一种稠油热采井用膨胀套管及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种稠油热采井用膨胀套管及其制造方法，按质量百分数，膨胀套管的化学成分为：C：0.18～0.32，Si：0.12～0.32，Mn：1.1～1.7，S<0.005，P<0.020，Cr：0.1～0.6，Mo：0.15～0.50，Cu：0.10～0.30，Nb：0.01～0.05，Ce?La?Y混合稀土：0.003～0.012，其余为Fe及不可避免的杂质；本发明的制造方法为板卷拆卷、纵剪、铣边、FFX成型、HFW焊接、焊缝在线热处理、焊缝内外毛刺修整、整管特殊热处理、热矫直处理、无损探伤和螺纹加工；本发明的膨胀套管经膨胀变形后具有较高的强度、优良的韧性和热稳定性，适用于稠油热采井。
【专利说明】
-种稠油热采井用膨胀套管及其制造方法
技术领域：
[0001] 本发明属于金属材料和石油天然气工业领域，尤其设及一种稠油热采井用膨胀套 管及其制造方法。
【背景技术】：
[0002] 稠油是一种黏度高、流动性差的重质原油，在世界油气资源中占有相当高的比重， 我国的稠油资源主要集中在迂河、新疆、河南、胜利等油田。目前，国内主要采用蒸汽吞吐法 开采稠油油藏，其是利用注入蒸汽的热量使稠油溫度升高，从而迅速降低稠油的黏度，便于 开采。由于热采井的钻采工艺有其特殊性，套管在注入高溫高压蒸汽阶段(蒸汽溫度：320 °C，注汽压力12-17MPa)会受热膨胀和受约束而承受很大的压应力，在停注采油时，由于降 溫收缩松弛而承受很大的拉应力，所W套管在反复承受高的拉-压应力情况下极易损坏。据 有关资料统计，稠油热采井的套损率平均为30% W上，局部区块达到70%，列油田套管损坏 率之首。基于此，油田现有大量的套管损坏热采井亟待修复。
[0003] 可膨胀管技术是20世纪80年代末期，由Royal Dutch化ell(壳牌石油公司）首创， 现已达到了商业化、工业化应用水平，国内主要采用该技术进行修井和钻遇特殊地层处理。 由于稠油热采井的环境苛刻，其修井所用的膨胀套管性能要求较高，不仅要求膨胀套管具 有优良的塑性变形能力，还要求它具有良好的综合高溫物理性能。因此，开发适合于稠油热 采井用膨胀套管，可有效解决目前稠油热采井的修复问题，并带来重大技术经济效益。
[0004] 膨胀套管分为无缝膨胀套管和焊接膨胀套管两种类型。相对于无缝套管而言，焊 接膨胀套管具有壁厚尺寸精度高、内壁无螺旋状划痕缺陷等优点备受市场青睐。如中国专 利CN 103131947B公开的一种高性能低碳微合金钢沈W膨胀套管及其制造方法，所述膨胀套 管的化学成分^质量百分比计为:(：0.10~0.25%、510.12~0.30%、]\1110.60~1.50%、口 《0.010%、5《0.005%、抓+￥巧10.05~0.5%、其余为。6和不可避免的杂质，该专利^高 尺寸精度控制的低碳微合金钢TMCP热社卷板为原料，并利用热机械社制、热张力减径和全 管体特殊热处理工艺对HFW焊管进行整管处理，从而实现焊缝组织优化，满足膨胀套管的相 关要求;但由于该专利W低碳微合金为套管材料，其发生一定量的冷塑性变形后材料的塑 初性显著降低，尤其是高溫强度下降明显，不能满足稠油热采井的苛刻环境。
【发明内容】
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[0005] 为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种稠油热采井用膨胀套管，通 过合理的成分设计结合钢管的成型焊接工艺和焊缝、整管热处理工艺使得管材具有良好的 可膨胀性能，该膨胀套管经膨胀变形后具有高的强度、良好的初性和更好的高溫力学性能； 本发明还提供了 一种稠油热采井用膨胀套管的制造方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种稠油热采井用膨胀套管，按质 量百分数，该膨胀套管的化学成分为:C: 0.18~0.32%，Si : 0.12~0.32%，Mn: 1.1~1.7 %， S<0.005%，P<0.020%，Cr:0.1~0.6%，Mo:0.15~0.50%，Cu:0.10~0.30%，Nb:0.01~ 0.05%，Ce-La-Y混合稀±:0.003~0.012%，其余为化及不可避免的杂质。
