[发明专利]高膨胀率石油套管用钢及其用于制作石油套管的方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及铁基合金，具体地说是高膨胀率石油套管用钢及其用于制作石油套管的方法。

背景技术

现今将石油套管下入井内是采用逐级向下的延伸技术，下一级套管从上一级套管穿过，导致套管直径越来越小。膨胀管技术是将套管下入井内预定位置，通过中间管输送泥桨液，注满套管外侧的间隙空间，然后下部扩充锥受液体压力推动，自下而上地扩张膨胀套管，使套管直径发生变形，达到紧贴井壁的一种钻井、完井和修井的新技术。应用该技术可实现深井、超深井及恶劣地质条件下的单一井径，为解决深层油气的开采提供了一个崭新途径。目前制约单一井径技术发展的关键是制备大口径和可膨胀石油套管，其关键的关键则是提供这种石油套管用的新型的合金钢材料。

现有技术中，CN101812631A公开了油井可膨胀套管用钢及其制造方法，油井可膨胀套管用钢合金材料各组分的质量百分比为：C：0.08～0.2％、Mn：1～2％、Si：0.15～0.35％、Al：0.02～0.06％、P≤0.01％、S≤0.005％、N≤0.008％、Ca：0.001～0.005％、余量为Fe，为了保证该材料的性能，制造的钢管须在730～790℃的F+A两相区进行等温处理，然后在350～450℃等温一定时间以获得F+无碳B+残余A的金相显微组织。虽然具有上述钢合金材料组分的管材可利用膨胀过程中的相变诱发塑性效应，但是该可膨胀管材的变形率只有15％。另外，该套管因尺寸长度达8～10m，在730～790℃的F+A两相区加热及350～450℃等温热处理不仅工艺复杂，大规模生产的工艺控制难度大，而且制造成本很高；CN101194038A披露了一种膨胀管用油井管及其制造方法，所述膨胀管用油井管以质量％计，含有C：0.03～0.14％、Si＜0.8％、Mn：0.3～2.5％、P＜0.03％、S＜0.01％、Ti：0.005～0.03％、Al＜0.1％、N：0.001～0.01％、B：0.0005～0.003％；根据需要，还含有Nb、Ni、Mo、Cr、Cu、V之中的1种或2种以上，进而根据需要，含有Ca、REM之中的1种或2种，而且满足A＝2.7C+0.4Si+Mn+0.45Ni+0.45Cu+0.8Cr+2Mo≥1.8，余量由铁和不可避免的杂质构成，结合在Ac3+30℃以上的淬火和350～720℃的回火处理以获得回火马氏体组织，具有上述元素组分的管材的扩管率也只有20％。另外，与CN101812631A相比，该管材的合金成分中增加了Ni、Mo、Cu等合金元素，合金钢的成本又大幅度提高。

总之，现有的油气井可膨胀套管还存在实际可膨胀率较低和成本高的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供高膨胀率石油套管用钢及其用于制作石油套管的方法，用这种钢材制作的石油套管的膨胀率≥30％，通过30～50％膨胀变形强化后，管材的屈服强度达到550～1000MPa、抗拉强度达到800～1300MPa和延伸率≥10％，克服了现有的油气井可膨胀套管还存在实际膨胀率较低和制作成本高的缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：高膨胀率石油套管用钢，其元素组成原料按质量百分数计为：C：0.03～0.25％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.5～4.0％、Cr：0～0.5％、S：≤0.02％、P：≤0.02％和Fe：余量，经冶炼并制成钢管坯或钢板。

上述高膨胀率石油套管用钢，在其元素原料组成中再加入Nb、Ti和V之中的一种、两种或三种，加入量按质量百分数计为：Nb：0.01～0.12％、Ti：0.01～0.06％、V：0.01～0.12％。

上述高膨胀率石油套管用钢，其元素组成原料通过商购获得，冶炼并制成钢管坯或钢板的工艺是公知的现有技术。

上述高膨胀率石油套管用钢用于制作石油套管的方法，包括高膨胀率无缝石油套管的制作方法和高膨胀率有缝石油套管的制作方法，步骤如下：