专利名称：一种耐高温油井管用钢、油井管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及油井管用钢，特别是涉及一种火驱采油用石油天然气井油井管用钢，以及使用温度为700-750°C的耐高温油井管及其制造方法。
背景技术：
稠油在世界油气资源中占有很大的比例。我国稠油资源丰富，新疆油田、辽河油田、胜利油田等油区是我国主要的稠油开发区，稠油开采的潜力很大。在稠油的开采过程中，为了使油层温度升高，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出，存在蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层等热カ采油的方法。其中，火烧油层火驱采油是燃烧地层的一 部分原油以提高稠油采收率的最具潜力的热采技术之一。火驱采油过程涉及到相邻的两ロ井，其中注气井将空气或氧气注入地层点火使原油燃烧，采油井将火烧后可开采的原油采出。火驱原油过程是多种机制综合起作用的结果，如热裂解、混相驱动、气驱、岩石及油层流体的热膨胀作用、地下流体的重力分离作用、蒸汽导致油层岩石相对渗透率及毛细カ的变化等。在火烧原油过程中，高温火焰和套管以及油管接触传热，靠近火焰的钢管的工作温度可高达700-750°C。高温的工作环境很容易使普通钢管产生严重氧化而烧蚀。现有的耐高温油套管产品主要以普碳钢、CrMo钢或含W的CrMo低合金钢为主，见表1，如公开号为CN1873041A、CN1401809A、CN1904120的中国专利所设计产品的使用温度均低于400°C，耐高温氧化性能很差。中国专利申请200910199165. 5涉及ー种耐高温油井管用钢及其制造方法，提供了使用温度高达500°C油井管的解决方案，其化学成分按重量百分比计为C 0. 02-0. 31%；Si 0. 15-0. 68% ；Mn 0. 2-1. 48% ；Cr :2. 0-4. 0% ；V 0. 05-0. 20% ；Ti 0. 001-0. 05% ；Nb 0. 001-0. 05 % ；A1 0. 001-0. 07% ； Mo :0. 05-0. 9 % ；ff :0. 2-1. 755 ；N :0. 002-0. 05 % ；Ca 0. 001-0. 008% ;由于这种钢管Cr含量低，在超过500°C的条件下钢管会发生严重氧化。上述产品的生产方法均采用了调质热处理工艺。中国专利申请201010260462. 9涉及ー种耐600°C高温的油井管解决方案，其化学成分的质量百分比为c 0. 05-0. 15%, Si 0. 15-0. 45%, Mn :0. 3-0. 6%, Cr :8. 5-14. 0%,N 0. 004-0. 016 %, Al :0. 01-0. 05 % ;以及 V 彡 O. 15 %，Ti 彡 O. 05 %，Nb 彡 O. 05 %，
Mo^ 1.5%, I. 5%中的至少三种；余量为Fe和不可避免的杂质。该耐高温油井管在轧制成无缝钢管后进行正火和高温回火处理，在使用温度范围内具有优良的抗高温氧化性能。但当工作温度在650-700°C的范围内，材料将进入铁素体和奥氏体两相区，合金中合金元素在不同相中的含量是不同的。在氧化的初始阶段，因为Cr的活性较高，合金表面都会生成Cr2O3氧化膜，其下的基体相应的发生Cr的贫化。由于Cr在α相中的扩散速度比在Y相中快，α相中的贫Cr区将得到较快的恢复，后续的氧化物仍然可能为Cr203。而相对而言，在Y相的贫Cr区由于Cr元素得不到较快的恢复而氧化，生成FeCr2O氧化物。这种情况尤其发生在合金表面Cr含量较低的地方，特别是在相界面处。近氧化膜处贫Cr基体中的Fe向氧化膜外扩散，使得在氧化膜的外层生成易于脱落的Fe2O3,和内层的FeCr2O4构成两层氧化膜结构，大大的恶化合金高温下的抗氧化能力。由于Y相的热膨胀系数比α相的大，在正常作业时，由于不同相的热膨胀能力不同，基体会对表面氧化膜产生拉或压的作用。这些作用都会导致氧化膜开裂，加速氧化的进程。
