專利名稱：高壓地下儲氣井套管及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣及其他非腐蝕性氣體儲氣井用套管儲氣井用套管領(lǐng)域，特別是一種具有較高的抗疲勞性能和良好強韌性的高壓地下儲氣井套管的使用及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
儲氣井是天然氣加氣站或天然氣管網(wǎng)中用于存儲壓縮天然氣的立井。由于傳統(tǒng)儲氣罐的安全性較差，因而帶來對儲氣罐的維護困難，使采用套管作為儲氣容器的地下儲氣井成為汽車加氣站或天然氣管網(wǎng)中調(diào)峰井的首選。額定工作壓力25Mpa；公稱容積1～10立方米；設(shè)計井深在150米左右；其結(jié)構(gòu)形式如

圖1所示。由于井筒長期工作在反復的充氣和排氣之間，受到較強的疲勞應力，容易產(chǎn)生疲勞破壞導致井筒泄露。目前主要使用普通的N80套管，不能保證井筒的抗疲勞性能和較好的強韌性配合，成為儲氣井的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有較高的抗疲勞性能和良好強韌性的高壓地下儲氣井套管及其生產(chǎn)方法；同時也達到提高儲氣井的安全性和維護方便的目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高壓地下儲氣井套管，采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，其中該套管的主要成分(重量％)為C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe。
還提供一種高壓地下儲氣井套管的生產(chǎn)方法，其主要包括以下步驟
(1)選料。采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，即采用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；(2)熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經(jīng)過爐外精煉和真空脫氣后獲得C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe的化學成分；(3)軋制。連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環(huán)行爐內(nèi)加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；(4)熱處理。在850～890℃淬火(水淬)，在550～650℃回火；在500～600℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最后探傷。
本發(fā)明的有益效果是用所述方法生產(chǎn)的高壓地下儲氣井套管材料的強韌性配合較好，屈強比≤0.9，有較高的抗疲勞性能。采用特殊螺紋密封脂，保證了螺紋連接在反復拉、壓狀態(tài)下的良好密封性能。通過嚴格控制S元素的含量及保持較高的熱矯直溫度，降低了鋼種S的含量和鋼管的殘余應力，提高了該套管的耐腐蝕性，并具有良好的強韌性配合，同時也具有更好的淬透性及更高的回火抗力。提高了儲氣井的安全性，對儲氣井的維護也更加方便。
具體實施例方式
結(jié)合實施例對本發(fā)明的高壓地下儲氣井套管及其生產(chǎn)方法加以說明。
為了使儲氣井套管獲得高的抗疲勞性能，在鋼種設(shè)計時對C、Mn、Mo等合金元素的含量進行了優(yōu)化組合，使其具有更好的淬透性及更高的回火抗力，使其在調(diào)質(zhì)處理后在保持強度指標的同時材料任性也有了較大提高；通過采用直接還原鐵+優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，經(jīng)過爐外精煉和真空脫氣等工藝控制S、P等有害元素的含量，降低鋼中的非金屬夾雜物，獲得優(yōu)質(zhì)純凈的鋼水，進一步減少了夾雜物及有害元素對材料抗疲勞強度的影響。鋼水連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環(huán)行爐內(nèi)加熱，經(jīng)熱定心，熱穿孔，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷等工藝；再通過調(diào)質(zhì)處理保證套管的強度和韌性；經(jīng)熱定徑，熱矯直，探傷后獲得了顯微組織為回火索氏體的具有較高抗疲勞性能和優(yōu)良的綜合機械性能的管材。
儲氣井套管疲勞循環(huán)次數(shù)保證在0-25Mpa的循環(huán)應力下不少于2.5×104；其好的強韌性配合可達到成品套管材料的屈強比≤0.9。
該套管為非API鋼級套管TP80CQJ(其中TP是Tianjin Pipe的英文縮寫，80是其鋼級強度的縮寫，CQJ是儲氣井漢語拼音Chu QI Jing的縮寫)本發(fā)明的高壓地下儲氣井套管及其生產(chǎn)方法是這樣實現(xiàn)的高壓地下儲氣井套管，采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，其中該套管的主要成分(重量％)為C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe。
