專利名稱：一種耐高溫油井管用鋼、油井管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井管用鋼，特別是涉及一種火驅(qū)采油用石油天然氣井油井管用鋼，以及使用溫度為700-750°C的耐高溫油井管及其制造方法。
背景技術(shù)：
稠油在世界油氣資源中占有很大的比例。我國稠油資源豐富，新疆油田、遼河油田、勝利油田等油區(qū)是我國主要的稠油開發(fā)區(qū)，稠油開采的潛力很大。在稠油的開采過程中，為了使油層溫度升高，降低稠油粘度，使稠油易于流動(dòng)，從而將稠油采出，存在蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、火燒油層等熱カ采油的方法。其中，火燒油層火驅(qū)采油是燃燒地層的一 部分原油以提高稠油采收率的最具潛力的熱采技術(shù)之一?；痱?qū)采油過程涉及到相鄰的兩ロ井，其中注氣井將空氣或氧氣注入地層點(diǎn)火使原油燃燒，采油井將火燒后可開采的原油采出。火驅(qū)原油過程是多種機(jī)制綜合起作用的結(jié)果，如熱裂解、混相驅(qū)動(dòng)、氣驅(qū)、巖石及油層流體的熱膨脹作用、地下流體的重力分離作用、蒸汽導(dǎo)致油層巖石相對(duì)滲透率及毛細(xì)カ的變化等。在火燒原油過程中，高溫火焰和套管以及油管接觸傳熱，靠近火焰的鋼管的工作溫度可高達(dá)700-750°C。高溫的工作環(huán)境很容易使普通鋼管產(chǎn)生嚴(yán)重氧化而燒蝕?，F(xiàn)有的耐高溫油套管產(chǎn)品主要以普碳鋼、CrMo鋼或含W的CrMo低合金鋼為主，見表1，如公開號(hào)為CN1873041A、CN1401809A、CN1904120的中國專利所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用溫度均低于400°C，耐高溫氧化性能很差。中國專利申請(qǐng)200910199165. 5涉及ー種耐高溫油井管用鋼及其制造方法，提供了使用溫度高達(dá)500°C油井管的解決方案，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C 0. 02-0. 31%；Si 0. 15-0. 68% ；Mn 0. 2-1. 48% ；Cr :2. 0-4. 0% ；V 0. 05-0. 20% ；Ti 0. 001-0. 05% ；Nb 0. 001-0. 05 % ；A1 0. 001-0. 07% ； Mo :0. 05-0. 9 % ；ff :0. 2-1. 755 ；N :0. 002-0. 05 % ；Ca 0. 001-0. 008% ;由于這種鋼管Cr含量低，在超過500°C的條件下鋼管會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氧化。上述產(chǎn)品的生產(chǎn)方法均采用了調(diào)質(zhì)熱處理工藝。中國專利申請(qǐng)201010260462. 9涉及ー種耐600°C高溫的油井管解決方案，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為c 0. 05-0. 15%, Si 0. 15-0. 45%, Mn :0. 3-0. 6%, Cr :8. 5-14. 0%,N 0. 004-0. 016 %, Al :0. 01-0. 05 % ;以及 V 彡 O. 15 %，Ti 彡 O. 05 %，Nb 彡 O. 05 %，
Mo^ 1.5%, I. 5%中的至少三種；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該耐高溫油井管在軋制成無縫鋼管后進(jìn)行正火和高溫回火處理，在使用溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能。但當(dāng)工作溫度在650-700°C的范圍內(nèi)，材料將進(jìn)入鐵素體和奧氏體兩相區(qū)，合金中合金元素在不同相中的含量是不同的。在氧化的初始階段，因?yàn)镃r的活性較高，合金表面都會(huì)生成Cr2O3氧化膜，其下的基體相應(yīng)的發(fā)生Cr的貧化。由于Cr在α相中的擴(kuò)散速度比在Y相中快，α相中的貧Cr區(qū)將得到較快的恢復(fù)，后續(xù)的氧化物仍然可能為Cr203。而相對(duì)而言，在Y相的貧Cr區(qū)由于Cr元素得不到較快的恢復(fù)而氧化，生成FeCr2O氧化物。這種情況尤其發(fā)生在合金表面Cr含量較低的地方，特別是在相界面處。近氧化膜處貧Cr基體中的Fe向氧化膜外擴(kuò)散，使得在氧化膜的外層生成易于脫落的Fe2O3,和內(nèi)層的FeCr2O4構(gòu)成兩層氧化膜結(jié)構(gòu)，大大的惡化合金高溫下的抗氧化能力。由于Y相的熱膨脹系數(shù)比α相的大，在正常作業(yè)時(shí)，由于不同相的熱膨脹能力不同，基體會(huì)對(duì)表面氧化膜產(chǎn)生拉或壓的作用。