《页岩气用高强度油层套管及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《页岩气用高强度油层套管及其制造方法.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104057253A43申请公布日20140924CN104057253A21申请号201410270083622申请日20140616B23P15/00200601C22C38/28200601C21D8/00200601E21B17/0020060171申请人攀钢集团成都钢钒有限公司地址610303四川省成都市青白江区团结南路268号72发明人黄云曾理黄英滕建明74专利代理机构北京铭硕知识产权代理有限公司11286代理人邢伟54发明名称页岩气用高强度油层套管及其制造方法57摘要本发明提供了一种页岩气用高强度油层套管及其制造方法。所述方法包括冶炼成分为C0105、SI010。
2、4、MN0215、CR0515、MO0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S00010、余量FE及不可避免杂质的钢水；连铸得圆坯；对圆坯进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、锯切、矫直和探伤；将钢管加热至850950后用水进行淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是550650，回火后进行温矫。所述油层套管具有优良的力学性能和整体使用性能，适用于页岩气水平井。51INTCL权利要求书1页说明书6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页10申请公布号CN104057253ACN104057253A1/1页21一种页岩气。
3、用高强度油层套管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括顺序进行的以下步骤冶炼得到化学成分按重量百分比计为C0105、SI0104、MN0215、CR0515、MO0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S00010、余量为FE及不可避免杂质的目标钢水；连铸制得圆坯，其中，连铸时中间包温度控制为15201545；对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、矫直和探伤，其中，环形炉加热温度控制为12201270，通过连轧、张力减径、冷却和矫直将钢管的几何尺寸控制为外径公差为010、壁厚公差为10T、管体椭圆度05、壁厚不均度14、弯曲度控制为全长弯曲度02L。
4、、管端弯曲度为15M长度范围25MM；将钢管加热至850950后用水进行淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是550650，回火后进行温矫。2根据权利要求1所述的页岩气用高强度油层套管的制造方法，其特征在于，所述目标钢水的成分为C025035、SI015035、MN045085、CR0812、MO025035、TI00080025、AL001005、P00050018、S00010005、NI020、CU020、V003、余量为FE及不可避免杂质。3根据权利要求1所述的页岩气用高强度油层套管的制造方法，其特征在于，所述将钢管加热至850950通过三个加热阶段来实现，其中，第一加热阶段。
5、的加热温度控制为850900，第二加热阶段的加热温度控制为880920，均热段的加热温度控制为920950。4根据权利要求1所述的页岩气用高强度油层套管的制造方法，其特征在于，所述淬火采用外喷淋加内轴流的冷却方式进行，其中，外喷淋时间1050秒，内轴流时间1050秒；外喷淋水量5002000M3/H，内轴流水量2001000M3/H。5根据权利要求1所述的页岩气用高强度油层套管的制造方法，其特征在于，所述温矫步骤控制钢管温矫结束的温度大于400。6一种页岩气用高强度油层套管，其特征在于，所述页岩气用高强度油层套管的化学成分按重量百分比计为C0105、SI0104、MN0215、CR0515、M。
6、O0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S00010、余量为FE及不可避免杂质，且所述页岩气用高强度油层套管的屈服强度RT065为9001030MPA，抗拉强度RM为950MPA，延伸率13，冲击韧性横向全尺寸60J，纵向全尺寸80J，管体抗挤毁强度1424MPA，内屈服压力1371MPA，连接强度4368KN。7根据权利要求6所述的页岩气用高强度油层套管，其特征在于，所述页岩气用高强度油层套管的化学成分按重量百分比计为C025035、SI015035、MN045085、CR0812、MO025035、TI00080025、AL001005、P00050018、S。
