腐蚀油井管及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方法，油井管的组份和各组份的质量百分比如下：C:0.13%~0.23%；Si:0.11%~0.41%；Mn:0.8%~1.0%；Cr:5.0%~6.0%；Mo:0.05%~0.45%；Al:0.02%~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。本发明的油井管尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO2腐蚀的性能要求，满足了含CO2气体的深井超深油气井开采的需要。
【专利说明】CPE机组生产的150ks i以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管及其制造方法，属 于油井管用钢【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前，随着我国石油天然气开发力度的加大，采集油气的油井套管和油管面临着 高温高压、高含C02、Cl-等共存的强腐蚀环境，从而造成油气田多次发生井下油管断裂，集 气干线泄漏事故，致使许多油气田井都在投产一年左右由于此类问题而提前报废，造成巨 大损失，给人民群众的生命和财产安全造成了严重的危害，同时也威胁到了国家能源战略 安全。
[0003] 现有API 5CT规范中有L80-13Cr油套管产品，能生产的强度为80和95钢级，最 高服役温度一般为120°C，耐蚀性能小于0. 25mm/y。随着油井和气井的开发，井深也在不断 增加，井深超过5000米的富含CO2且超过API标准13Cr钢管服役条件的油气井不断增加， 急需耐更高服役温度（120-150°C )、耐蚀性能更好、强度更高的110钢级油套管。
[0004] 现有耐腐蚀用合金油套管用钢如日本专利昭61-207550、特开平4-224656、特 开平11-140594等，其为高Cr合金，也含有较高的镍和钥。主要通过增加合金含量特别 是Ni和Mo等贵金属合金，保证耐高温、CO2、及微量H2S腐蚀性能。对于深井要求耐高温 120-150°C、耐CO2腐蚀而并不要求H2S腐蚀的环境，高镍、钥合金的油套管成本过高。
[0005] 还有日本专利平4-88152,但其Cr元素的含量在14% -16%之间，属于15Cr马氏 体不锈钢范畴，应用环境和制造工艺均有较大区别，而且其强度级别< 100钢级。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种CPE机组生产的 150ksi以下抗CO2腐蚀油井管，它尺寸精度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅 提高，油井管的强度可达1050MPa以上，0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗0)2腐蚀的性 能要求，满足了含CO2气体的深井超深油气井开采的需要。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种CPE机组生产的150ksi以下 抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0008] C:0. 13%?0? 23% ;Si:0. 11%?0? 41% ;Mn:0. 8%?I. 0% ;Cr:5. 0%?6. 0% ; Mo:0. 05%?0. 45% ;A1:0. 02%?0. 04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
[0009] 进一步为了提供其更良好的抗二氧化碳腐蚀性能，它还添加 Ni和Cu,其添加量分 别为 0 < Ni 彡 0? 2% ;0 < Cu 彡 0? 25%。
[0010] 进一步，Ni:0. 15%?0? 20%，Cu:0. 20%?0? 25%。
[0011] 进一步为了在保证其良好的韧性的前提下极大地提高钢的淬透性，它还添加 B，其 添加量为〇? 0005 %?0? 002 %。
[0012] 进一步，它的组份中还添加 Ti、Nb、V，添加量分别为：0 < Ti彡0. 25 % ;0 < Nb 彡 0? 22% ;0 < V 彡 0? 25%。
[0013] 本发明还提供了一种该CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管的制造方 法，该方法的步骤如下：
[0014] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0015] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0016] (c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0017] (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ;
[0018] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0019] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧 钢管半成品；
[0020] (d)热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度 下进行回火，得到成品。
[0021] 采用了上述技术方案后，本发明的油井管成分中的Si是有效的脱氧剂，加入Si 对提高钢种的强度有益，但大量加入会降低韧性和耐蚀性，所以将其含量限制在0. 11%? 0. 41 %范围内；Mn具有很强的脱氧能力，能大幅提1?钢种的强度和初性，但是过多的Mn也 会降低钢种的韧性，因此将其含量限制在〇. 8%?I. 0% ;Cr是对提高抗CO2蚀性能最为经 济和有效的元素，随着Cr含量的增加，钢种的抗CO2腐蚀性能成倍增加，为了达到一定的 抗CO2腐蚀性并能同时控制材料的成本，将其含量限制在5. 0%?6. 0% ;Mo的添加可以提 高钢的强度和抗腐蚀性能，通过优化配比，将其含量控制在〇. 05?0. 45% ;A1的含量低于 0. 005 %时不能达到脱氧效果，但含量过高时易导致夹杂物增多，降低韧性和加工性能，因 此将其含量控制在〇. 02?0. 04% ;另外，现有技术中具有抗CO2腐蚀性能的低合金钢管产 品多为55ksi、80ksi钢级，而达到110KSI钢级以上的油套管多为化学成分属于超级13Cr、 15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金范畴，乳制过程中需要热轧后再进行冷轧来获得无缝 钢管，而本发明中的油井管所开发的合金钢不仅具有良好的抗CO2腐蚀性能，而且强度可达 150Ksi钢级，材料的合金成本降低且制造工艺简单，只需一道热轧成型而不需要再进行冷 轧即可获得无缝钢管，是适合用于深井的经济型油井管钢种，本发明制造的油井管，尺寸精 度高，表面质量好，降低了制造成本且成材率大幅提高，油井管的强度可达1050MPa以上， 0°冲击韧性可达50J以上，且具有抗CO2腐蚀的性能要求，满足了含CO2气体的深井超深油 气井开采的需要。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进 一步详细的说明。
[0023] 实施例一
[0024] -种CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0025] C:0. 14% ；Si:0. 3% ；Mn:0. 9% ；Cr:5. 37% ；M〇:0. 17% ；A1:0. 029% ；Ni ：0. 19% ； Cu :0. 24%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
[0026] 该CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：
[0027] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0028] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0029] (C)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0030] (cl)管坯在环形炉中加热到1210°C左右；
[0031] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0032] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到890°C左右后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧钢管 半成品；
[0033] (d)热轧钢管半成品再在880°C温度下进行水淬后，在560°C左右的温度下进行回 火，得到成品。
[0034] 实施例二
[0035] -种CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0036] C:0. 16% ；Si:0. 3% ；Mn:0. 85% ；Cr:5. 29% ；M〇:0. 22% ；A1:0. 031% ；Ni ：0. 18% ； Cu :0. 24%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
