[发明专利]CO2和H2S共存环境中的耐腐蚀低铬油套管的制备工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及石油管材技术领域，具体涉及CO₂和H₂S共存环境中的耐腐蚀低铬油套管的制备工艺。

背景技术：

随着油气田开发的深入，含CO₂/H₂S的油气井数量越来越多，油套管腐蚀损伤造成的事故频繁发生，严重影响到油气田的安全生产，并随着开发的深入而日趋严重。针对CO₂/H₂S腐蚀所采取的防护措施主要有：采用耐蚀材料(包括使用玻璃钢和高合金成分的合金钢)、加注缓蚀剂和采用防腐涂覆层。但是，由于缓蚀剂加注过程复杂，长期投资很高，涂覆层使用过程中的破损会造成局部腐蚀隐患等问题，最安全的防护措施仍是使用耐蚀材料。但是，玻璃钢强度不足、高合金钢一次性投资太大。尤其是针对同时含CO₂和H₂S的油气井而言，按照目前任何一个钢厂的选材方案基本都要采用双相不锈钢或者镍基耐蚀合金，这意味着仅仅每口井的油套管的投入就比一般材料高15倍以上。

发明内容：

本发明要提供一种CO₂和H₂S共存环境中的耐腐蚀低铬油套管的制备工艺。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是：一种CO₂和H₂S共存环境中的耐腐蚀低铬油套管的制备工艺，依次包括下述步骤，

I、炼钢

原料(wt％)包括C：0.18～0.24％，Si：0.25～0.50％，Mn：0.45～0.55％，P：0.01～0.015％，S：0.003～0.005％，Cr：2.95～3.10％，Mo：0.40～0.75％，Cu：0.10～0.25％，Ni：0.009～0.05％，Al：0.015～0.055％，Ti：0.010～0.035％，B：0.0018～0.0024％，Nb：0.03～0.06％，V：0.05～0.10％，受控制成分(wt％)为：As≤0.020％，Sn≤0.015％，Sb≤0.010％，N≤0.007％，Ca处理，Ca/S比为1.5；余量是Fe。

利用通电电弧炉直接还原Fe获得低浓度残余物和夹杂的母材，将母材在钢包炉中精炼，然后二次合金化，并最终除气，其中：喂Si-Ca丝夹杂物变态处理是使硫化锰夹杂球化，降低HIC阶梯状裂纹敏感性，Ca/S比≥1.5；

II、轧制：通过该步骤，得到正确的要求尺寸；

III、热处理及精整：首先在炉内充分奥氏体化，奥氏体化温度为840～910℃，保温时间30～50分钟，通过回火处理获得均匀的微观结构组织，回火温度650～720℃，回火保温时间60～100分钟，淬火速度为80～100℃/s，全长冷速均匀，淬火加高温回火的组织为细小弥散球状碳化物分布在铁素体基体上。

油套管用钢在含有CO₂/H₂S溶液中，会发生如下阳极反应：

Fe→Fe²⁺+2e

同时，在CO₂/H₂S腐蚀的过程中，阴极反应过程控制着钢的腐蚀速率，主要涉及到H⁺、H₂CO₃、HCO₃^-、H₂S、HS^-的还原：

2H⁺+2e→H₂

2H₂CO₃+2e→2HCO₃^-+H₂

2HCO₃^-+2e→H₂+2CO₃^2-

2H₂S+2e→2HS^-+H₂

2HS^-+2e→2S^2-+H₂

总的电极反应为：

Fe²⁺+CO₃^2-→FeCO₃

Fe²⁺+S^2-→FeS