[0007]在上述成分中，C通过固溶强化和析出强化提高钢的强度;Μη不仅可W固溶于铁素 体提高钢的强度，还能够和S结合形成硫化儘夹杂物改善钢的初性;添加适量&、Μο,起固溶 强化、析出强化作用，保证高溫回火强度，同时可提供泽透性;添加微量的Nb不仅可W细化 晶粒，还有利于提高材料的高溫强度;添加 Cu可使钢得W进一步强化;添加 Ce-La-Y混合稀 ±能够细化晶粒、净化钢液，同时还可改变夹杂物的组成、形态、分布及性质，显著提高材料 的初性及高溫力学性能。
[000引室溫条件下，上述膨胀套管的管材屈服强度>600MPa，抗拉强度>689MPa，断后延 伸率>30%，夏比V型缺口焊缝冲击初性>90J;经10%径向膨胀变形后，管材的屈服强度> 650MPa，抗拉强度>710MPa，断后延伸率>18%，夏比V型缺口焊缝冲击初性>80J;320°C拉 伸性能：屈服强度>552MPa。
[0009] 制造上述稠油热采井用膨胀套管的方法，具体步骤如下：
[0010] (1)板卷制造:转炉或电炉炼钢获得的钢水经炉外精炼、Ca处理后诱注成板巧，再 利用控扎控冷技术制成板卷；
[0011] (2)HFW制管:控扎控冷所得板卷经拆卷、纵剪、锐边、FFX成型、HFW焊接；
[0012] (3)焊缝在线热处理:采用中频感应加热方式，W35~45°C/s的加热速率对焊缝进 行即时在线热处理，加热溫度控制在910~940°C范围之内；焊缝在线热处理制成规定尺寸 的有缝焊管，并即时对焊缝的内外毛刺进行修整，内毛刺刮槽深度和外毛刺余高均《 0.25mm；〇
[0013] (4)整管特殊热处理:采用燃气炉将HFW钢管加热至Ac3±30°C范围，保溫60-90min 后水泽至室溫，然后经620~700°C回火，保溫60~150min。
[0014] (5)热矫直处理：对经回火热处理后的有缝焊管进行热矫直处理，热矫直溫度> 500 °C。
[0015] (6)无损探伤与螺纹加工：将热矫直处理完成后的有缝焊管进行超声、电磁等检 巧。，随后对检测合格的管巧进行管端特殊螺纹加工及检验，最终获得适应于稠油热采井用 膨胀套管。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 1、本发明的合金成分设计，通过添加 Cr、M〇W及Ce-La-Y混合稀±等化学成分，不 仅使板卷钢材的强度提高，而且细化晶粒、净化钢液，同时还可改变夹杂物的性质，显著提 高材料的初性。
[0018] 2、本发明生产的膨胀套管经10%径向发生膨胀变形（膨胀率= 10%)后，管材在 320°C高溫下的屈服强度>552Mpa，可达到稠油热采井用膨胀套管的技术要求。
【附图说明】：
[0019] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0020] 图1为膨胀套管经10%膨胀变形前后结构图。
【具体实施方式】：
[0021] 实施例见表1-表3。由表1-表3可W看出：采用本发明所述的化学成分和工艺，生产 的试验稠油热采井用膨胀套管的膨胀性能优良，径向膨胀变形后管材仍具有高的强度、良 好的初性和较好的高溫力学性能，能够满足API5CT标准中的N80钢级套管性能要求。
[0022] Ξ个实施例均采用电炉冶炼、炉外精炼后的钢水进行化处理后，诱注成板巧。板巧 经1160~128(TC加热后社成板带，板带的终社溫度大于83(TC，社后板带经加速冷却的方法 冷却至660°CW下卷取成钢卷。经拆卷、纵剪、锐边、FFX成型、HFW焊接及焊缝热处理制成规 定尺寸的有缝焊管，W45°C/s的加热速率对焊缝进行即时在线热处理，加热溫度控制范围 为:920±5°C，加热时间为25~60s，随后对焊缝的内外毛刺进行修整，内毛刺刮槽深度和外 毛刺余高均《0.25mm;采用燃气炉将HFW毛巧管加热至880°C，保溫80min，水泽至室溫，然后 经640°C回火，保溫90min后，管巧出回火炉进行热矫直处理，热矫直溫度为520°C。将热矫直 完成后的管巧在冷床上空冷至室溫，随后逐根进行超声、电磁等检测，对检测合格的管巧进 行管端特殊螺纹加工及检测，最终获得本发明的稠油热采井用焊接膨胀套管。
