石油消耗量的不断增加，开采稠油已成为国内外许多石油公司的主要产量来源。我国的辽河、新疆、河南、胜利等油田都有丰富的稠油资源，其中辽河油田、新疆克拉玛依油田的稠油产量分别占到其原油总产量的1/2和1/3；国外的加拿大、委内瑞拉、美国、印度尼西亚稠油资源也非常丰富。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率的工程项目，该技术自问世以来，经过突飞猛进的发展，现已形成以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热等一系列技术，其中注蒸汽单井吞吐开采是目前开采稠油的主要手段。热采井注蒸汽的平均温度在320℃左右，有的超过350℃，同时由于稠油的地层胶结疏松，在采油过程中容易出砂，造成地层移动，从而使套管发生挤毁变形、错断等套损现象。而且由于注采和回采过程中，套管发生反复冷热变形，从而产生周期性的拉压应力，很容易导致普通套管疲劳失效，因此很有必要开发耐热高强套管。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高温、高压油气井或热采井用套管，具体通过以下方式实现套管的高强耐热性能：

一种耐热高强套管用钢，按照重量百分比，所述套管用钢的化学成分为：C：0.10～0.25；Si：0.10～0.30；Mn：0.70～1.30；Hf：0.05～0.30；B：0.001～0.006；Mo：0～0.20；W：0～0.25；Nb：0～0.15；Ta：0～0.20；Ti：0～0.18；Zr：0～0.18；RE：0.01～0.20；P：≤0.008；S：≤0.004；其余为Fe。

所述稀土元素为Pr、Ce、Nd的混合物，其重量百分配比为：Pr43％、Ce39％、Nd18％。

一种耐热高强套管用钢的制备工艺如下：

(1)熔炼：耐热钢原料按照配比加入转炉或电炉，加热至1550～1700℃，并于1400～1500℃出炉；(2)变质及镇静处理：向钢水中加入铌稀土进行变质处理，待钢液镇静处理后连铸成板坯；(3)控制轧制和控制冷却：板坯经1050～1300℃加热后轧成板带，板带的终轧温度≥850℃，轧后板带经层流冷却至650℃以下卷取成板卷。

一种耐热高强套管的制备工艺如下：(1)冶炼；(2)板卷制备；(3)钢带纵剪；(4)FFX成型；(5)高频焊接；(6)焊缝中频正火及碾压处理；(7)高温形变淬火处理；(8)回火处理；(9)带温定径和矫直；(10)全管探伤检测。

所述步骤(5)、(6)中钢管焊接时，V型开口角设定为3°～5°、挤压量≤1.0t、焊接速度为20～35m/min，焊后即时进行内、外焊缝毛刺清除，焊缝碾压及正火处理，正火温度为850～1000℃。

所述步骤(7)中先以2～4℃/min升温至650～700℃，保温40～100min后以1～2℃/min升温至900～1000℃，保温60～100min后即时进入张力减径机组，进行45％以下(根据目标规格和定尺长度进行减径和改变壁厚)的张减处理，然后油冷至室温。

所述步骤(8)和步骤(9)中以4～6℃/min升温至370～450℃，保温160～240min，再以2～4℃/min升温至650～750℃，保温65～85min，然后强风风冷至200～260℃，并保温150～220min后进行定径和矫直处理。