7、00010005、NI020、CU020、V003、余量为FE及不可避免杂质。权利要求书CN104057253A1/6页3页岩气用高强度油层套管及其制造方法技术领域0001本发明属于页岩气开采用石油套管技术领域，具体来讲，涉及一种页岩气用高强度油层套管及其制造方法。背景技术0002随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。由于页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。页岩气开采技术，主要包括水平钻井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及同步压裂技术，所以对开采用套管的管体材料提出了更高。
8、的要求。0003目前，我国页岩气勘探开发还刚刚起步，主要集中在四川盆地及其周缘、鄂尔多斯盆地、辽河东部凹陷等地。中国石油在川南、滇黔北地区优选了威远、长宁、昭通和富顺永川4个有利区块，而川南区块主要采用分段压裂技术，每口井分为20段，井口压力80100MPA，前期探井油层套管主要采用P110钢级，套损的主要形式是水平段套管管体挤毁变形，给油田带来安全隐患及较大的经济损失。发明内容0004本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述不足中的至少一项。0005例如，本发明的目的之一在于提供一种制造页岩气水平井用高强度油层套管的方法。0006本发明的一方面提供了一种页岩气用高强度油层套管的制造方法。所述。
9、制造方法包括顺序进行的以下步骤冶炼得到化学成分按重量百分比计为C0105、SI0104、MN0215、CR0515、MO0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S00010、余量为FE及不可避免杂质的目标钢水；连铸制得圆坯，其中，连铸时中间包温度控制为15201545；对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、矫直和探伤，其中，环形炉加热温度控制为12201270，通过连轧、张力减径、冷却和矫直将钢管的几何尺寸控制为外径公差为010、壁厚公差为10T、管体椭圆度05、壁厚不均度14、弯曲度控制为全长弯曲度02L、管端弯曲度为15M长度范围25MM；将钢管。
10、加热至850950后用水进行淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是550650，回火后进行温矫。0007在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述目标钢水的成分优选为C025035、SI015035、MN045085、CR0812、MO025035、TI00080025、AL001005、P00050018、S00010005、NI020、CU020、V003、余量为FE及不可避免杂质。0008在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述将钢管加热至850950可说明书CN104057253A2/6页4以通过三个加热阶段来实现，其中，第一加热阶段的加热温度控制为850900，第二加。
11、热阶段的加热温度控制为880920，均热段的加热温度控制为920950。0009在本发明的制造方法的一个示例性实施例中，所述淬火可以采用外喷淋加内轴流的冷却方式进行，其中，外喷淋时间1050秒，内轴流时间1050秒；外喷淋水量5002000M3/H，内轴流水量2001000M3/H。0010本发明的另一目的在于提供一种适合于页岩气水平井用高强度油层套管。0011本发明的另一方面提供了一种页岩气用高强度油层套管。所述页岩气用高强度油层套管的化学成分按重量百分比计为C0105、SI0104、MN0215、CR0515、MO0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S000。
12、10、余量为FE及不可避免杂质，且所述页岩气用高强度油层套管的屈服强度RT065为9001030MPA，抗拉强度RM为950MPA，延伸率13，冲击韧性横向全尺寸60J，纵向全尺寸80J，管体抗挤毁强度1424MPA，内屈服压力1371MPA，连接强度4368KN。0012在本发明的油层套管的一个示例性实施例中，所述页岩气用高强度油层套管的化学成分按重量百分比计优选为C025035、SI015035、MN045085、CR0812、MO025035、TI00080025、AL001005、P00050018、S00010005、NI020、CU020、V003、余量为FE及不可避免杂质。001。
13、3与现有技术相比，本发明的有益效果包括提供了一种适合于页岩气水平井用高强度油层套管及其制造方法，并且所述油层套管具有优良的力学性能例如，屈服强度RT0659001030MPA屈服强度为125000PSI级，抗拉强度RM950MPA，延伸率13，冲击韧性横向全尺寸60J，纵向全尺寸80J，硬度允许变化管体30HRC，接箍50HRC和整体使用性能例如，管体抗挤毁强度1424MPA，内屈服压力1371MPA，连接强度4368KN。具体实施方式0014在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的页岩气用高强度油层套管及其制造方法。0015本发明的页岩气用高强度油层套管的制造方法包括顺序进行的以下步骤。
