[发明专利]一种中高压地层封堵用膨胀套管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种中高压地层封堵用膨胀套管，包括下列以质量百分数计的化学成分C：0.08‑0.18％，Si：0.18‑0.38％，Mn：0.5‑1.2％，Mo：0.35‑0.85％，Ni：0.25‑0.55％，Nb：0.04‑0.15％，RE：0.05‑0.12％，S≤0.005％，P≤0.010％，B：0.0005‑0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质，包括以下制备步骤：卷板制造、ERW制管、焊缝热处理、整管热处理及去应力处理、无损探伤和螺纹加工。膨胀套管经≤15％径向膨胀变形后，管材纵向ReL为655‑758MPa，Rm＞724MPa，A＞13％，抗外压挤毁强度≥32MPa。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体是一种中高压地层封堵用膨胀套管及其制造方法。

背景技术

膨胀管技术是将管柱下入井内，以机械或液压的方法使管柱发生永久性塑性变形，使井眼或生产管柱的内径扩大。该技术能够增加套管层次，简化井身结构，节约钻井成本，是一种更加灵活的完井方式和全新的修井方法，也是油田钻井和完井方面最具革命性的技术之一(李益良，陈强，李涛，韩伟业，毕秀玲，孙强.国外膨胀管技术应用新进展.石油机械，2013，42(1)：24-27)。国内从2001年开始对实体膨胀管进行跟踪研究，主要包括可膨胀管材、膨胀工具及膨胀工艺等，其中可膨胀管材的开发是首要解决的问题。中国专利CN104087834B在中低碳钢中添加Ca、Cu、Ce/La混合稀土，添加Ni、Mo、Nb、V、Ti中的一种或几种，采用HFW焊接-焊缝在线正火处理-整管两相区淬火-回火的方法，发明了J55、N80钢级耐沟槽腐蚀膨胀管用钢及焊接膨胀套管，但是其强度和可膨胀性能均无法满足高压地层的封堵要求。宝鸡石油钢管有限责任公司利用“HFW+热张力减径+整管热处理”的SEW(HotStretch-reducing Electric Welding，热张力减径电阻焊)工艺开发出了80钢级膨胀套管。套管膨胀前(规格：)外压失效载荷为66MPa，套管膨胀后(规格：)外压失效载荷为29.7MPa(李远征，韦奉，毕宗岳，张峰，何石磊.一种石油天然气开采用80钢级膨胀管的性能研究.钢管，2015，44(2)：22-26)，基本能够满足中低压地层封堵要求(膨胀后管材外压失效载荷要求＜30MPa)，但并不适于高压地层的封堵(膨胀后管材外压失效载荷要求≥30MPa)。

膨胀套管的抗外压挤毁性能与所用材料成分、管体的机械性能、应力状态等有一定的关系，如套管钢级越高，抗外压挤毁能力越好。例如，公开号为CN101353949A的中国专利，通过在成分里面加入了大量的Cr、Ni等贵金属开发出P110钢级膨胀管，但原料的合金成本较高；公开号为CN102534372A的中国专利，通过利用淬火以及后续的亚稳回火-淬火-配分处理生产出P110钢级多相高均匀伸长率膨胀管，但生产工艺较复杂，不利于批量化生产；公开号为CN106011638A的中国专利，通过在成分里添加Cr、Ni、Mo及Ce-La-Y混合稀土，利用HFW焊接-焊缝在线热处理-整管正火及回火工艺制备了屈服强度

≥600Mpa、抗拉强度≥689MPa、断后伸长率≥30％、夏比V型缺口焊缝冲击韧性≥90J的稠油热采井用膨胀套管，但是该套管径向膨胀率≤10％。同时，上述三项专利一方面未提及膨胀管膨胀前后的抗外压挤毁性能；其次径向膨胀率≤10％；第三，API 5CT标准中P110钢级膨胀管最小屈服强度为758MPa，这对油田现场膨胀施工的作业压力及作业装备提出了更高的要求。管材膨胀变形是一种冷加工，其屈服强度越高，现场膨胀作业所需要的膨胀作业压力越大，对作业设备的要求就越高，本专利的目的是开发出95ksi钢级膨胀管，兼顾现场作业，克服抗外挤性能不足的问题。

本发明通过材料成分设计和管材制备工艺优化等，实现管材抗外压挤毁强度的提升，降低了生产制造成本，满足油田用户需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明第一个目的在于提供一种中高压地层封堵用低碳低合金膨胀套管。第二个目的在于提供一种中高压地层封堵用低碳低合金膨胀套管的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：