[发明专利]一种油气开采用钛合金及其制备方法

说明书

本发明属于油气开采技术领域，提供了一种油气开采用钛合金及其制备方法。本发明添加α相稳定元素Al既可以提高钛合金的抗拉强度和屈服强度，还可使钛合金具有较高的热稳定性和良好的焊接性。β相稳定元素V、Mo和Cr，可增加钛合金抗拉强度和屈服强度。同时，Mo还可以细化晶粒，抵抗CO₂腐蚀和H₂S腐蚀。Cr属于对钛合金的强度和韧性综合作用较好的元素；另外，Cr对钛具有高的β稳定作用；且Cr在钛合金中具有较高的扩散系数；因此，钛合金在热变形时抗力较低、塑性变形能力较好。此外，β相稳定元素的加入可提高α‑Ti中Al元素的加入量，而不会过早的出现α₂相，对钛合金的强化作用很明显。

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种油气开采用钛合金及其制备方法。

背景技术

随着石油天然气开发的进一步深入，中国西部和西南油气田开发具有高温(大于140℃)、高压(大于100MPa)、井深(大于5000m)、含高腐蚀介质(CO₂、H₂S、Cl^-)的特点。目前，石油、天燃气钻探和开采过程中多使用镍基合金管和高铬不锈钢管。但随着石油资源的紧缺，井况较好、深度不大的油、气井已不多，越来越多的油气井集中在地下环境比较恶劣的地区。当高铬不锈钢管用于环境恶劣的油气田时，经常出现腐蚀泄露的情况。高铬不锈钢管除了耐腐蚀性能不足的问题外，还与镍基合金管均具有以下问题：1)镍为国家战略资源，镍的大量使用对国家安全不利。2)比重较大，对配套钻机的要求较高。3)弹性模量大，作为钻杆不适合短半径油井。

由于钛合金具有比重轻和弹性模量小的优势，使其具有代替镍基合金管和高铬不锈钢管用于油气开采候选材料的潜力。虽然，现有技术中的钛合金种类繁多，但是目前还没有一种抗拉强度950MPa以上，还能保持管材横向冲击韧性≥40J/cm²，且具有优异的耐(CO₂、H₂S、Cl^-)腐蚀介质的钛合金适用于油气开采的恶劣环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油气开采用钛合金及其制备方法。本发明的钛合金的抗拉强度为950MPa以上，屈服强度为860MPa以上，延伸率12％以上，纵向V形冲击韧性为60J/cm²以上，横向冲击韧性40J/cm²以上，且能够耐腐蚀介质(CO₂、H₂S、Cl^-)的腐蚀，使其能够用于油气开采。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种油气开采用钛合金，包括如下重量百分含量的成分：

Al 5.0％～6.5％，V 1.6％～2.5％，Zr 2.6％～4.0％，Mo 1.0％～2.0％，Cr0.9％～1.8％，O 0.06～0.12％，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明还提供了上述技术方案所述的油气开采用钛合金的制备方法，包括以下步骤：

将合金原料混合，进行熔炼，得到钛合金铸锭；

将所述钛合金铸锭进行锻造，得到所述油气开采用钛合金。

优选地，所述锻造的次数为1～3次；

当所述锻造的次数为1次时，所述锻造包括第一火次锻造；

当所述锻造的次数为2次时，所述锻造包括依次进行第一火次锻造和第二火次锻造；

当所述锻造的次数为3次时，所述锻造包括依次进行第一火次锻造、第二火次锻造和第三火次锻造；

所述第一火次锻造的加热温度独立地为1070～1170℃；

所述第二火次锻造的加热温度独立地为1000～1050℃；