[发明专利]一种高酸性油气田用镍基耐蚀合金及其油套管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气开采用镍基耐蚀合金，尤其涉及一种高酸性油气田用镍基耐蚀合金。

本发明还涉及一种油套管的制造方法，尤其涉及一种适用于高酸性油气田用镍基耐蚀合金油套管的制造方法。

背景技术

随着石油、天然气工业的迅猛发展以及开采油气资源的不断减少，油气资源的开采不得不转向复杂地区、面向深层的高酸性腐蚀环境的深井、超深井。此类酸性油气井深度大，井内压力和温度高、同时存在CO₂、H₂S和氯离子盐，并且浓度较高，这使得油套管的服役条件及其恶劣。

在高温高压、高含CO₂、H₂S和氯离子盐的腐蚀环境下，现有的马氏体不锈钢、双相钢以及铁镍基耐蚀合金等材料由于其自身局限性，已无法满足此类高酸性油气田的开采需求，需要采用具有综合机械性能，还要有更优良的抗点蚀、缝隙腐蚀以及抗应力腐蚀能力的镍基耐蚀合金管材。UNS N06985合金为富含镍、铬、钼的镍基耐蚀合金，具有特别优异的耐各种形式腐蚀破坏的能力，尤其是在高温、高酸性环境中耐蚀性能出众，并且具有优良的力学性能，可作为高酸性油、气井开采的优选材料。但是，该合金的合金化程度高、高温流变抗力大、动态再结晶温度高、可加工温度区间窄、挤压成型易开裂；合金析出相复杂、化学成分、生产工艺控制不当导致有害相（例如σ相、μ相、氮化物相和碳化物等）析出，影响合金的耐蚀性能；合金需通过冷变形达到强化目的，由于冷变形抗力高、延展性低、冷变形工艺控制不合理，极易导致管材内外表面出现裂纹和褶皱等缺陷，同时组织性能难以满足标准要求。预获得具有优异性能的该镍基耐蚀合金管材，不仅与化学成分的优化控制有关，同时与其制造过程工艺参数合理控制密切相关，因此，如何合理匹配化学成分，优化该镍基耐蚀合金管材的制管生产工艺，保证管材的良好的基体组织、耐蚀性能、机械性能以及内外表面质量是镍基耐蚀合金油套管的制备过程中亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有高酸性油气田用镍基耐蚀合金及其油套管的制造方法的上述不足，本发明所要解决的问题是提供一种抗腐蚀性能较高的高酸性油气田用镍基耐蚀合金。

与此相应，本发明的另一个问题是提供一种抗腐蚀性能较高的高酸性油气油套管的制造方法。油套管的机械性能和耐蚀性能优良，管材内、外表面质量良好。

为了解决上述问题，本发明提出包括下述的三项关键技术：

一、优化强耐蚀合金元素Mo、W含量，有益合金元素Ti、Nb+Ta含量以及与C+N的配比关系。

本发明通过控制强耐蚀合金元素Mo、W含量，有益合金元素Ti、Nb+Ta 含量与C+N的合理配比，以固定基体中的对耐蚀性能具有不利影响的C元素，有效保证合金的耐蚀性能。

Mo、W：二者作用类似，均有助于提高合金的耐局部腐蚀能力，特别是点蚀和缝隙腐蚀，而Mo元素对于提高合金抗点蚀性能方面是最有效元素，但是Mo、W含量过高，会加大热加工的难度，提高σ相的形成倾向，同时合金制造成本提高。因此，将不可缺少的Mo元素单独或将Mo、W两种元素加入合金中。本发明设计Mo含量为7.0~9.0％，W含量不大于3.0％，Mo+0.5×W总量控制在7.0~10.0％。

Ti、Nb+Ta：Ti与C、N等元素具有强烈的结合能力形成碳化物、氮化物或碳氮化物，Nb+Ta与C、N形成M(C,N)型化合物，二者均起到固定合金中的C的作用，有助于提高抗腐蚀性能。但是Ti、Nb+Ta含量过高，导致析出相数量增多，影响合金的塑韧性，因此，本发明设计Ti 含量控制在≤0.50％，Nb+Ta总量控制在≤0.50％，并且Ti、Nb+Ta与C+N配比控制在（Ti/6+(Nb+Ta)/8）/（C+N）≥1并且（Ti/6+(Nb+Ta)/8）/（C+N）≤2。

二、提出该镍基耐蚀合金最优的热挤压工艺参数

合理匹配该镍基耐蚀合金管材热挤压工艺参数，即挤压比控制在5~12，面缩率控制在80~92%，热挤压温度控制在1160~1210℃范围，挤压速度控制在120~180mm/s，热挤压成荒管后立即入水冷却（不大于25s）。通过合理匹配挤压工艺参数，确保合金在热挤压过程中完成动态再结晶组织转变，降低高温形变抗力、改善热塑性、彻底消除了热挤压开裂现象，保证了荒管晶粒度在8~10级、组织均匀、析出相较少，为成品管的晶粒度控制提供较好的组织基础。

三、固溶与冷轧工艺参数合理匹配与控制