高壓地下儲氣井套管的生產(chǎn)方法，主要包括以下步驟(1)選料。采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，即采用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；(2)熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經(jīng)過爐外精煉和真空脫氣后獲得C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe的化學成分；(3)軋制。連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環(huán)行爐內(nèi)加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；(4)熱處理。在850～890℃淬火(水淬)，在550～650℃回火；在500～600℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最后探傷。
經(jīng)熱處理后，該套管的力學性能達到的指標如下屈服強度R(t0.5)552～758Mpa抗拉強度Rm689～862Mpa該成品套管材料的屈強比≤0.9以一種Φ177.8×9.19mm LC規(guī)格和扣型的套管為例，其套管的整體使用性能指標如下管體抗擠毀強度≥37.3MPa，內(nèi)屈服強度≥49.92MPa，螺紋連接強度≥235.00(1000kgf)，成品套管疲勞循環(huán)次數(shù)保證在0-25Mpa循環(huán)應力下不少于2.5×104。
高壓地下儲氣井套管材料的強韌性配合較好，屈強比≤0.9，有較高的抗疲勞性能。通過控制管體的幾何尺寸保證公端有效螺紋的長度，合理優(yōu)化螺紋參數(shù)，嚴格控制接箍螺紋的磷化層厚度及逐支修磨公、母端螺紋的起始扣和黑皮扣毛刺，以及采用特殊螺紋密封脂來保證螺紋連接在反復拉、壓狀態(tài)下的良好密封性能。通過嚴格控制S元素的含量及保持較高的熱矯直溫度降低了鋼種S的含量和鋼管的殘余應力，使其具有一定的耐腐蝕能力。
實施例按所述成分和方法生產(chǎn)出儲氣井用套管TP80CQJ(Φ177.8×9.19mmLC)，其化學成分和加工工藝參數(shù)如下所述套管的化學成分(重量％)為C＝0.21～0.28％；Si＝0.20～0.35％；Mn＝0.1.45～1.55％；P≤0.015％；S≤0.010％；Ni≤0.20％；Cr≤0.20％；Mo＝0.08～0.12％；Cu≤0.20％。余量為Fe。
采用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料，用電弧爐融化成鋼水，經(jīng)過爐外精煉和真空脫氣后獲得如上所述化學成分，連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環(huán)行爐內(nèi)加熱，爐溫為1275℃，熱定心溫度1210℃，熱穿孔溫度1230℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；在890℃淬火(水淬)，在610℃回火；在580℃熱定徑，在520℃熱矯直，最后探傷。經(jīng)熱處理后，該套管的力學性能達到的指標如下屈服強度R(t0.5)620～758Mpa抗拉強度Rm≥750Mpa成品套管材料的屈強比≤0.9其套管的整體使用性能指標如下成品套管疲勞循環(huán)次數(shù)保證在0-25Mpa循環(huán)應力下不少于2.5×104。
權(quán)利要求
1.一種高壓地下儲氣井套管，采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，其特征是該套管的主要成分(重量％)為C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe。
2.一種高壓地下儲氣井套管的生產(chǎn)方法，主要包括以下步驟(1)選料。采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，即采用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；(2)熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經(jīng)過爐外精煉和真空脫氣后獲得C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe的化學成分；(3)軋制。連鑄成圓坯，將冷卻后的連鑄坯在環(huán)行爐內(nèi)加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；(4)熱處理。在850～890℃淬火(水淬)，在550～650℃回火；在500～600℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最后探傷。(5)使用套管兩端加工有外螺紋，通過帶內(nèi)螺紋的接箍進行控制扭矩的機緊(添加螺紋脂)，以這種方式來任意組合儲氣井的長度，從而調(diào)整儲氣井的儲氣容積，改變儲氣井的儲氣量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高壓地下儲氣井套管，采用直接還原鐵和優(yōu)質(zhì)廢鋼作為煉鋼原料，其中該套管的主要成分(重量％)為C0.21～0.28％、Si0.20～0.35％、Mn0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo0.08～0.12％；Cu≤0.20％，余量為Fe。其生產(chǎn)方法包括以下步驟選料、熔煉、軋制、熱處理、最后探傷和加工螺紋。其有益效果是該套管材料的強韌性配合好，具有較高的抗疲勞性能和氣密性。該套管的使用方式特點如下套管兩端加工有外螺紋，通過帶內(nèi)螺紋的接箍進行控制扭矩的機緊(添加螺紋脂)，以這種方式來任意組合儲氣井的長度，從而調(diào)整儲氣井的儲氣容積。這不僅降低了儲氣井的建設(shè)成本，且維護也更加方便。
文檔編號F16L9/00GK1600887SQ0314447
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者付繼成, 張傳友, 王惠彬, 宗衛(wèi)兵, 蘇英群, 孫宇 申請人:天津鋼管有限責任公司