发明内容
鉴于火烧驱油对耐高温油井管的新要求，本发明的目的在于提供ー种使用温度在700-750°C时基体为奥氏体単相的耐高温石油用管及其生产方法，以满足火驱采油对油井管提出的耐高温的性能需求。
为了实现上述目的，本发明提供ー种耐高温油井管用钢，其化学成分的质量百分比为C 0. 03-0. 12 % ；Si 0. 15-0. 45 % ；Mn :0. 5-1. 5 % ；Cr :7-13. 5 % ；Ni :8-13 % ；A1
0.5-1. 5% ；Mo 0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%, Ti :0-0. 35%, Cu :0-1. 0%中的至少两种；余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，Creq为 16-20，更优选为 16. 4-19. 4 ；优选地，Nieq为 12-15，更优选为 12. 2-14. 4。以下是本发明油井管用钢的各化学成分的作用及其具体说明C :奥氏体形成元素，高温下易氧化脱碳，显著降低材料的高温性能，破坏氧化膜的连续性，按重量百分比，C含量不宣大于O. 12%，但是C含量太低炼钢难度増大，提高生产成本，所以宜采用含碳量O. 03-0. 12%。Si :铁素体形成元素，固溶于铁素体以提高钢的屈服強度，但同时会损失塑性和韧性，按重量百分比，宜采用硅含量为O. 15-0. 45%。Mn :奥氏体形成元素，主要起固溶强化作用，但含量太高时偏析严重，按重量百分比，宜采用Mn含量为O. 5-1. 5%0Cr :铁素体形成元素，提高材料的高温強度、高温下生成Cr2O3氧化膜，有效提高套管的耐氧化性能，但含量过高成本増加，按重量百分比，宜采用含量7-13.5%。Al :强铁素体形成元素，高温下生成Al2O3氧化膜，有效提高套管的耐氧化性能，但含量过高易使炼钢水口堵塞，使得浇铸困难，按重量百分比，宜采用含量O. 5-1.5%。Ni :有利于高温轧制，奥氏体形成元素。Ni加入量过低，不能保证700°C工作温度下处于单相奥氏体状态，加入量过高则増加成本，按重量百分比，宜采用含量8-13%。Mo :铁素体形成元素，强碳化物形成元素，可以有效地有利于提高材料的高温强度，含量高时成本过高，按重量百分比，宜采用含量O. 2-0. 8%。Cu :奥氏体形成元素，有利于提高材料的高温強度，含量高时成本过高，按重量百分比，宜采用含量0-1.0%。优选加入量为O. 5-1. O %。V:强铁素体形成元素，强碳氮化物形成元素，钒的碳氮化物在钢中细小弥散析出，可以有效地提高材料的高温強度，但含量过高成本増加。按重量百分比，宜采用含量0-0.2%。优选加入量为O. 08-0. 2%。Ti :铁素体形成元素，强碳氮化物形成元素，有利于提高材料的高温強度；若含量太高，易形成粗大的TiN。按重量百分比，宜采用含量0-0. 35%。优选加入量为O. 06-0. 35%o本发明的石油套管的制造方法如下按照本发明的化学成分的钢水经过熔炼后，连铸成圆坯，或浇铸成方坯后轧制成圆坯。热轧后获得的无缝钢管，加热温度1000-1200°C，保温时间30-120分钟，回火温度600-750°C，回火时间为30_90min。然后热定径、热矫直，热矫直温度大于400°C，优选大于500°C。按照本发明的成分设计及其エ艺得到的油井管用钢制成的耐高温套管在700-750°C的使用温度下，基体为奥氏体単相，能快速形成Cr2O3Al2O3复合氧化保护膜，有效抵御高温的烧蚀，具有优良的抗高温氧化性能，可以很好地满足火烧油田采油用管苛刻环境的要求。
