[发明专利]一种低合金高强度抗硫油套管材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种低合金高强度抗硫油套管材料及其制备方法，所述低合金高强度抗硫油套管材料的成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.15％≤Si≤0.35％、0.4％≤Mn≤0.6％、Cr≤0.4％、0.7％≤Mo≤0.9％、0.12％≤V≤0.18％、0.01％≤Al≤0.04％、P≤0.01％、S≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过采用优化的成分设计和独特的制备工艺，使所制备的油套管材料夹杂物有害性小、组织细小均匀并存在大量的低角度晶界，具有优良的力学性能和抗硫化物应力腐蚀性能，可广泛应用于酸性介质深井、超深井油气井的开采，市场前景广阔。

技术领域

本发明涉及油套管制造技术领域，尤其涉及一种低合金高强度抗硫油套管材料及其制备方法。

背景技术

据统计，世界上已探明的油气田中大约有1/3含有硫化氢气体，如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达平切尔湾油田等。我国的四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的硫化氢气体，其中西南地区地质条件复杂，油气埋藏深，多在4000-6000m，目前已钻井最深达7175m，而且其中天然气中含H₂S比例极高，80％的气田含H₂S大于20mg/m³，最高可达490g/m³。油气开采与储运过程中因腐蚀导致的原油、天然气的泄露会造成环境污染，大规模的泄露还会导致产生非常严重的灾难性后果。因此，含H₂S油气田需要采用抗硫化物应力腐蚀的油套管进行开采。

20世纪八九十年代，日本、欧美等发达国家和地区先后开发了高强度抗硫用油套管系列，而且钢级越来越高：621MPa(90ksi)，655MPa(95ksi)，689MPa(100ksi)以及758MPa(110ksi)。T95钢级是80年代可获得的最高钢级抗硫用钢。C90和T95分别于1985年和1989年被引进API Spec 5AC和API Spec 5CT标准。20世纪90年代开发了钢级更高的C110钢，2011年，C110钢级被列入API Spec 5CT标准。

目前，110ksi钢级是市场上形成批量供货的最高钢级抗硫油套管，但是，其已经不能满足要求。因此，我国急需开发更高强度的抗硫油套管及制备技术。随着材料强度性能的提高，材料的抗硫化物应力腐蚀能力明显降低，高强度并兼有较好的抗硫化物应力腐蚀能力的油套管材料开发是目前行业的瓶颈难题。

发明内容

针对现有的抗硫化物应力腐蚀油套管材料不能满足油气田需求的问题，本发明提供一种具备优良的力学性能和耐腐蚀性能的低合金高强度抗硫油套管材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种低合金高强度抗硫油套管材料，其成分重量百分比为：0.18％≤C≤0.22％、0.15％≤Si≤0.35％、0.4％≤Mn≤0.6％、Cr≤0.4％、0.7％≤Mo≤0.9％、0.12％≤V≤0.18％、0.01％≤Al≤0.04％、P≤0.01％、S≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的成分设计是在C-Mn钢的基础上，通过添加少量的Mo、V，选择性地加入Cr，并精细控制Cr、Mo、V的含量范围，在热处理过程中细化组织、控制碳化物的析出尺寸，保证了材料在较高的强度下具有良好的抗硫化物应力腐蚀性能。上述各成分以特定比例相互配合，不额外添加Nb、Ti、B等合金元素，制备的抗硫油套管材料可达到125ksi钢级，能同时较好地满足油套管材料对高强度和耐腐性性能的要求。

化学成分主要是基于以下思想进行设计：

C析出物形成元素，含碳量高可以提高强度；但是，当C含量过高时，则会与Cr、Mo、V形成大量粗化的析出物，并加重钢的偏析，造成韧性下降。因此，综合考虑C元素对强度和韧性的影响，将C含量选定为0.18％-0.22％。