14、冶炼得到化学成分按重量百分比计为C0105、SI0104、MN0215、CR0515、MO0105、TI000250025、AL0005005、P00020、S00010、余量为FE及不可避免杂质的目标钢水；连铸制得圆坯，其中，连铸时中间包温度控制为15201545；对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、锯切、矫直和探伤，其中，环形炉加热温度控制为12201270，通过连轧、张力减径、冷却和矫直将钢管的几何尺寸控制为外径公差为010、壁厚公差为10T、管体椭圆度05、壁厚不均度14、弯曲度控制为全长弯曲度02L、管端弯曲度为15M长度范围25MM；将钢管加热至850950后用水。
15、进行淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是550650，回火后进行温矫。其中，温矫步骤可控制钢管温矫结束的温度大于400。说明书CN104057253A3/6页50016本发明的页岩气用高强度油层套管在成分设计上采用CRMO系钢种，加入MO元素可以提高淬透性及回火稳定性；加入TI可以细化晶粒。0017在本发明的制造方法中，冶炼目标钢水的步骤可以采用电炉和LF炉进行。例如，电炉炼钢时，脱氧剂加入量CABAALSI或CAALSI1525KG/T，AL块加入量2035KG/T。LF精炼合成渣用量1000KG，以保证埋弧操作，根据炉渣的流动性和渣量，可加入0200KG石灰和莹石，保证炉渣渣量。
16、足够、碱度及流动性合适。出钢前510分钟内加入FETI08KG/T；LF炉精炼末，静吹前喂CASI丝0608KG/T或纯CA线010015KG/T；静吹时间15MIN；出钢温度15751595。0018在本发明的制造方法中，轧管包括连轧和张力减径和矫直过程对管体几何尺寸公差进行加严控制，外径公差010；壁厚公差10T即，要求钢管实际壁厚应大于等于名义壁厚的90及以上；管体椭圆度05，壁厚不均度14；弯曲度全长弯曲度02LL的含义为钢管实际长度，单位M；管端弯曲度15M长度范围25MM，从而能够有效地保证钢管具有优良的抗挤毁、抗内压性能。0019调质热处理工艺为钢管加热至850950后淬火，钢管。
17、冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是550650，回火后进行温矫。淬火使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋内轴流冷却方式，外喷淋时间1050秒，内轴流时间1050秒；外喷淋水量5002000M3/H，内轴流水量2001000M3/H。优选地，钢管加热至850950的过程为钢管在淬火炉内加热分为三段进行，加热一段加热按850900较低温度控制，加热二段按880920控制，均热段按920950控制，按温度梯度进行加热，钢管氧化不严重且管温均匀。0020本发明针对CR、MO合金元素含量较高的化学成分，为了避免钢管产生严重的氧化铁皮采取的措施包括优化淬火炉炉温制度，分段控制管温，防止钢管在加热段过度氧化。
18、；温矫时，要求钢管出温矫机的温度应大于400，使得温矫后钢管外表面的氧化皮大部分脱落。优选地，温矫结束后，使温度不低于400的钢管经链床滚动并随后对该钢管进行高压风在线吹扫，以使得氧化皮进一步脱落，从而大幅改善钢管的表面质量。0021此外，为保证油套管螺纹接头使用安全可靠，具体使用时，要求接箍内螺纹表面均磷化处理，且外螺纹从管端起完整螺纹最小长度LC范围内不允许存在黑顶螺纹。0022下面结合具体示例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在具体示例的范围之中。0023按API5CT标准Q1251PSL2钢级生产规格为1397127MM页岩气水平井用高强度油层套管。钢种的具体成。
19、分见表1。0024生产工艺流程电炉炼钢200连铸坯连轧机组热轧张力减径冷却矫直漏磁探伤调质热处理温矫探伤车丝水压、通径、检查、包装。在上述工艺流程中，还可根据规格要求，在冷却和矫直步骤之间设置倍尺锯切步骤。0025示例10026电炉炼钢原材料为低AS、SN有害元素及低S的铁水、生铁和一类废钢配料，配碳量按1620控制。电炉出钢温度控制16201660。LF精炼出钢前510分钟内加入FETI08KG/T。通过电炉冶炼和LF炉精炼，得到如表1所示成分的目标钢水。0027连铸中间包温度控制为15255。说明书CN104057253A4/6页60028对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷。