這些作用都會(huì)導(dǎo)致氧化膜開裂，加速氧化的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于火燒驅(qū)油對(duì)耐高溫油井管的新要求，本發(fā)明的目的在于提供ー種使用溫度在700-750°C時(shí)基體為奧氏體単相的耐高溫石油用管及其生產(chǎn)方法，以滿足火驅(qū)采油對(duì)油井管提出的耐高溫的性能需求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供ー種耐高溫油井管用鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C 0. 03-0. 12 % ；Si 0. 15-0. 45 % ；Mn :0. 5-1. 5 % ；Cr :7-13. 5 % ；Ni :8-13 % ；A1
0.5-1. 5% ；Mo 0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%, Ti :0-0. 35%, Cu :0-1. 0%中的至少兩種；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，Creq為 16-20，更優(yōu)選為 16. 4-19. 4 ；優(yōu)選地，Nieq為 12-15，更優(yōu)選為 12. 2-14. 4。以下是本發(fā)明油井管用鋼的各化學(xué)成分的作用及其具體說明C :奧氏體形成元素，高溫下易氧化脫碳，顯著降低材料的高溫性能，破壞氧化膜的連續(xù)性，按重量百分比，C含量不宣大于O. 12%，但是C含量太低煉鋼難度増大，提高生產(chǎn)成本，所以宜采用含碳量O. 03-0. 12%。Si :鐵素體形成元素，固溶于鐵素體以提高鋼的屈服強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)損失塑性和韌性，按重量百分比，宜采用硅含量為O. 15-0. 45%。Mn :奧氏體形成元素，主要起固溶強(qiáng)化作用，但含量太高時(shí)偏析嚴(yán)重，按重量百分比，宜采用Mn含量為O. 5-1. 5%0Cr :鐵素體形成元素，提高材料的高溫強(qiáng)度、高溫下生成Cr2O3氧化膜，有效提高套管的耐氧化性能，但含量過高成本増加，按重量百分比，宜采用含量7-13.5%。Al :強(qiáng)鐵素體形成元素，高溫下生成Al2O3氧化膜，有效提高套管的耐氧化性能，但含量過高易使煉鋼水口堵塞，使得澆鑄困難，按重量百分比，宜采用含量O. 5-1.5%。Ni :有利于高溫軋制，奧氏體形成元素。Ni加入量過低，不能保證700°C工作溫度下處于單相奧氏體狀態(tài)，加入量過高則増加成本，按重量百分比，宜采用含量8-13%。Mo :鐵素體形成元素，強(qiáng)碳化物形成元素，可以有效地有利于提高材料的高溫強(qiáng)度，含量高時(shí)成本過高，按重量百分比，宜采用含量O. 2-0. 8%。Cu :奧氏體形成元素，有利于提高材料的高溫強(qiáng)度，含量高時(shí)成本過高，按重量百分比，宜采用含量0-1.0%。優(yōu)選加入量為O. 5-1. O %。V:強(qiáng)鐵素體形成元素，強(qiáng)碳氮化物形成元素，釩的碳氮化物在鋼中細(xì)小彌散析出，可以有效地提高材料的高溫強(qiáng)度，但含量過高成本増加。按重量百分比，宜采用含量0-0.2%。優(yōu)選加入量為O. 08-0. 2%。Ti :鐵素體形成元素，強(qiáng)碳氮化物形成元素，有利于提高材料的高溫強(qiáng)度；若含量太高，易形成粗大的TiN。按重量百分比，宜采用含量0-0. 35%。優(yōu)選加入量為O. 06-0. 35%o本發(fā)明的石油套管的制造方法如下按照本發(fā)明的化學(xué)成分的鋼水經(jīng)過熔煉后，連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯。熱軋后獲得的無縫鋼管，加熱溫度1000-1200°C，保溫時(shí)間30-120分鐘，回火溫度600-750°C，回火時(shí)間為30_90min。然后熱定徑、熱矯直，熱矯直溫度大于400°C，優(yōu)選大于500°C。按照本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)及其エ藝得到的油井管用鋼制成的耐高溫套管在700-750°C的使用溫度下，基體為奧氏體単相，能快速形成Cr2O3Al2O3復(fù)合氧化保護(hù)膜，有效抵御高溫的燒蝕，具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能，可以很好地滿足火燒油田采油用管苛刻環(huán)境的要求。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施例I鋼和對(duì)比例I鋼在700°C的高溫空氣環(huán)境條件下保溫576 后的小時(shí)氧化增重曲線。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例I鋼的表面氧化膜形貌。圖3是對(duì)比例I鋼的表面氧化膜形貌。