[发明专利]内嵌压力容器的热处理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请作为部分继续申请依据35U.S.C.§120要求2006年11月2日提交的名称为“Heat Treatment Method of Inlaid Pressure Vessels”的美国专利申请No.11/555,984的权利，在此引入其全部内容作为参考。本申请作为部分继续申请依据35U.S.C.§120还要求2007年1月23日提交的名称为“HeatTreatment ofInlaid Pressure Vessels”的美国专利申请No.11/626,148的权利，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及油气生产期间使用的油田部件和设备。具体地，本发明涉及热处理油田部件的方法。

背景技术

现有多种用于钻井和产烃的设计，包括陆上和海上钻井生产机组。海上钻井生产机组设计可根据水深和所用平台的类型(例如浮式平台、半潜式平台、张力腿平台、翼梁型平台(spar-type platform)和本领域已知的其它平台)而改变。海上机组的控制装置的类型和位置也可改变，包括：湿式水下采油树系统，其控制装置设置在位于海底的井口的顶部；以及干式采油树系统，其控制装置设置在平台上。

油井钻探和生产期间使用的部件，无论何种位置和设计，均遭受腐蚀、磨损和疲劳。例如，对于海上钻井和生产，所使用的部件和设备经受动态环境，在这种环境下近地表和地下潜流可引起弯曲、拉伸和/或旋转应力。在典型的深水海上生产中，例如，立管在位于海平面的浮式平台和位于海底的井口之间延伸。由于井口静置于海底，而立管和平台或钻机是活动的，因而所产生的应力可导致生产部件疲劳，生产部件包括浮力装置、应力消除接头、用于压载或张力管线的系缆环板连接件(pad-eye connections forballast or tension line)、应力接头、防喷器(BOP)、控井组件、泥浆提升组件(mud lift module)、压舱配重(ballast weight)以及本领域已知的其它部件。这些部件(包括平台处的连接件、立管接头和井口部件)均可能经受由于海上环境的动态特性而引起的应力和应变。

作为遭受磨损、腐蚀和疲劳的部件的另一实例，在储层油气生产过程中常使用杆式泵。这种深井泵由游梁式抽油机(walking beam pumping unit)机械起动，游梁式抽油机的一端连接在电源上，而另一端连接一串钢杆(例如抽油杆)上，钢杆相互连接形成伸入井内的钻柱，钻柱的另一端连接在深井泵上。在泵送过程中，由杆构成的钻柱进行往复运动或旋转运动，这可能引起钻柱偏转。抽油杆由于与生产油管内壁的摩擦接触而遭受磨损。尽管流体环境起到润滑剂的作用，但抽油杆表面还是发生磨损。另外，组装过程中使用的工具，例如用于钻柱定心的工具，可能造成杆表面的磨损。对于产烃井，流体包含可能对杆表面具有附加的磨损作用的溶解盐类和未溶解矿物。在发生磨损的同时，抽油杆中的金属遭受井下化学物质引起的强腐蚀性侵蚀。这些杆在其整个使用寿命中还经受极高的循环轴向拉伸并可能经受轴向疲劳。

除了以上简要描述的动态应力、磨损应力和腐蚀应力以外，油田部件还可能经受钻井和生产过程中遭遇的高温高压所引起的疲劳。钻井过程包括穿透各种地下地质结构或称为“地层”的层。有时，井筒将穿透地层压力明显高于井筒中压力的地层。在出现这种情况时称井已“溢流”。伴随溢流出现的压力升高通常是由地层流体(可以是液体、气体或它们的组合)流入井筒所引起。压力较高的溢流往往从进入井筒的位置向井口蔓延(从高压区域向低压区域)。正常的工作压力和高压溢流致使油田部件经受额外的疲劳。

过去，经受疲劳负荷条件的油田部件由单一的金属合金制造。常用的合金一般是低合金钢，对低合金钢进行热处理加工以获得适于负荷条件的机械性能。使用高强度镍基合金制造这些部件通常就成本而言是不允许的。

在很多情况下，这些油田部件可能需要满足油气田金属部件的设计标准，例如针对金属经受各种环境组合物、pH、温度和H₂S分压时的性能，NACE国际组织(前身为美国腐蚀工程师协会，National Association ofCorrosion Engineers)和欧洲腐蚀联合会(European Federation of Corrosion)确立的要求。例如，对于调质状态的低合金钢，NACE MR0175将部件的最大硬度限制为洛氏C 22或布氏237。