[发明专利]一种超高强度抗硫化氢腐蚀油井管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强度抗硫化氢应力腐蚀油井管及其生产方法，抗硫化氢腐蚀油管和套管屈服强度达到130～140ksi。

背景技术

传统的生产抗硫化氢应力腐蚀用石油套管和油管的主要工艺过程是：选择合适的钢种，经冶炼、浇铸并轧成热轧无缝钢管后进行整体调质热处理，最后经适当机械加工制成抗硫化氢应力腐蚀用石油套管和油管。

抗硫化氢应力腐蚀用石油套管和油管与一般用途的石油套管和油管相比，在选材和生产工艺上有许多特殊之处。其主要特点是严格控制化学成分和热处理工艺。

为保证抗硫化氢应力腐蚀性能，一般均选择淬火加高温回火热处理工艺，并且尽量在Ac 1以下较高的温度回火，以保证成品钢管具有很好的硬度均匀性和较低的残余应力。

在成分设计上，主要有2个考虑。一是加入可以提高淬透性和回火稳定性的元素，以保证材料淬火后可以得到尽可能多的马氏体组织，并在回火时有较高的回火温度，比如C、Mn、Cr、Mo、B等。二是对于那些易于形成夹杂物和偏析的元素应该加以严格控制，比如P、S、O、N等，并进行钙处理，用以保证得到较高的抗硫化氢应力腐蚀性能。

从钢级的角度考虑，材料的钢级越高，越需要加入更多的提高淬透性和回火稳定性的元素，用以保证在较高的回火温度下仍然可以得到较高的强度。但是对于高钢级抗硫化氢应力腐蚀油套管而言，为保证强度而加入的合金元素在保证钢级强度的同时也有可能降低其抗硫化氢应力腐蚀性能。例如较高的Mn可能造成较严重的偏析，较高的Cr可能会产生粗大的碳化物，较高的C也可能产生较高的回火硬度。大量合金元素的加入在提高强度的同时会降低抗硫化氢应力腐蚀性能，这是在开发高钢级抗硫化氢应力腐蚀油套管时遇到的难题。因此大部分生产厂家只能生产110ksi以下钢级的抗硫化氢应力腐蚀油套管。而对于125ksi以上钢级的抗硫化氢应力腐蚀石油套管，由于其屈服强度达到862MPa以上，硬度达到HRc 32以上，其硫化氢应力腐蚀敏感值较高，生产难度更大。因此，到目前为止，世界上只有日本住友金属于2004年生产的SM-125S抗硫套管在北海油田得到实际应用。

表1是日本住友SM-125S抗硫套管的主要性能

由于住友SM-125抗硫套管只能承受0.03atm的H₂S分压，而大部分含硫化氢的油气井中H₂S分压都在1.0atm以上，因此SM-125S抗硫套管只能在含有微量硫化氢的弱酸性环境下使用。

日本专利2004-023470是日本住友的一个有关110～125ksi钢级抗硫管专利。在专利的实施例中，提出采用0.19％C、0.4％Mn、0.5％Cr、0.5％Mo、不含V和Nb的成分设计，以及950℃保温30min淬火+650℃保温30min回火的热处理工艺，可以生产125ksi钢级抗硫管。

日本专利11-061254也是日本金属的关于125KSI钢级抗硫管专利。采用专利钢种，轧后快速加热到950℃保温5min后在线淬火并且在680～700℃回火，生产125ksi钢级抗硫管。

日本专利2006-265657是日本住友金属125ksi钢级抗硫管专利。采用专利钢种轧后900～950℃快速加热后在线加速冷却到400～600℃，然后在此温度范围内进行等温处理，生产125ksi钢级抗硫管。

日本专利06-184711是日本新日铁专利。采用专利钢种，穿孔后在Ar3～1100℃轧管，轧管总变形量在20～70％之间，轧后再加热到900～1000℃，然后精轧，轧后以150℃/sec速度淬火冷却到Ar1温度以下，生产抗硫管。

发明内容

本发明的目的提出了一种超高强度抗硫化氢腐蚀油井管及其生产方法，既可以保证钢管经整体淬火回火后，达到125ksi钢级的性能要求，也可以保证H₂S分压在1.0atm以上时具有很好的抗硫化氢应力腐蚀性能。

本发明的技术方案是，

一种超高强度抗硫化氢腐蚀油井管，其成分质量百分比：

C   0.25～0.40％

Si  0.1～0.5％

Mn  0.3～1.0％

Cr  0.1～0.8％

Mo  0.5～1.2％

V   0.05～0.15％

Nb  0.3～0.6％

Ti  0.01～0.1％

P≤0.015％

S≤0.010％

Al  0.01～0.05％

其余为Fe和不可避免的杂质。