20、却、锯切、矫直和探伤。环形炉加热温度12305。钢管的几何尺寸控制为外径公差为010、壁厚公差为8T、管体椭圆度04、壁厚不均度12、弯曲度控制为全长弯曲度02L、管端弯曲度为15M长度范围20MM。温矫后钢管外表面质量良好。0029在连续式步进炉生产线上进行调质热处理，淬火加热过程通过三个加热阶段来实现，其中，第一加热阶段的加热温度控制为8755，第二加热阶段的加热温度控制为9005，均热段的加热温度控制为9405，淬火冷却使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋内轴流冷却方式，冷却时先开始外喷淋、后开始内轴流；先结束内轴流、后结束外喷淋。外喷淋时间30秒，内轴流时间20秒。外喷淋水量2000M3/。
21、H，内轴流水量700M3/H。钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度是57010。回火后进行温矫，控制温矫结束后钢管温度为51010，随后经链床滚动及高压风在线吹扫使得氧化皮进一步脱落。0030钢管热处理后的力学性能见表2，并全部满足标准要求。0031表1示例1至3的化学成分WT00320033表2示例1至3的钢管的力学性能0034示屈服强度抗拉强度延伸冲击冲击冲击均硬度变化例MPAMPA率值1值2值3值J值HRC1A975106020571776173074151B990103021078277978378121C950103024579276574477102A940103025578481。
22、979980202B965104024582476478379092C985106023010191898397133A985108024582176973578143B98010502556918267837713说明书CN104057253A5/6页73C10001070240739725719731600350036表2中，A、B、C分别表示同一炉批号所取的三个力学性能分析试样。0037示例20038本示例的目标钢水成分如表1所示。0039连铸中间包温度控制为15405。0040对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、锯切、矫直和探伤。环形炉加热温度12505。钢管的几何尺。
23、寸控制为外径公差为009、壁厚公差为9T、管体椭圆度05、壁厚不均度13、弯曲度控制为全长弯曲度015L、管端弯曲度为15M长度范围23MM。温矫后钢管外表面质量良好。0041在连续式步进炉生产线上进行调质热处理，淬火加热过程通过三个加热阶段来实现，其中，第一加热阶段的加热温度控制为8605，第二加热阶段的加热温度控制为8805，均热段的加热温度控制为9205，淬火冷却使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋内轴流冷却方式，冷却时先开始外喷淋、后开始内轴流；先结束内轴流、后结束外喷淋。外喷淋时间40秒，内轴流时间35秒。外喷淋水量1500M3/H，内轴流水量400M3/H。钢管冷至室温后进行回火，回火。
24、加热温度是59010。回火后进行温矫，控制温矫结束后钢管温度为52010，随后经链床滚动及高压风在线吹扫使得氧化皮进一步脱落。0042钢管热处理后的力学性能见表2，并全部满足标准要求。0043示例30044本示例的目标钢水成分如表1所示。0045连铸中间包温度控制为15305。0046对圆坯顺序进行环形炉加热、穿孔、连轧、张力减径、冷却、锯切、矫直和探伤。环形炉加热温度12305。钢管的几何尺寸控制为外径公差为009、壁厚公差为8T、管体椭圆度04、壁厚不均度14、弯曲度控制为全长弯曲度015L、管端弯曲度为15M长度范围24MM。温矫后钢管外表面质量良好。0047在连续式步进炉生产线上进行调。
25、质热处理，淬火加热过程通过三个加热阶段来实现，其中，第一加热阶段的加热温度控制为8805，第二加热阶段的加热温度控制为9105，均热段的加热温度控制为9405，淬火冷却使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋内轴流冷却方式，冷却时先开始外喷淋、后开始内轴流；先结束内轴流、后结束外喷淋。外喷淋时间48秒，内轴流时间40秒。外喷淋水量1400M3/H，内轴流水量600M3/H。钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度是60010。回火后进行温矫，控制温矫结束后钢管温度为53010，随后经链床滚动及高压风在线吹扫使得氧化皮进一步脱落。0048钢管热处理后的力学性能见表2，并全部满足标准要求。0049对本发明的方。
26、法得到的页岩气水平井用高强度油层套管的机械性能按APISPEC5CT第9版标准要求进行取样、制样，其力学性能达到的指标如下屈服强度RT0659001030MPA屈服强度为125000PSI级，抗拉强度RM950MPA，延伸率13，冲击韧性横向全尺寸60J，纵向全尺寸80J，硬度允许变化管体30HRC，接箍50HRC。说明书CN104057253A6/6页80050本发明的方法得到的页岩气水平井用高强度油层套管成品套管的整体使用性能指标如下管体抗挤毁强度1424MPA，内屈服压力1371MPA，连接强度4368KN。0051尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。说明书CN104057253A。