[发明专利]一种高强度13Cr油套管用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种110ksi高钢级抗高温(120-150℃)、高抗CO₂、氯离子腐蚀条件下的油井管用钢及其制造方法。

背景技术

随着我国石油天然气开发力度的加大，采集油气的油井套管和油管面临着高温高压、高含CO₂、Cl-等共存的强腐蚀环境，从而造成油气田多次发生井下油管断裂，集气干线泄漏事故，致使许多油气田井都在投产一年左右由于此类问题而提前报废，造成巨大损失。

首先，CO₂对油管的腐蚀是油气井生产过程中经常遇到的问题。国内外在广泛研究了CO₂对油管的腐蚀机理、特征及影响因素的基础上，提出了预测CO₂腐蚀环境下油管腐蚀速率的各种数值模拟计算方法，形成了使用耐蚀合金管材、涂镀层管材、注入缓蚀剂、阴极保护等系列防腐技术。然而，由于不同防腐技术在防腐效果、成本、作业的难易程度和相关风险上都有所不同，因此，一个油气田采用的防腐技术不同，其防腐费用及效果差异也很大。过去，油气田在决定采用何种防腐技术时，主要考虑能否有效地解决油管腐蚀问题，且初期投资要少，并没有或很少从油气田整体开发的角度进行经济评价。然而，  “高效经济”是油气田开发的原则。因此不论采取何种防腐技术都要进行经济评价，使油气田在开发期限内投入的总费用最少，而不是某一时期内费用最少或效果最好。因此，有必要对CO₂腐蚀环境下的各种防腐技术进行评价，从而优选出适合油气田开发的防腐技术。

常用防腐技术及其特点

目前，国内外应用较成功的CO₂腐蚀环境下的防腐技术主要有如下五类：

1.使用耐蚀合金钢管材

主要是指用于防CO₂腐蚀而开发的合金钢油管(如1Cr、9Cr、13Cr等钢管)。该类管材依靠自身的耐腐蚀性能抵抗CO₂腐蚀。该技术的施工方法基本与使用普通碳钢管材相同，在其有效期内，无须其它配套措施，对油气井生产作业无影响，且工艺最简单，但初期投资较大。

2.使用涂镀层油管

油气生产井中的涂镀层油管主要依靠其涂层或镀层来隔绝钢体与腐蚀介质的接触，从而达到防腐的目的。其防腐效果的好坏与涂层或镀层材料及其工艺技术水平有关，油管接头处和加工时存在的“漏点”是易被腐蚀的薄弱部位。而对于需修井作业的生产井，由于涂镀层易受钢丝绳的破坏而无法达到防腐的目的。该技术对油气井生产影响相对较小，工艺较简单而且成本一般不会很高。

3.注入缓蚀剂

注入缓蚀剂防腐主要是利用缓蚀剂的防腐作用达到减缓油管腐蚀的目的，其防腐效果主要与井况(如温度、压力)、缓蚀剂类型、注入周期、注入量有关。该技术成本低，初期投资少，但工艺较复杂，对生产影响较大。缓蚀剂有两种注入方式：

(1)间歇注入方式。该方式在将缓蚀剂自油管内注入后，必须关井一段时间后才能开井(处理周期一般为2～3个月)，因此，对生产有一定影响。

(2)连续注入方式。该方式主要通过油套环空或环空间的旁通管及注入阀将缓蚀剂连续注入井内或油管内，油气井不需关井，因此，对生产影响较小。

4.阴极保护

该技术利用牺牲阳极的方式保护井下管柱(一般用于保护套管)免受腐蚀。其操作工艺复杂，且易受方案设计时所需基本参数准确度及现场环境的影响，很难实现最佳的防腐效果，而且作业成本较高。

5.使用普通碳钢

使用普通碳钢管柱，并在其寿命期限内更换油管管柱，套管用封隔器加环空保护液进行保护。该防腐技术需频繁更换油管，对油气井生产影响很大，且压井作业对储层伤害较大，但生产初期基本不增加附加防腐费用。

目前，业界达到的共识是：防腐技术的确定要以在油气藏寿命期限内防腐费用最低为目标；对于寿命长、腐蚀严重的油气藏，采用耐蚀合金钢油管最终投资最小，效益最高。

现有API5CT规范中已知有L80-13Cr油套管产品，其能生产的强度为80和95钢级，最高服役温度一般为120℃，耐蚀性能小于0.25mm/y。