[发明专利]高强度抗二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及油井管，特别涉及高强度抗二氧化碳腐蚀油井管及其制造方法。

背景技术

CO₂腐蚀是世界石油工业中普遍存在的一种常见的腐蚀类型，也是困扰我国油气工业发展的一个极为突出的问题。目前我国塔里木、长庆、四川、华北、胜利、渤南、文昌等主力油田均含有很高的CO₂、Cl-等强腐蚀介质，每年油井管因CO₂腐蚀失效造成的事故给油田带来的经济损失高达亿元以上，而且也严重影响了油田的正常安全生产。从材料的防腐学角度看，在高含二氧化碳、氯离子、矿化度等复合介质环境中，要保证油田安全、高效地生产，最有效的办法是使用价格昂贵的改良型13Cr，甚至是22Cr以上的高铬不锈钢管材。但是由于我国多数油田属贫矿低渗透油田，使用价格昂贵的高铬不锈钢油管，油田一次性投资太大，经济性较差。因此大多数油田目前只好使用一般的普碳钢管材，这从而导致了油田多起严重的CO₂腐蚀事故。为此，部分厂家开发出了80ksi钢级以上、需通过调质处理的经济型3Cr系列抗CO₂腐蚀油套管产品。随着开采条件的改变，国内外很多氯离子含量较低、原来不含CO₂的油气井中出现了微量CO₂，而且所开发的油气井也越来越深，针对这种情况，采用目前油田常规的N80油套管已不能够满足抗CO₂腐蚀性能的要求，而采用目前国际国内市场上普遍的3Cr系列油管也难达到最佳性价比，为此，国内很多油田提出了高强度且能抗CO₂腐蚀的性价比高油管的需求。因此，有针对性的研究开发高强度微抗CO₂腐蚀、热处理工艺更加简单、性价比更适合的经济型低合金油管具有很现实意义。

在目前技术中，有关抗CO₂腐蚀（或同时抗CO₂和H₂S腐蚀）用合金钢的发明专利有多件，但这些专利所涉及的大多是中合金或超级13Cr、15Cr以及22Cr双相不锈钢等高合金的化学成分，且其制造过程中往往都必须采用高温调质处理工艺。

中国专利CN1401809A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。

中国专利CN1292429A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。

中国专利CN1487112A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。

欧洲专利EP995809A1，主要通过加入较多含量的Cr和适量的Cu和Al，以提高材料的抗二氧化碳和海水腐蚀性能，尤其是克服了特定介质条件下的局部腐蚀现象。但是该专利中合金元素尤其是Cr的加入量超过4%，属于中高合金范畴，钢管的成本较高。此外，该专利合金钢经淬火或正火处理后得到马氏体类型组织。

PCT专利WO9941422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。

美国专利US6648991，Cr含量为1.5-4.0%，Mn含量为0.3-0.8%，C含量为0.06-0.1%，配以适当的Mo、V元素，属于超低碳钢范围，合金采用热轧后调质工艺处理，所得组织为回火索氏体类型。

日本专利JP2001059136主要通过加入较多含量的Cr和适量的B并通过调质热处理后获得回火索氏体组织，以满足抗CO₂腐蚀和H₂S腐蚀性能。

日本专利JP2000063994主要通过加入较多含量的Cr，并在必要时加入少量的Cu、V、W、Mo等元素，并通过调质热处理后获得回火索氏体组织，达到抗CO₂腐蚀和H₂S腐蚀作用。