石油天然气开采中深井、超深井石油套管及其生产方法.pdf

本发明提供一种石油天然气开采中深井、超深井石油套管，其中：所述石油套管成分为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe。还提供一种石油天然气开采中深井、超深井专用石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：配料熔炼、连铸连轧、热处理、矫直、探伤。有益效果使套管的抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，使套管螺纹具有较好的抗粘结性能和密封性能。最大下井深度达6300米，最小下井深度5860米，使用效果很好。

1、  一种石油天然气开采中深井、超深井石油套管，其特征是：所述石油套管成份为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe。

2、  一种石油天然气开采中深井、超深井石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)配料熔炼  采用海棉铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水。经炉外精炼和真空脱气后，获得石油套管成份为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe；
(2)连铸连轧  连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1200～1250℃，热穿孔温度1210～1230℃，连轧，定径，冷却，锯切；
(3)热处理、矫直、探伤  在850～950℃淬火，在550～640℃回火，在500～620℃热定径，在450℃～550℃热矫直，最后探伤。

3、  根据权利要求1或2所述的石油套管以及生产方法，其特征是：所述石油天然气开采中深井、超深井专用石油套管在井深超过4000米时，其
管体抗挤毁强度：≥118.5Mpa
屈服强度：996～1103Mpa
抗拉强度：≥1034Mpa
冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥60J
          横向全尺寸夏比冲击功≥40J。

石油天然气开采中深井、超深井石油套管及其生产方法
技术领域
本发明为一种石油天然气井石油套管，特别是石油天然气开采中井深超过4000米的石油或天然气超高强度石油套管及其生产方法。
背景技术
新疆塔里木油田是中国西气东输的起点，也是中国石油能源接替的重点。该油田油气埋藏深(超过4000米，大部分在5500-6500米范围内)、地质条件复杂(大多为山前构造，地层倾角达到30-50°，局部地区达到60°以上)，油层以上有较厚的盐层，有的岩层中夹杂着砂层(复合盐层)。这给钻井施工带来很大的难度，为了保证钻井安全，套管除了具有普通套管所必须具备的性能外，它还必须具备其他特殊性能。由于井深地层压力大，套管必须要有很高的强度，由于地层复杂、可钻性差，钻压大、钻井周期长，钻杆对套管内壁的磨损也较严重，因此要求套管要有良好的抗磨性能。同时，由于钻杆长时间的对套管施加周期性的疲劳载荷，易使套管产生疲劳开裂，这就要求套管的裂纹敏感性要好，也就是套管的冲击韧性要好。由于井深，井底温度高，要求套管要有较好的热稳定性。同时，由于地层复杂，井内可能存在腐蚀性介质(硫化氢、二氧化碳等)，要求套高要有一定的抗腐蚀性能。然而，API钢级套管不能满足使用的要求。
发明内容
为了解决上述技术中存在地问题，本发明的目的是开发出一种井深超过4000米的石油或天然气勘探或开发井的技术或油层超高强度石油套管及其生产方法，以满足油田勘探开发深井、超深井石油天然气的需要，该石油套管为非API钢级石油套管。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种石油天然气开采中深井、超深井石油套管，其中：所述石油套管成份为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe。
还提供一种石油天然气开采中深井、超深井石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)配料熔炼  采用海棉铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水。经炉外精炼和真空脱气后，获得石油套管成份为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe；
(2)连铸连轧  连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1200～1250℃，热穿孔温度1210～1230℃，连轧，定径，冷却，锯切；
(3)热处理、矫直、探伤  在850～950℃淬火，在550～640℃回火，在500～620℃热定径，在450℃～550℃热矫直，最后探伤。
所述石油天然气开采中深井、超深井石油套管在井深超过4000米时其管体抗挤毁强度：≥118.5Mpa
屈服强度：996～1103Mpa
抗拉强度：≥1034Mpa
冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥60J
          横向全尺寸夏比冲击功≥40J。
本发明的效果是该石油套管以及生产方法使套管的抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，以使套管螺纹具有较好的抗粘结性能和密封性能。最大下井深度达到6300米，最小下井深度5860米，使用效果很好。
本发明的目的是这样实现的：
首先(1)配料熔炼  采用海棉铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水。经炉外精炼和真空脱气后，获得石油套管成份为：C＝0.20～0.30、Si＝0.15～0.40、Mn＝0.30～1.20、P≤0.015、S≤0.012、Ni≤0.80、Cr＝0.50～1.50、Mo＝0.40～1.20、Cu≤0.20、V＝0～0.15、余量为Fe；
(2)连铸连轧  连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1200～1250℃，热穿孔温度1210～1230℃，连轧，定径，冷却，锯切；
(3)热处理、矫直、探伤  在850～950℃淬火，在550～640℃回火，在500～620℃热定径，在450℃～550℃热矫直，最后探伤。经热处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度：966～1103Mpa
抗拉强度：≥1034Mpa
冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥60J
          横向全尺寸夏比冲击功≥40J
套管整体性能(以φ127.00×9.50mm LC为例)
管体抗挤毁强度：≥118.5Mpa
滑脱强度：≥2750KN
内屈服强度：≥110Mpa
通过采用特殊的热处理(850℃～950℃淬火+550℃～650℃回火)及矫直工艺(热矫直，矫直温度控制在450℃以上)，使所述套管的抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平，通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，以使套管螺纹具有较好的抗粘结性能和密封性能。
实施例：
按上述成份和方法生产出石油套管TP140V(φ127.00×9.50mm LC)，其化学成分及加工工艺参数如下：
所述套管的化学成份(重量％)为：C 0.28％，Si 0.28％，Mn 0.90％，Cr1.05％，Mo 0.60％，Ni 0.07％，Cu 0.11％，P 0.010％，S 0.007％，V 0～0.15，余量为Fe.
采用海棉铁和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1285℃，热定心为1250℃，热穿孔为1230℃，连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；热处理：在920℃淬火(水淬)，在620℃回火；在605℃热定径，在540℃热矫直，最后探伤。
经热处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：
屈服强度(σ_t0.65)1060pa
抗拉强度(σ_b)1121Mpa  延伸率20.5％
按前述管加工工艺加工后的套管的整体使用性能达到的指标如下：
管体抗挤毁强度：145Mpa，滑脱强度：3635KN，内屈服强度：120M。
所述套管已在塔里木油田公司成功下井3口，最大下井深度达到6300米，最小下井深度5860米，使用效果很好。