[发明专利]抗二氧化碳腐蚀油井管用低合金钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金钢，特别是具有铁素体+珠光体组织的抗二氧化碳和氯离子腐蚀的油井管用低合金钢及制造方法。

背景技术

管材的CO₂腐蚀是油气田开发过程中必须面对的重大安全问题，必须采用各种具有抗二氧化碳腐蚀性能的合金油套管以保证开采开发的安全。针对较高的CO₂分压、高氯离子含量、低PH值以及井中高压和流体冲刷形成的强腐蚀环境，使用具有优异抗CO₂腐蚀性能的超级13Cr马氏体不锈钢是保证油田安全高效生产的最有效办法。但是，对我国多数开采寿命较短的低丰度低渗透油田而言，采用不锈钢油套管的成本过高，经济效果不理想。为了解决抗二氧化碳腐蚀与降低油套管材料成本的矛盾，宝钢开发出了调质处理的经济型3Cr系列抗CO₂腐蚀油套管。与13Cr马氏体不锈钢相比，3Cr油套管产品在保证材料良好的抗二氧化碳性能的基础上大幅降低了Cr合金的使用量，有效降低了材料成本，较好的解决了含中等浓度二氧化碳的油气田的经济型油套管用材问题。但是，随着开采开发的深入，很多原来不含CO₂的油气井中也开始出现了微量CO₂；同时，更多的含有低浓度二氧化碳的油气井开始大量出现；老油田的后期开发中也出现了二氧化碳含量不断提高的问题。另外，随着注水采油工艺的不断推广，各种注水井开始大量出现，注水采油工艺带来的氯离子腐蚀问题也对管材的耐蚀性能提出了要求。为此，很多油田提出了能抗低浓度CO₂和氯离子腐蚀且性价比合理的油套管的需求。因此，有针对性的研究开发能抗低浓度CO₂和氯离子腐蚀、生产工艺简单、性价比合理的低合金油套管具有重要的现实意义。

现有技术中有介绍有关抗CO₂腐蚀(或同时抗CO₂和H₂S腐蚀)用合金钢的发明专利或申请文献。但这些文献所涉及的大多是中高合金的超级13Cr和双相不锈钢等成分，且其制造过程中往往都必须采用高温淬火+回火的调质处理工艺。

CN1401809A公开了一种抗二氧化碳腐蚀的低合金钢及油套管，其C含量≤0.3％，主要通过添加适当的Mo、Ni、W、Cr等元素，经调质或正火处理后获得优异的抗二氧化碳腐蚀性能，其最终组织类型为索氏体或者回火索氏体。

CN1292429A公开了一种抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢，采用低碳成分，通过添加适当的Mo、Cr、Cu等元素来提高合金的抗二氧化碳及海水腐蚀性能，经冶炼、锻造、轧制、热处理后强度可达到80ksi钢级以上。

CN1487112A公开了一种抗二氧化碳和硫化氢腐蚀用低合金钢，其主要特点在于通过加入3％左右Cr和微量稀土元素Ce后通过调质热处理可制造80-95ksi钢级抗CO₂、H₂S腐蚀油管，最终组织类型为回火索氏体。

WO9941422A公开了一种以Mn、Cr为主要合金元素，必要时加入少量的Cu、Ni、Mo、Ti、Nb、B，产品最终为马氏体类型组织。

随着油气资源开采开发的深入，很多原来不含腐蚀性CO₂的油气井中也开始出现了微量CO₂；同时，更多的含有低浓度二氧化碳的油气井开始大量出现；老油田的后期开发中也出现了二氧化碳含量不断提高的问题。另外，为了提高收采率，注水采油工艺的不断推广使各种注水井开始大量出现，注水采油工艺带来的氯离子腐蚀问题也对管材的耐蚀性能提出了要求。为此，很多油田提出了能抗低浓度CO₂和氯离子腐蚀且性价比合理的油套管的需求。但目前各种抗二氧化碳腐蚀油套管均采用较高的合金设计并需进行各种热处理以保证材料的抗腐蚀性能。在保证抗CO₂腐蚀性能的钢中，一般Cr含量在3％以上。

发明内容

本发明目的在于提供一种80ksi钢级以上的抗CO₂和氯离子腐蚀的低合金油套管用钢。

为实现上述目的，本发明的低合金钢按重量百分比，其化学成分配比为：C：0.20-0.40％，Si：0.10-1.0％，Mn：0.50-2.0％，Cr：0.5-1.5％，V：0.02-0.2％，Al：0.01-0.10％，N：0.005-0.03％，Nb：0.02-0.2％，其余为Fe和不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05wt％。

本发明的另一个目的是提供上述低合金钢的制造方法。