[发明专利]一种耐高温油井管用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气井油井管用钢，特别是涉及一种使用温度达500℃的经济型火烧油田用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较大的比例。我国稠油资源丰富，辽河油田、克拉玛依油田、胜利油田及大港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、火烧油层等热力采油的方法。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口井，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力的变化等。

在火烧原油过程中，高温火焰和套管以及油管接触传热，钢管的温度可高达500～700℃。高温不仅会使材料软化，而且还会使钢管氧化减薄；燃烧加热过程、停烧以及采油过程中的冷却不仅会使套管受到非常大的拉-压应力，而原油燃烧所产生的大量的二氧化碳会使钢管产生二氧化碳腐蚀。

现有的耐高温油套管产品主要以普碳钢、CrMo钢或含W的CrMo钢为主，如公开号为CN1873041A的中国专利申请公开了一种耐高温隔热油管用钢及其制造方法，其化学成分为：C：0.05～0.25％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.1～1.0％，Cr：0.5～2.0％，V＜0.05％，Al＜0.05％，Nb＜0.05％，Mo：0.1～1.0％，W：0.1～1.0％。这种油管用钢的化学成分较为简单，可含的V含量较低，这种钢适用于在350℃以下使用的较低钢级的耐高温油套管产品，如API标准的N80钢级的套管产品。然而，这些产品400℃以上的耐高温氧化、持久性能很差，并且，由于Cr含量低，材料的抗二氧化碳腐蚀能力也不能满足用户的使用要求。公开号为CN1401809A的中国专利申请公开了一种抗二氧化碳腐蚀的低合金油套管，其化学成分为C：0.01～0.3％，Si：0.14～1.0％，Mn：0.1～2.0％，Cr：0.5～5.0％，Al：0.005～0.1％，Mo：0.01～1.0％，W：0～1.0％，Cu：0.05～2.0％，Ni：0.05～1.0％。所用合金中含有Cu、Ni，而不含Nb、V等合金元素，耐高温氧化性能较差。公开号为CN1904120的中国专利申请公开了一种高温抗腐蚀隔热油管用钢，其化学成分为C：0.01～0.15％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.4～1.0％，Cr：0.5～3.0％，Mo：0.1～1.0％，W：0.1～1.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～1.0％。该合金同样不含Nb、V等合金元素，耐高温氧化性能较差。上述产品的生产方法均采用了调质热处理工艺。

发明内容

鉴于火烧油田对耐高温油井管的新要求，本发明的目的在于提供一种使用温度范围为室温至500℃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、耐腐蚀的性能需求。

为了实现上述目的，本发明提供一种抗挤毁耐高温油井管用钢，其化学成分的质量百分比为：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％；Al：0.001～0.07％；Mo：0.05～0.9％；W：0.2～1.75％；N：0.002～0.05％；Ca：0.001～0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。

为了进一步提高耐磨性，本发明钢的一个优选成分为高碳低氮系列，其化学成分的质量百分比为：C：0.18～0.31％；Si：0.15～0.68％；Mn：0.2～1.48％；Cr：2.0～4.0％；V：0.05～0.10％；Ti：0.001～0.05％；Nb：0.001～0.05％；Al：0.001～0.07％；Mo：0.05～0.45％；W：0.2～0.6％；N：0.002～0.008％；Ca：0.001～0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。