專利名稱：防硫油井管及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度油井管及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種具有較高抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能的油井管及其生產(chǎn)方法，涉及油井管技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界上有很多石油天然氣田為酸性油氣田，具有很強(qiáng)的腐蝕性，其中硫化氫是重要的腐蝕介質(zhì)。H2S不僅會(huì)導(dǎo)致金屬材料(油井管的材料)發(fā)生突發(fā)性的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSC)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且其毒性也威脅著人身的安全。大量研究表明，如果石油或天然氣中除了H2S外還溶解有鹽類(NaCl)，將比單一的H2S介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)烈得多，腐蝕速率將會(huì)高出幾十倍甚至幾百倍。普通的API油井管按照API標(biāo)準(zhǔn)加工和制造，這種油井管只能滿足不含有腐蝕介質(zhì)的油氣井中(如N80、P110等鋼級(jí)的油井管)，或者含有輕微腐蝕介質(zhì)的油氣井中(如L80、C90等鋼級(jí)的油井管)。上述API油井管不適合在含有H2S、鹽類等混合溶液的油氣井中采用。研制生產(chǎn)高性能的防硫油井管，滿足酸性油氣田的開采需要，已成為油井管加工領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，世界上各大油井管生產(chǎn)廠都非常重視，是目前正在研究攻關(guān)的重大課題。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，有兩項(xiàng)專利技術(shù)涉及到防硫油井管。中國專利公開號(hào)為CN 1187468C，
公開日為2005年2月2日，名稱為一種油田采油或注入液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管及其抗腐蝕處理方法，該專利自述為一種油田采油或注入液體介質(zhì)用抗腐蝕油管或套管，其基本組織為鐵素體加珠光體，在包括連接螺紋在內(nèi)的油管或套管內(nèi)外壁表面上形成抗腐蝕氮化層，其特征在于，所說的氮化層由內(nèi)部黑白相混的部分和最外表面的白亮部分組成，內(nèi)部黑白相混的部分其組織為Fe2-3N和Fe4N和殘余奧氏體及馬氏體，最外表面的白亮部分為白亮層，由Fe2-3N和Fe4N組成。其不足之處在于該方法僅對(duì)油、套管內(nèi)外壁進(jìn)行表面處理，當(dāng)內(nèi)外壁因磨損、磕碰而損傷后，抗腐蝕氮化層破壞，即失去防腐蝕性能。因此難以推廣應(yīng)用。
中國專利公開號(hào)為CN 1361306A，
公開日為2002年7月31日，名稱為抗硫化氫應(yīng)力腐蝕石油套管及其生產(chǎn)方法，該專利自述為一種抗硫化氫應(yīng)力腐蝕帶接箍石油套管，其特征在于所述套管的化學(xué)成分按重量百分比為C 0.20-0.35％，Si≤1.0％，Mn 0.5-1.5％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr 0.5-1.5％，Ni≤0.25％，Mo 0.25-0.75％，Cu＜0.20％，余量為Fe。其管端為長圓扣或偏梯扣。其不足之處是該套管采用的鋼中錳等元素含量偏高，不利于提高套管的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能，該材料制成的套管為API的C90管材，雖然可以在含有輕微腐蝕介質(zhì)的油氣井中使用，但不適合在含有H2S、鹽類等混合溶液的油氣井中采用。另外，該套管管端采用長圓扣或偏梯扣，該扣型為API標(biāo)準(zhǔn)扣型，應(yīng)力集中嚴(yán)重，氣密封性能差，不適合在酸性介質(zhì)的油氣井中使用，尤其不能在酸性天然氣井中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力的防硫油井管及其生產(chǎn)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，滿足酸性油氣田的開采需要。