一种连续速度管柱及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续速度管柱及其制造方法，按照重量百分比，该连续速度管柱的钢材化学成分为：C：0.07～0.16，Si：0.2～0.45，Mn：0.5～0.85，P：≤0.02，S：≤0.002，Cr：0.52～0.9，Cu：0.1～0.4，Mo：≤0.22，Ni：≤0.3，V：≤0.05，Nb：0.02～0.04，余量为铁；原料经纵剪、对接、成型焊接、热处理后，制得单根长度大于61米，最高可达数千米，中间没有螺纹连接接头的连续速度管柱；本发明的连续速度管柱屈服强度≥359MPa，抗拉强度≥455MPa，最大硬度248HV0.5，具有较好的耐腐蚀性能，适合在油气井内长期服役。
【专利说明】
一种连续速度管柱及其制造方法
技术领域：
[0001] 本发明涉及石油天然气管材技术领域，具体涉及一种连续速度管柱及其制造方 法。
【背景技术】：
[0002] 长庆苏里格等致密气田在气井投产后，随着生产时间的延续，地层能量逐渐降低， 气层压力下降，气井携液能力逐渐减弱，井筒开始出现积液，产气量下降，严重时可造成气 井停喷，稳产保供压力巨大。
[0003] 将速度管柱下入油管内由专用悬挂器悬挂于井口，通过封闭环空或管柱端部，让 气体从速度管柱内部或者环空通过，以达到节流增速、提高气井排液能力，是解决气井积液 问题的有效途径。以前所用的速度管柱为常规油管，单根长度10米左右，多采用螺纹接头连 接至所需长度。常规速度管柱采用普通低碳无缝钢管，在管段进行墩粗加厚及热处理后加 工出螺纹，螺纹与接箍连接，拧紧后依靠金属间台阶面紧密配合来实现油管的密封并连接 到所需长度。
[0004] 采用常规速度管柱进行排水采气作业有以下缺点：一、接头较多，质量难以保证， 安全性较差。以在深度3000m的井内应用为例，采用螺纹接头连接，会产生300多个螺纹接 头，任何一个接头质量不过关都可能使管柱脱落，引发井下事故，造成重大损失，且速度管 柱排水采气作业需将速度管柱长期放置在井内，经受腐蚀介质的侵蚀，常规速度管柱是普 通低碳钢材质，腐蚀性能一般，难以进行长期连续服役，尤其在接头连接处容易产生缝隙腐 蚀(缝隙腐蚀是当金属部件之间在介质中形成微小缝隙，由于腐蚀介质扩散不均匀致使在 缝隙内部和外部形成浓度差异，构成浓度电位差，使金属发生局部腐蚀），极易造成速度管 柱泄露失效。二、作业效率较低。常规速度管柱单根长度有限，必须接长后下入，作业人员 多，施工时间较长。
[0005] 因此，需要研究开发一种适合在井下长期服役的连续速度管柱。本发明采用耐蚀 材料制成单根长度可达数千米的连续速度管柱，安装快捷，且适合在油气井内长期服役，进 行排水采气作业。
【发明内容】
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[0006] 为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适合在井下长期服役的连续 速度管柱，本发明的连续速度管柱耐蚀性能优异、单根长度可达数千米，作业效率高;本发 明还提供了一种连续速度管柱的制造方法。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是:一种连续速度管柱，按照重量 百分比，该管柱的钢材化学成分为：C: 0.07~0.16, Si :0.2~0.45，Mn :0.5~0.85，P:彡 0.02，S:<0.002，Cr:0.52~0.9，Cu :0.1~0.4，Mo:<0.22，NK0.3，V:<0.05，Nb:0.02~ 0.04,余量为铁。