图I是本发明的实施例I钢和对比例I钢在700°C的高温空气环境条件下保温576 后的小时氧化增重曲线。图2是本发明的实施例I钢的表面氧化膜形貌。图3是对比例I钢的表面氧化膜形貌。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明进行较为详细的说明。表I不出了本发明与现有技术的成分对比；表2示出了实施例与对比例的化学成分(wt % )；表3示出了实施例与对比例的热处理工艺和力学性能。本发明的石油套管的制造方法如下具有表2所示的化学成分的钢水经过熔炼后，连铸成圆坯，或浇铸成方坯后轧制成圆坯。热轧后获得的无缝钢管，采用固溶处理工艺，使合金元素充分溶解并均匀化。加热温度1000-1200°C，保温时间30-120分钟，回火温度600-7500C。然后热定径、热矫直，热矫直温度大于400°C。
权利要求
1.ー种油井管用钢，其化学成分的质量百分比为c :0.03-0. 12% ；Si 0. 15-0. 45% ；Mn 0. 5-1. 5% ；Cr :7-13. 5% ；Ni :8-13% ；A1 :0. 5-1. 5% ；Mo :0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%,Ti 0-0. 35%、Cu :0-1.0%中的至少两种；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求I所述的油井管用钢，其特征在于，V:0. 08-0. 2%，或Ti :0. 06-0. 35%,或 Cu 0. 5-1. 0%o
3.如权利要求I或2所述的油井管用钢，其特征在干，V、Ti和Cu中至少两种的含量之和为O. 14%以上。
4.ー种耐高温油井管，其化学成分的质量百分比为C :0. 03-0. 12%；Si 0. 15-0. 45%；Mn 0. 5-1. 5% ；Cr :7-13. 5% ；Ni :8-13% ；A1 :0. 5-1. 5% ；Mo :0. 2-0. 8% ;以及 V :0-0. 2%,Ti 0-0. 35%, Cu :0-1.0%中的至少两种；余量为Fe和不可避免的杂质。
5.如权利要求4所述的油井管，其特征在于，V:0. 08-0. 2%，或Ti :0. 06-0. 35%，或Cu 0. 5-1. 0%。
6.如权利要求4或5所述的油井管，其特征在干，V、Ti和Cu中至少两种的含量之和为O.14%以上。
7.如权利要求4-6任一所述的油井管的制造方法，包括 钢水经过熔炼后连铸成圆坯，或浇铸成方坯后轧制成圆坯； 热轧后获得的无缝钢管，加热温度为1000-1200°C，保温时间为30-120分钟，回火温度.600-750°C，回火时间为 30-90min ； 然后热定径、热矫直，热矫直温度大于400°C。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，热矫直温度为大于500°C。
9.如权利要求7或8所述的方法制造的油井管，其使用温度为700-750°C。
10.如权利要求9所述的油井管，其室温屈服强度为630MPa以上，700°C屈服强度为.350MPa 以上。
全文摘要
本发明涉及一种油井管用钢，其化学成分的质量百分比为C0.03-0.12％；Si0.15-0.45％；Mn0.5-1.5％；Cr7-13.5％；Ni8-13％；Al0.5-1.5％；Mo0.2-0.8％；以及V0-0.2％、Ti0-0.35％、Cu0-1.0％中的至少两种；余量为Fe和不可避免的杂质。其油井管的制造包括钢水经过熔炼后连铸成圆坯，或浇铸成方坯后轧制成圆坯；热轧后获得的无缝钢管，加热温度为1000-1200℃，保温时间为30-120分钟，回火温度600-750℃，回火时间为30-90min；然后热定径、热矫直，热矫直温度大于400℃。这样得到使用温度为700-750℃的耐高温油井管，其700℃的屈服强度为350MPa以上。
文档编号C22C38/46GK102691008SQ201110073690
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者田青超 申请人:宝山钢铁股份有限公司