[0023] Ξ个实施例炼钢工艺、制管工艺和热处理工艺都相同，不同的是管巧化学成分。对 各实施例管巧化学成分、力学性能和高溫性能检测，结果如表1、表2和表3所示。
[0024] 从表1可W看出，通过本发明生产的膨胀套管成分中都含有0.003-0.012%的Ce- La-Y混合稀±。
[0025] 从表2可W看到，通过本发明生产的膨胀套管（膨胀率= 0%)力学性能符合API Spec 5CT-N80钢级套管标准要求。室溫条件下，膨胀套管经10%径向变形(如图1中膨胀套 管经10%膨胀变形前后结构图，从159.3mm变为175.2mm)后，屈服强度和抗拉强度升高，断 后延伸率和冲击初性下降，管材性能仍能够满足API Spec 5CT-N80钢级套管标准要求，特 别是冲击初性远超过标准要求。
[00%]从表3可W看到，通过本发明生产的膨胀套管经10%径向发生膨胀变形(膨胀率= 10%)后，管材在320°C高溫下的屈服强度>552Mpa，可达到稠油热采井用膨胀套管的技术 要求。
[0027] 表1试验管巧的化学成分，wt%
[0028] _
[0031] 表3试验套管的高溫拉伸性能
[0032]
[0033] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可W做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所 提交的权利要求书确定专利保护范围。
【主权项】
1. 一种稠油热采井用膨胀套管，其特征在于:按质量百分数，所述膨胀套管的化学成分 S:C:0.18~0.32%，Si:0.12~0.32%，Mn:l.l~1.7%，S〈0.005%，P〈0.020%，Cr:0.1~ 0.6%，]?〇:0.15~0.50%，〇1:0.10~0.30%，恥：0.01~0.05%，〇6-1^-￥混合稀土 ：0.003~ 0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质。2. 如权利要求1所述稠油热采井用膨胀套管，其特征在于:室温条件下，所述膨胀套管 的管材屈服强度彡600MPa，抗拉强度彡689MPa，断后延伸率彡30%，夏比V型缺口焊缝冲击 韧性彡90 J;经10 %径向膨胀变形后，管材的屈服强度彡650MPa，抗拉强度彡71 OMPa，断后延 伸率彡18%，夏比V型缺口焊缝冲击韧性彡80J;320°C拉伸性能：屈服强度彡552MPa。3. 制造权利要求1所述的稠油热采井用膨胀套管的制造方法，制造过程依次为:板卷拆 卷、纵剪、铣边、FFX成型、HFW焊接、焊缝在线热处理、焊缝内外毛刺修整、整管特殊热处理、 热矫直处理、无损探伤和螺纹加工，其特征在于:所述板卷是通过转炉或电炉炼钢获得的钢 水，经炉外精炼、Ca处理后饶注成板还，板还经1160~1280 °C加热后乳成板带，板带的终乳 温度大于830°C，乳后板带经加速冷却的方法冷却至660°C以下卷取制成;所述焊缝在线热 处理采用中频感应加热方式，加热速率为35~45°C/s，加热温度控制在910~940 °C范围之 内；所述整管特殊热处理采用燃气炉将HFW钢管加热至Ac3±30°C范围，保温60~90min后水 淬至室温，然后经620~700°C回火，保温60~150min;所述热矫直处理的温度彡500°C。
【文档编号】C22C38/02GK106011638SQ201610332741
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】毕宗岳, 李远征, 韦奉, 何石磊, 张峰, 梁航, 李周波, 白鹤, 周新义, 王亮, 徐凯, 杨晓龙
【申请人】宝鸡石油钢管有限责任公司