[0008] 上述连续速度管柱外径为25.4~88.9mm，壁厚为1.9~7.6mm，屈服强度彡359MPa， 抗拉强度多455MPa，最大硬度248HV〇. 5。
[0009] 上述连续速度管柱单根长度多61m，最高可达数千米，中间没有螺纹连接接头。
[0010] 制造上述连续速度管柱的制造方法为:具体制造步骤如下：
[0011]步骤1:将化学成分进行熔炼、锻造成板坯；
[0012]步骤2:将板坯进行乳制，具体工艺如下：
[0013] 采用TMCP工艺，将上述成分的板坯加热至980~1250 °C时进行粗乳，在690 °C~900 °C进行精乳;卷曲温度380~600°C，最后制成厚度1.9~7.6mm的钢卷；
[0014]步骤3:将钢卷纵剪成钢带，实现钢带的接长
[0015] 将相邻的钢带端部按一定角度进行切断，根据钢带厚度加工成合理的焊接坡口， 采用等离子焊接或氩弧焊、搅拌摩擦焊及其他焊接方法将钢带焊接起来。清理对接焊缝附 近焊渣后，将对接焊缝及热影响区加热到一定的温度后对焊缝进行碾压后冷却，从而实现 钢带的接长；
[0016] 步骤4:将接长后的钢带制成连续速度管柱
[0017] 将接长后的钢带通过排辊成型后，采用高频焊进行焊接。对焊缝进行880°C~960 °C热处理，随后对全管体进行600 °C~770 °C去应力处理。
[0018] 步骤5:对连续速度管柱进行耐蚀性能检测。
[0019] 上述步骤2中钢卷的钢材性能：屈服强度300~650MPa，抗拉强度彡420MPa，延伸率 大于20%，最大硬度240HV〇. 5，晶粒度在ASTM El 12N0.8级以上，带状组织彡2级。
[0020] 上述步骤3中钢带焊接采用的方法是等离子焊接。
[0021]本发明的有益效果：
[0022] 1、在满足管材力学性能的前提下，通过低碳Cu-Mo-Cr-Ni合金系成分设计，创新全 流程超洁净度冶炼工艺，从钢材控制着手提高了管材自身的耐蚀性。同时，通过钢带对接及 焊后碾压热处理工艺，得到质量优异的钢带对接接头，实现钢带的接长。并通过高频焊 (HFW)及特殊的后续热处理工艺，制造出耐蚀性能优异、单根长度可达数千米的连续速度管 柱产品。
[0023] 2、本发明的连续速度管柱没有螺纹连接接头，单根长度多61m，最高可达数千米， 解决了常规速度管柱螺纹接头较多，且螺纹接头易产生缝隙腐蚀造成管柱脱落的难题;在 进行排水采气作业时，无需接单根，可通过连续管作业设备直接下入井内，作业效率得到极 大的提尚。
[0024] 3、通过对本发明连续速度管柱进行耐蚀性能检测，本发明的连续速度管柱和常规 低碳无缝钢管速度管柱相比具有优异的耐蚀性能，更能够满足井内长期服役的要求。
【具体实施方式】：
[0025] 1)设计了如下成分的卷板：
[0026]
[0027] 将采用上述成分设计的钢乳制成为1120X3.18mm规格、重20t，长约680m的钢卷。
[0028] 该钢材主要性能：屈服强度465MPa，抗拉强度540MPa，延伸率27 %，硬度218HV〇.5。 晶粒度在ASTM El 12N0.10级，带状组织1.0级。
[0029] 2)将该钢卷纵剪成宽度120.2mm的9条钢带。将钢带对接成总长6120米的钢带。利 用排辊成型为Φ 38.1 X 3.18mm规格的钢管，经焊缝热处理、全管体去应力处理后得到一盘 3500米长连续速度管柱产品。
[0030] 该连续管的主要性能：屈服强度为520MPa，抗拉强度为600MPa，最大硬度227HV0.5。 [0031] 依据美国腐蚀工程师协会NACE标准TM0284-2003进行试验，本试验使用高纯氮除 氧，腐蚀溶液为硫化氢饱和的0.5 %醋酸+5 % NaCl混合溶液，腐蚀溶液用蒸馏水和化学纯试 剂配制。溶液体积和试样面积比大于3mL/cm2,溶液温度保持在25±3°C。经过96小时的试验 后，对试样进行清洗、观察，没有裂纹和鼓泡产生。