通過該方法生產(chǎn)的油井管，其抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的能力遠(yuǎn)高于普通API油井管。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案1)改善套管鋼種的化學(xué)成分，使所述套管鋼種的化學(xué)成分除Fe外，其它成分(質(zhì)量百分比)為C 0.24-0.32，Si 0.17-0.40，Mn 0.40-0.70，Cr 0.80-1.20，S＜0.010，P＜0.015，Ni＜0.20，Ti 0-0.06，必要時(shí)還可以在其中添加Mo0.15-0.45。化學(xué)成分中的各種元素，對(duì)抗腐蝕性能的影響是不同的。有害元素如Ni、Mn、Si、S、P等，在設(shè)計(jì)時(shí)要限制其含量。防止H2S腐蝕有益的元素有Cr、Mo、Ti等，加入少量的Cr、Mo元素能起到細(xì)化晶粒的作用，Mo元素在調(diào)質(zhì)或正火鋼板的熱處理中能生成碳化物，易于除掉固溶碳，還能防止有害元素Si、P的晶間偏析，元素Ti可以提高鋼材的相變點(diǎn)溫度，提高鋼板的淬透性，易于形成晶粒細(xì)化的回火馬氏體組織。2)除了對(duì)化學(xué)成分嚴(yán)格控制以外，同時(shí)對(duì)套管的熱處理工藝進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，必須滿足以下要求采用淬火+高溫回火的熱處理工藝，淬火介質(zhì)為水，淬火溫度為860℃±10℃，保溫40分鐘，回火溫度在500℃以上，保溫時(shí)間不低于80分鐘。淬火后，鋼管全截面可獲得98％以上馬氏體組織。高溫回火后，形成細(xì)小、均勻的回火馬氏體組織，晶粒度8級(jí)或者更細(xì)小。
3)接頭采用特制的特殊螺紋接頭。特殊螺紋接頭由于具有扭矩臺(tái)肩等特殊結(jié)構(gòu)形式，因而具有應(yīng)力分布合理，應(yīng)力集中小的優(yōu)點(diǎn)，在具有較高硫化氫濃度及鹽混合液中，不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。同時(shí)，特殊螺紋接頭由于采用了特殊的密封形式，氣密封性能好，特別適合在酸性介質(zhì)的油井，包括大然氣井中使用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有顯著進(jìn)步，具體表現(xiàn)在1)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的性能好，由于本發(fā)明采用了新的鋼種成分設(shè)計(jì)，同時(shí)采用了更合理的熱處理工藝，因而具有更好的抗硫化氫腐蝕性能，完全適用于含有H2S、鹽類等混合溶液的油氣井中。2)接頭的連接強(qiáng)度及密封性能好，由于采用了特殊螺紋接頭，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，接頭連接強(qiáng)度低、密封性能差、應(yīng)力集中比較嚴(yán)重的問題，最大限度地延長了油井管的使用壽命。
本發(fā)明的油井管成品按照NACE TM-01標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，施加規(guī)定的應(yīng)力值(標(biāo)號(hào)為S的產(chǎn)品不低于80％內(nèi)屈服應(yīng)力，標(biāo)號(hào)為SS的產(chǎn)品不低于85％)，浸泡在飽和的硫化氫鹽溶液中，至少720小時(shí)無開裂。
具體實(shí)施例方式
第一個(gè)實(shí)施例是80KSI鋼級(jí)的Φ73.03×5.51mm WSP80S防硫油管。
①該油管的鋼種成分(質(zhì)量百分比)為C 0.24-0.29，Si 0.17-0.35，Mn0.50-0.65，S＜0.010，P＜0.015，Cr 0.80-1.20，Mo 0.15-0.40，Ni＜0.20 Ti 0-0.06，余為Fe。
②該油管的熱處理工藝為采用淬火+高溫回火的熱處理工藝，淬火介質(zhì)為水，淬火溫度為860℃±10℃，保溫40分鐘，回火溫度在500℃以上，保溫時(shí)間不低于80分鐘。淬火后，鋼管全截面可獲得98％以上馬氏體組織。高溫回火后，形成細(xì)小、均勻的回火馬氏體組織，晶粒度8級(jí)或者更細(xì)小。
③該油管采用的接頭形式為WSP-1T特殊螺紋接頭。該接頭的螺紋每25.4mm八牙，牙高1.00mm，其連接強(qiáng)度不低于管體，氣密封性能大于管體內(nèi)壁屈服壓力，接頭擰緊后螺紋部分的峰值應(yīng)力為同規(guī)格API接頭的1/3-2/3。
