[发明专利]一种耐腐蚀高抗挤石油套管及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐腐蚀高抗挤石油套管及其制备方法。所述石油套管的成分重量百分比为：0.22％≤C≤0.30％、0.15％≤Si≤0.35％、0.40％≤Mn≤0.60％、S≤0.003％、P≤0.01％、0.02％≤Al≤0.04％、0.75％≤Cr≤1.20％、0.25％≤Mo≤0.55％、Ca≤0.0025％、N≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过成分调整和工艺优化，使所制备的石油套管的抗挤强度高于API 5C3标准要求的抗挤强度30％以上，抗硫化氢腐蚀性能符合API 5CT(第45版)PSL3要求，可广泛应用于酸性介质深井、超深井等复杂地质条件的油气井的开采。

技术领域

本发明涉及石油套管技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀高抗挤石油套管及其制备方法。

背景技术

随着石油工业的发展，油气井的钻井深度越来越深，新开发的油气资源大都分布在地面和地下环境恶劣的地区，导致油井管服役条件日益复杂。套管在井下不仅要面临H₂S、CO₂等介质的腐蚀作用，还要面临复杂地质条件或蠕变地层对管柱施加的复杂外力的作用，因此对石油套管性能的要求越来越高。在存在酸性介质的特殊地质条件下使用的套管，不仅应具有较高的抗挤毁能力，还应兼具优良的抗硫化氢应力腐蚀、抗二氧化碳腐蚀的能力。

耐腐蚀高抗挤石油套管是抗硫套管的升级产品，主要用于高地层压力以及同时含H₂S、CO₂腐蚀介质的油气井中，可以有效地抵御地层高压和硫化氢应力腐蚀及二氧化碳腐蚀。耐腐蚀抗挤套管的开发不仅要考虑抗挤性能，同时保证力学性能的窄范围控制。钢管的抗挤强度和抗腐蚀性能是矛盾的对立体，也就是说，对于同一个钢级的钢管，提高材料的强度可以有效地提高钢管的抗挤强度，然而强度的提高对于材料的耐腐蚀性能不利。因此，生产耐腐蚀高抗挤石油套管难度较大，需要在成分设计、铸坯纯净度控制、轧制尺寸控制、热处理性能及组织控制等方面综合考虑。目前，急需开发具有耐腐蚀作用的高抗挤套管产品，来满足高温、高压、岩层蠕变及含有腐蚀介质等严酷井况的需求。

发明内容

针对现有石油套管不能同时满足耐腐蚀和抗挤毁性能要求的问题，本发明提供一种耐腐蚀高抗挤石油套管及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种耐腐蚀高抗挤石油套管，其成分重量百分比为：0.22％≤C≤0.30％、0.15％≤Si≤0.35％、0.40％≤Mn≤0.60％、S≤0.003％、P≤0.01％、0.02％≤Al≤0.04％、0.75％≤Cr≤1.20％、0.25％≤Mo≤0.55％、Ca≤0.0025％、N≤0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的成分设计中，不额外添加V、Nb、Ti、Cu、Ni等贵重合金，通过控制C含量为0.22-0.30％，可以提高钢管的淬透性和淬硬性；通过加入Mn、Si元素，并将其含量控制在较高的范围，可弥补因碳含量较低造成的石油套管强度的降低的缺陷；添加少量的Cr、Mo，通过Cr与Mo的有效配合，提高钢的淬透性，在淬火+高温回火状态，可保证钢种在较高的强度下具有良好的综合机械性能，同时提高抗应力腐蚀开裂性能；加入Al元素作为合金元素和脱氧元素，可提高石油套管的强度，同时还能提高钢表面Cr、Mo形成的钝化膜的稳定性，进一步提高石油套管的耐腐蚀性。上述各成分以特定比例相互配和，能较好的满足石油套管中对高抗挤和耐腐性性能相匹配的要求。

各元素的作用及配比依据如下：

C是钢中最重要的组成元素，也是决定碳钢凝固后金相组织和性能的主要元素。在调质热处理钢中，低碳(板条、位错)马氏体的回火组织对强韧性有益，另外碳又是强淬透性元素，在保证淬透能力和淬硬性方面对综合机械性能是有益的，但是，为了提高对抗二氧化碳和硫化氢的腐蚀性能，应当降低碳含量。为了兼顾管材的强度、淬透性和耐腐蚀性，本发明中将C含量设计为0.22-0.30％。