[发明专利]一种可大变形膨胀的油井管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，尤其涉及一种膨胀管用钢管及其制造方法，该膨胀管用钢管适于在油井和气井内进行径向膨胀而达到所需要的井眼直径的目的。

背景技术

膨胀管技术是近年发展起来的一项实用技术，它通过一种机械膨胀装置，靠液体压力推进，在膨胀锥体或心轴推进的过程中使井下管件经过塑性变形达到扩大管径的目的。膨胀管分为实体膨胀管和割缝膨胀管两大类。实体膨胀管主要用于：封堵漏失层和高压水层；封隔破裂带；修补损坏套管和封堵已射孔套管；取代常规尾管悬挂器和尾管悬挂器封隔器，以便保持井眼尺寸；替代常规的套管。割缝膨胀管主要用于封隔破碎带和膨胀防砂网，作为一种新的完井手段，提高油井产量。

在钻井中，如果从开钻到完钻全部采用膨胀管技术，则可实现开钻井眼直径与完钻井眼直径基本一致，减少套管同心管柱的层数，使石油公司在降低钻井成本和开发成本的同时增加油井产量，据计算，实体膨胀管技术在降低钻井成本方面大约可以将钻机场地缩小75％、将钻井液减少20％、将钻屑量减少50％、将固井水泥减少50％。因此，这是钻井技术的一次重大革命。

膨胀管钻井技术的关键要素之一是开发相应的膨胀管用钢，因为膨胀管在井眼中被径向膨胀(发生大塑性变形)，之后还要在严酷的井下环境中服役(承受较大的外挤力、内压力，有时还有腐蚀介质的侵蚀)，在寒冷地区的油井更是对膨胀管的塑、韧性提出更高的要求；膨胀管应有足够的塑性变形能力，膨胀后，其力学性能、抗压溃性能、尺寸精度等应符合API或有关标准的规定，将经济性、实用性、优异的使用性能和服役性能四者兼顾是开发膨胀管用钢的难点，也是其成为制约膨胀管钻井技术发展的瓶颈之一的重要原因。例如，申请号为PCT/JP2006/312080的日本专利，只指出了其发明的油井管扩管后冲击性能优良，没有提及对钢管膨胀变形性能至关重要的均匀延伸率、屈强比等性能；而申请号为200410019863.X的中国专利，对扩管后的油井管的冲击性能只字未提；而专利号为7225868的美国专利、申请号为11790874的美国专利，没有提及钢管膨胀变形均匀延伸率、屈强比情况，也没有对油井管扩管后的冲击性能做任何介绍。而申请号为PCT/JP2008/054747的日本专利、申请号为200610112983.3的中国专利、专利号为6851455的美国专利均以Cr、Ni、Mo不锈钢作为膨胀管的原料，原料的合金成本和制造成本较高，原料的制造工艺在钢厂实施的难度很大，也失去了膨胀管钻井技术节约成本的初衷。所有以上公开的专利技术所提及的材料的最大膨胀变形率均仅为30％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可膨胀性能优良的膨胀管用油井管及其制造工艺，其最大径向膨胀变形率可以达到35％，使膨胀扩管后油井管的屈服强度级别达到55psi、80psi、90psi钢级水平，为石油公司采用膨胀管技术钻采石油、天然气提供所需的管材。

本发明的另一个目的在于提供一种膨胀性能优良的可大变形膨胀管用油井管及其制造工艺，在设计过程中兼顾了钢管的可制造性、可膨胀扩管的性能、扩管后的力学性能和抗外压挤毁性能、以及制造成本几个方面。

本发明的目的是这样实现的：

本发明采用高锰降低层错能，产生TWIP效应，使膨胀管具有低屈服、高均匀延伸率等特点，满足膨胀大扩径要求。与已知TWIP钢不同，本发明的成分特点是在低Si、Al含量的情况下，通过适量的C、N以维持奥氏体的稳定性，适量的N还可提高层错和孪晶的体积分数，来保证TWIP效应的高塑性产生，通过添加适量的稀土元素来抑制高Mn含量的热裂倾向。确定出以表1中成分为核心成分的生产理想的膨胀管用油井管。

表1膨胀油井管核心成分wt％