經(jīng)該方法生產(chǎn)的WSP80S防硫油管，按照NACE TM-01標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，施加不低于80％內(nèi)屈服應(yīng)力的應(yīng)力值，浸泡在飽和的硫化氫鹽溶液中，720小時(shí)無開裂。這種油管可以滿足酸性油田及酸性天然氣田的開采需要。
第二個(gè)實(shí)施例是95KSI鋼級(jí)的Φ139.7×7.72mm WSP95SS防硫套管。
①該套管的鋼種成分(質(zhì)量百分比)為C 0.26-0.32，Si 0.20-0.40，Mn0.40-0.65，S＜0.010，P＜0.015，Cr 0.80-1.20，Ni＜0.20，Ti 0-0.06，余為Fe。
②該套管的熱處理工藝為采用淬火+高溫回火的熱處理工藝，淬火介質(zhì)為水，淬火溫度為860℃±10℃，保溫40分鐘，回火溫度在500℃以上，保溫時(shí)間不低于80分鐘。淬火后，鋼管全截面可獲得98％以上馬氏體組織。高溫回火后，形成細(xì)小、均勻的回火馬氏體組織，晶粒度8級(jí)或者更細(xì)小。
③該套管采用的接頭形式為WSP-1T特殊螺紋接頭。該接頭的螺紋每25.4mm五牙，牙高1.575mm，其連接強(qiáng)度不低于管體，氣密封性能大于管體內(nèi)壁屈服壓力，接頭擰緊后螺紋部分的峰值應(yīng)力為同規(guī)格API接頭的1/3-2/3。
經(jīng)該方法生產(chǎn)的WSP95SS防硫套管，按照NACE TM-01標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，施加不低于85％內(nèi)屈服應(yīng)力的應(yīng)力值，浸泡在飽和的硫化氫鹽溶液中，720小時(shí)無開裂。這種油管可以滿足酸性油田及酸性天然氣田的開采需要。
權(quán)利要求
1.一種防硫油井管，其特征在于，用于該套管的鋼種成分為C 0.24-0.32％，Si 0.17-0.40％，Mn 0.40-0.70％，Cr 0.80-1.20％，S＜0.010％，P＜0.015％，Ni＜0.20％，Ti 0-0.06％，余為Fe，單位為質(zhì)量百分比。
2.如權(quán)利要求1所述的防硫油井管，其特征還在于，在成分中還含有Mo 0.15-0.40％，單位為質(zhì)量百分比。
3.如權(quán)利要求1所述防硫油井管的生產(chǎn)方法，其特征在于采用淬火+高溫回火的熱處理工藝，淬火介質(zhì)為水，淬火溫度為860℃±10℃，保溫40分鐘；回火溫度在500℃以上，保溫時(shí)間不低于80分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述防硫油井管的生產(chǎn)方法，其特征在于淬火后，鋼管全截面獲得98％以上的馬氏體組織。
5.如權(quán)利要求1所述防硫油井管的生產(chǎn)方法，其特征在于高溫回火后，形成細(xì)小、均勻的回火馬氏體組織，晶粒度8級(jí)或者更細(xì)小。
全文摘要
防硫油井管及其生產(chǎn)方法。用于該油井管的鋼種成分(質(zhì)量百分比)為C 0.24－0.32，Si 0.17－0.40，Mn 0.40－0.70，Cr 0.80－1.20，S＜0.010，P＜0.015，Ni＜0.20，Ti 0－0.06。該油井管采用淬火+高溫回火的熱處理工藝，淬火介質(zhì)為水，淬火溫度為860℃±10℃，保溫40分鐘，回火溫度在500℃以上，保溫時(shí)間不低于80分鐘。淬火后，鋼管全截面可獲得98％以上馬氏體組織；高溫回火后，形成細(xì)小、均勻的回火馬氏體組織，晶粒度8級(jí)或者更細(xì)小。經(jīng)該方法制造的油井管，其抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的能力遠(yuǎn)高于普通API油井管管。該油井管成品按照NACE TM－01標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，施加規(guī)定的應(yīng)力值，浸泡在飽和的硫化氫鹽溶液中，720小時(shí)無開裂。這種油井管可以滿足酸性油氣田開采的需要。
文檔編號(hào)E21B17/00GK1888119SQ20051012308
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者張毅, 樸龍華, 黃淳, 莫銳, 高連新 申請(qǐng)人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司