[0032] 依据美国腐蚀工程师协会标准NACE TM 0177-1996《金属材料在含H2S环境中抗硫 化物应力腐蚀开裂性能试验方法》(等效于中华人民共和国标准GB/T 4157-2006《金属在硫 化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》)进行试验，加载方式采用静态拉伸法，对试 样施加数值为535MPa屈服压力的拉伸应力，腐蚀溶液为标准中规定的A溶液(硫化氢饱和 5 %NaCl+0.5 %冰乙酸水溶液）。经过720小时的应力腐蚀实验，试样未断裂。
[0033]在某油田气井内进行排水采气作业，连续服役三年后起出进行检测：强度损失不 超过7 % ;使用激光共聚焦设备对壁厚腐蚀情况进行了测量，由测量结果推算出，该盘连续 速度管柱在服役气井中的最大腐蚀速率为0.114mm/a，仍满足继续服役的力学性能要求。
[0034]以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，还可以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. 一种连续速度管柱，其特征在于:按照重量百分比，所述连续速度管柱的钢材化学成 分为：C :0.07~0.16，Si:0.2~0.45，Mn:0.5~0.85，P:<0.02，S :<0.002，Cr:0.52~0.9， 〇1:0.1~0.4，]?〇:彡0.22，附 ：彡0.3，￥:彡0.05，他：0.02~0.04，余量为铁。2. 如权利要求1所述的连续速度管柱，其特征在于:所述连续速度管柱的外径为25.4~ 88.9mm，壁厚为1.9~7.6mm，屈服强度彡359MPa，抗拉强度彡455MPa，最大硬度248HV〇. 5。3. 如权利要求1所述的连续速度管柱，其特征在于：所述连续速度管柱的单根长度多 61m，最高可达数千米，中间没有螺纹连接接头。4. 如权利要求1所述的连续速度管柱的制造方法，其特征在于:具体制造步骤如下： 步骤1:将化学成分进行熔炼、锻造成板坯； 步骤2:将板坯进行乳制，具体工艺如下： 采用TMCP工艺，将上述成分的板坯加热至980~1250°C时进行粗乳，在690°C~900°C进 行精乳，卷曲温度380°(：~600°(：，最后制成厚度1.9~7.6111111的钢卷； 步骤3:将钢卷纵剪成钢带，实现钢带的接长 将相邻的钢带端部按一定角度进行切断，根据钢带厚度加工成合理的焊接坡口，采用 等离子焊接或氩弧焊、搅拌摩擦焊及其他焊接方法将钢带焊接起来。清理对接焊缝附近焊 渣后，将对接焊缝及热影响区加热到一定的温度后对焊缝进行碾压后冷却，从而实现钢带 的接长； 步骤4:将接长后的钢带制成连续速度管柱 将接长后的钢带通过排辊成型后，采用高频焊进行焊接，对焊缝进行880°C~960°C热 处理，随后对全管体进行600°C~770°C去应力处理； 步骤5:对连续速度管柱进行耐蚀性能检测。5. 如权利要求4所述的连续速度管柱的制造方法，其特征在于:所述步骤2中钢卷的钢 材性能：屈服强度300~650MPa，抗拉强度多420MPa，延伸率大于20%，最大硬度240HV〇. 5,晶 粒度在ASTM E112 NO.8级以上，带状组织彡2级。
【文档编号】C22C38/12GK105945517SQ201610313230
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】毕宗岳, 张晓峰, 余晗, 张锦刚, 鲜林云, 李鸿斌, 汪海涛, 晁利宁, 王维亮, 付宏强, 王璟丽
【申请人】宝鸡石油钢管有限责任公司