[发明专利]一种耐蚀高抗挤石油套管及其生产方法

说明书

技术领域：

本发明属于石油套管领域，涉及一种石油天然气深井、超深井开采用套管，尤其是一种耐蚀高抗挤石油套管及其生产方法。

背景技术：

随着国民经济对油气资源需求的增加，许多深井、超深井及其他复杂地层油气井不断被开发，套管在这些油气井服役时，不仅要承受很高的外压载荷，还要承受高温及H₂S、CO₂、Cl^-腐蚀问题。如我国的新疆、四川等油气田，美国的南德克萨斯、巴罗马，加拿大的阿尔伯达等油气田。因此，开发具有一定耐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。

目前国内外耐蚀高抗挤石油套管以无缝管为主，无缝制管虽然可以生产大壁厚、高碳、高合金以及不锈钢套管，但采用连铸钢坯加热后穿孔成型，管坯尺寸精度低，且管坯表面易出现轧制裂纹、分层、氧化物夹杂等缺陷，抗外压挤毁性能较差。随着纯净钢、控轧控冷技术、高频电阻焊接技术、热张力减径技术、无损检测技术及计算机技术的发展，HFW(High Frequency Welding，即高频电阻焊)套管生产技术水平不断提升。HFW套管较无缝套管具有尺寸精度高、抗内、外压性能好、成本较低等优势，在国内外得到了广泛的应用。但是HFW焊缝区与母材的成分、组织结构及应力状态等方面存在明显的差异，导致焊缝区的冲击韧性及抗腐蚀性能较差。目前，主要通过焊缝热处理及全管热处理来消除焊缝区和母材的组织、性能差异。宝鸡钢管采用“微合金化控轧控冷钢板+FFX成型+高频焊接+焊缝碾压及退火处理+热张力减径+全管调质处理+热定径及热矫直+全管探伤”，开发出了SEW(Hot Stretch-reducing Electric Welded Pipe，即高频焊热张减)系列高抗挤套管产品。由于所用卷板系微合金钢经控轧控冷轧制而成，具有良好的强韧性及较高的尺寸精度；同时经焊缝退火处理、热张力减径及调质处理，一方面实现了同一规格母管生产系列规格热张力减径管的连续化高效生产，另一方面优化了焊缝区的组织及性能，使其与母材保持一致。因此，SEW工艺是制造耐蚀高抗挤石油套管较好的方法。

影响套管抗外压挤毁性能的因素很多，如外径与壁厚比值(即D/t)、管体屈服强度、外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等。影响套管抗H₂S/CO₂/Cl^-腐蚀的材质因素主要有化学成分、制造方法、产品强度、硬度及其局部的变化、冷加工量、热处理状态、微观组织及其均匀性等。本发明通过严格控制夹杂物含量，并添加微量合金元素，采用控轧控冷工艺，将钢板的晶粒度控制在11级以上，壁厚不均度控制在-2％t～+2％t，确保钢板良好的强韧性及壁厚精度；钢管FFX成型过程中，尽量减少边缘的波动量，使钢带两边缘在进入挤压辊前尽量平行，保证两板边以“I”字型进行高频电阻焊接，并控制好挤压量、焊接速度、V型开口角等要素，确保焊接质量，进行内外毛刺清除、焊缝碾压及退火处理(实质是形变热处理)，确保焊缝区与周边平整，提高管坯外径精度，并消减焊缝区与母材的组织差异；HFW管坯再经中频感应加热及经热张力减径，焊缝区尺寸缩减，焊接缺陷及位错消失，焊缝区与母材的组织趋于均匀一致；添加B、Y、Cr、Ni等元素，经调质处理，管体强韧性优良，且具有较好的抗腐蚀性能；在不影响套管调质性能的前提下，提高热定径及热矫直温度，最大限度减小残余应力对套管抗挤毁及抗腐蚀性能的影响。

中国专利CN 1317480C公开了一种高强度石油套管及其制造方法，其壁厚不均度＜15％、外径不圆度＜0.5％、残余应力＜160MPa、延伸率≥12％、0℃全尺寸冲击功≥33J、管体晶粒度≥6级；中国专利CN101984124A公开了一种耐蚀抗挤毁套管，其制造工艺为无缝轧管，与本发明的焊接制管相比，成本较高。本发明添加了稀土元素Y，并采用SEW工艺生产的高抗挤套管综合性能优良：壁厚不均度＜2％、外径不圆度＜0.3％、残余应力≤80MPa、0℃冲击功≥100J、延伸率＞26％，抗外压挤毁强度超API TR5C3标准50％以上，且具有较好的抗H₂S/CO₂/Cl^-腐蚀性能。

发明内容：