[发明专利]一种超深井用铝合金套管管体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油管制造技术领域，特别是涉及一种超深井用铝合金套管管体及其制造方法。

背景技术

随着石油工业的发展，超深井及水平井数量不断增加，勘探开发难度显著增大。与现有钢制套管相比，铝合金套管具有重量轻、韧性好、耐硫化氢应力腐蚀等优点，具有广阔的应用前景。

对于铝合金套管而言，由于超深井特定的服役工况，要求其上部承载套管柱具有极高的强度，和一定的耐热性及耐应力腐蚀性能。7000系合金是传统铸锭冶金法生产的铝合金中最具强韧性的合金，但一般也只能在120℃以下的环境下使用，无法达到超深井要求的160℃环境下使用要求。因此，在保证室温强度和耐腐蚀性能基础上，进一步提高7000系合金组织性能的热稳定性，对于该合金作为套管材料应用于超深井的固井作业具有重要的科学意义和极高的应用价值。

为了提高7000系列合金的高温力学性能，国内外研究通常在7000系列合金中加入Fe、Ni元素以形成Al₉FeNi耐热相，或者在较高Cn/Mg比的7000系中加入Ag，形成Ω耐热相，以提高热强性。但通过上述方法形成耐热相提高高温力学性能的同时，合金的室温力学性能、耐应力腐蚀性能降低，此外合金元素价格昂贵，且需要固溶和长时间时效处理，工艺复杂，供货周期长，影响了铝合金套管的服役安全性和广泛推广使用。并且现有钢制套管在超深井中存在强重比低、安全余量不足、下入难度大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超深井用铝合金套管管体及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种超深井用铝合金套管管体，以重量百分比计，其组成为：Cu 0.01～0.05％，Mg 2.3～2.6％，Zn 8.0～8.5％，Mn 0.1～0.3％，Ti 0.02～0.1％，Zr 0.1～0.3％，Fe 0.1～0.15％，Si 0.05～0.1％，Sc 0.05～0.1％，B 0.001～0.01％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明进一步的改进在于，以重量百分比计，其组成为：Cu 0.01～0.03％，Mg 2.3～2.4％，Zn 8.0～8.3％，Mn 0.1～0.2％，Ti 0.02～0.05％，Zr 0.1～0.2％，Fe 0.1～0.12％，Si 0.05～0.1％，Sc 0.05～0.1％，B 0.001～0.01％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明进一步的改进在于，以重量百分比计，其组成为：Cu 0.03～0.05％，Mg 2.4～2.5％，Zn 8.3～8.5％，Mn 0.2～0.3％，Ti 0.05～0.1％，Zr 0.2～0.3％，Fe 0.12～0.15％，Si 0.05～0.1％，Sc 0.05～0.1％，B 0.001～0.01％，余量为Al和不可避免的杂质。

一种超深井用铝合金套管管体的制造方法，包括如下步骤：

(1)以重量百分比计，将Cu 0.01～0.05％，Mg 2.3～2.6％，Zn 8.0～8.5％，Mn 0.1～0.3％，Ti 0.02～0.1％，Zr 0.1～0.3％，Fe 0.1～0.15％，Si 0.05～0.1％，Sc 0.05～0.1％，B 0.001～0.01％，余量为Al，进行配料；以冶炼铸造获得管坯；

(2)将管坯进行多级均匀化处理；

(3)进行变截面挤压制得铝合金套管管体荒管；

(4)将铝合金套管管体荒管进行多级固溶处理；

(5)进行预拉伸变形；

(6)进行人工时效处理后得到深井用铝合金套管管体。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)中多级均匀化处理的开始温度为360℃～375℃，保温时间为8h，第二级均匀化处理的开始温度为410℃～425℃，保温时间为12h，第三级均匀化处理的开始温度为455℃～460℃，保温时间为32h。

本发明进一步的改进在于，步骤(3)中变截面挤压是在400～450℃下进行的。

本发明进一步的改进在于，步骤(4)中多级固溶处理的开始温度为450℃～460℃，保温时间为2h，第二级固溶的开始温度为460℃～475℃，固溶时间为1h。

本发明进一步的改进在于，步骤(5)中预拉伸变形的变形量为0.5％～2％。

本发明进一步的改进在于，步骤(6)中在120℃下进行人工时效12～48h。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：