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。表I不出了本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的成分對(duì)比；表2示出了實(shí)施例與對(duì)比例的化學(xué)成分(wt % )；表3示出了實(shí)施例與對(duì)比例的熱處理工藝和力學(xué)性能。本發(fā)明的石油套管的制造方法如下具有表2所示的化學(xué)成分的鋼水經(jīng)過熔煉后，連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯。熱軋后獲得的無縫鋼管，采用固溶處理工藝，使合金元素充分溶解并均勻化。加熱溫度1000-1200°C，保溫時(shí)間30-120分鐘，回火溫度600-7500C。然后熱定徑、熱矯直，熱矯直溫度大于400°C。
權(quán)利要求
1.ー種油井管用鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為c :0.03-0. 12% ；Si 0. 15-0. 45% ；Mn 0. 5-1. 5% ；Cr :7-13. 5% ；Ni :8-13% ；A1 :0. 5-1. 5% ；Mo :0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%,Ti 0-0. 35%、Cu :0-1.0%中的至少兩種；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的油井管用鋼，其特征在于，V:0. 08-0. 2%，或Ti :0. 06-0. 35%,或 Cu 0. 5-1. 0%o
3.如權(quán)利要求I或2所述的油井管用鋼，其特征在干，V、Ti和Cu中至少兩種的含量之和為O. 14%以上。
4.ー種耐高溫油井管，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C :0. 03-0. 12%；Si 0. 15-0. 45%；Mn 0. 5-1. 5% ；Cr :7-13. 5% ；Ni :8-13% ；A1 :0. 5-1. 5% ；Mo :0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%,Ti 0-0. 35%, Cu :0-1.0%中的至少兩種；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的油井管，其特征在于，V:0. 08-0. 2%，或Ti :0. 06-0. 35%，或Cu 0. 5-1. 0%。
6.如權(quán)利要求4或5所述的油井管，其特征在干，V、Ti和Cu中至少兩種的含量之和為O.14%以上。
7.如權(quán)利要求4-6任一所述的油井管的制造方法，包括 鋼水經(jīng)過熔煉后連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯； 熱軋后獲得的無縫鋼管，加熱溫度為1000-1200°C，保溫時(shí)間為30-120分鐘，回火溫度.600-750°C，回火時(shí)間為 30-90min ； 然后熱定徑、熱矯直，熱矯直溫度大于400°C。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，熱矯直溫度為大于500°C。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法制造的油井管，其使用溫度為700-750°C。
10.如權(quán)利要求9所述的油井管，其室溫屈服強(qiáng)度為630MPa以上，700°C屈服強(qiáng)度為.350MPa 以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油井管用鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C0.03-0.12％；Si0.15-0.45％；Mn0.5-1.5％；Cr7-13.5％；Ni8-13％；Al0.5-1.5％；Mo0.2-0.8％；以及V0-0.2％、Ti0-0.35％、Cu0-1.0％中的至少兩種；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其油井管的制造包括鋼水經(jīng)過熔煉后連鑄成圓坯，或澆鑄成方坯后軋制成圓坯；熱軋后獲得的無縫鋼管，加熱溫度為1000-1200℃，保溫時(shí)間為30-120分鐘，回火溫度600-750℃，回火時(shí)間為30-90min；然后熱定徑、熱矯直，熱矯直溫度大于400℃。這樣得到使用溫度為700-750℃的耐高溫油井管，其700℃的屈服強(qiáng)度為350MPa以上。
文檔編號(hào)C22C38/46GK102691008SQ201110073690
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者田青超 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司