[0037] 该CPE机组生产的150ksi以下抗CO2腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：
[0038] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0039] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0040] (c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0041] (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ;
[0042] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0043] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧 钢管半成品；
[0044] (d)热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度 下进行回火，得到成品。
[0045] 实施例三
[0046] -种CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0047] C:0. 18% ；Si:0. 2% ；Mn:0. 8% ；Cr:5. 0% ；M〇:0. 05% ；A1:0. 02% ；B ：0. 0005% ； 其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
[0048] 该CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：
[0049] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0050] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0051] (c)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0052] (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ;
[0053] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0054] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧 钢管半成品；
[0055] (d)热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度 下进行回火，得到成品。
[0056] 实施例四
[0057] -种CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0058] C:0. 2% ;Si:0. 41% ;Mn:l. 0% ;Cr:6. 0% ;M〇:0. 2% ;A1:0. 04%，其余为 Fe 和不 可避免的杂质，总计100%。
[0059] 该CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：
[0060] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0061] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0062] (C)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0063] (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ;
[0064] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0065] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧 钢管半成品；
[0066] (d)热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度 下进行回火，得到成品。
[0067] 实施例五
[0068] 一种CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管，它的组份和各组份的质量百分比如下：
[0069] C:0. 22% ；Si:0. 41% ；Mn:0. 9% ；Cr:6. 0% ；M〇:0. 1% ；A1:0. 03% ；Ti ：0. 2% ；Nb ： 0. 15% ;V :0. 20%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
[0070] 该CPE机组生产的抗CO2腐蚀油井管的制造方法的步骤如下：
[0071] (a)按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢 水进行连铸连轧成管坯；
[0072] (b)管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心；
[0073] (C)在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下：
[0074] (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ;
[0075] (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管；
[0076] (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，再在加热 炉中加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧 钢管半成品；
[0077] (d)热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度 下进行回火，得到成品。
[0078] 以上五种实施例生产的抗CO2腐蚀油井管的钢级及力学性能如下表：
【权利要求】
1. 一种CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀油井管，其特征在于它的组份和各组份 的质量百分比如下： C:0. 13 % ?0? 23 % ;Si:0. 11 % ?0? 41 % ;Mn:0. 8 % ?1. 0 % ;Cr:5. 0 % ?6. 0 % ; Mo:0. 05%?0. 45% ;A1:0. 02%?0. 04%，其余为Fe和不可避免的杂质，总计100%。
2. 根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀油井管，其特征在于：它还添加 Ni和Cu，其添加量分别为0 < Ni < 0. 2% ;0 < Cu < 0. 25%。
3. 根据权利要求2所述的CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀油井管，其特征在于：Ni:0. 15% ?0. 20%，Cu:0. 20% ?0. 25%。
4. 根据权利要求1所述的CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀油井管，其特征在于：它还添加 B，其添加量为0.0005 %?0.002%。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀 油井管，其特征在于：它的组份中还添加 Ti、Nb、V，添加量分别为：0 < Ti < 0. 25% ;0 < Nb 彡 0? 22% ;0 < V 彡 0? 25%。
6. -种如权利要求1至5中任一项所述的CPE机组生产的150ksi以下抗C02腐蚀油 井管的制造方法，其特征在于该方法的步骤如下： (a) 按照各组份和各组份的质量百分比配比通过转炉冶炼，并将转炉冶炼后的钢水进 行连铸连轧成管坯； (b) 管坯进行剥皮处理，按照工艺要求进行管坯分段及冷定心； (c) 在CPE机组上进行无缝钢管的轧制，步骤如下： (cl)管坯在环形炉中加热到1200°C?1250°C ; (c2)出炉后再在三辊穿孔机上轧成毛管； (c3)再进行穿芯棒和缩口，经过顶管机组轧成荒管，将荒管杯底热锯切，在再加热炉中 加热到880°C?950°C后，经过高压水除磷再经过张减机轧成最终尺寸要求，得到热轧钢管 半成品； (d) 热轧钢管半成品再在880°C?950°C温度下进行水淬后，在550°C?650°C温度下进 行回火，得到成品。
【文档编号】C22C38/44GK104451394SQ201410687960
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】李珺, 许才斌, 王燕萍, 李中福, 高建昌 申请人:江苏常宝钢管股份有限公司