[发明专利]一种石油钻采用易膨胀套管管材的制备方法

说明书

一种石油钻采用易膨胀套管管材的制备方法，属于金属材料领域。其成分为，C:0.10～0.20、Mn：1.2～3.5、Si：0.1～0.4、Ni：0.1～2.0、Nb：0.01～0.20％、Cu：0.2～1.5％、其余为Fe和不可避免的杂质。通过冶炼、轧制获得合金板，配合正火回火工艺，将钢板加热至A_C3以上10～100℃保温使之完全奥氏体化后空冷，再在两相区以下保温使合金化合物充分析出，获得铁素体和珠光体两相组织的膨胀管材，同时，相比不加Nb膨胀管组织，加Nb膨胀管的晶粒变得更加细小，屈服强度达400MPa，抗拉强度550MPa，可保证膨胀压力<35MPa，均匀延伸率(>16％),总延伸率(>35％)，膨胀后屈服强度可达550MPa以上。工艺简单，成本低廉，实用性强。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及石油套管，特别是一种石油钻采用易膨胀套管管材的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国石油天然气消费的逐步增长，勘探开发深入到了海洋作业、陆地超深井以及老井的二次开发等领域，使得石油勘探开发的难度日益增大。当钻井作业需要通过更深的过压地层、枯竭地层或易塌易漏失地层时，现有的技术是采用不同直径的钻头钻进，并以不同直径的套管以套筒的形式层层封固完成。这种情况下，井越深，套管层次越多，井眼直径就越大；反之，如果初始井眼直径一定，最终的井眼直径更小，有可能钻不到目的层或者即使钻至目的层，但井眼太小，满足不了开采及后续修井、增产等重入作业的要求(李日宁，贺新敬，刘今朝，吴缝钢，程国胜.可膨胀技术及其在石油钻采行业中的应用.石油机械,2002,30(7)：66-68)。采用可膨胀技术就可实现这一要求。可膨胀技术可应用于钻井、完井、采油、修井等作业中，既能解决井眼变径问题，又能大量节约作业成本，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。

膨胀管技术是近年发展起来的一项实用技术，该项技术是在钻井施工过程中，将管柱下入井底，用膨胀锥头以液力或机械力的方法使管材永久变形，从而达到增大套管，以实现节省井眼尺寸、封堵复杂地层的一种技术方法(马宏伟，黄勇.膨胀管技术现状分析.科技创新导报.2010,17:69-71)。目前，膨胀管技术主要应用于石油钻井，在地质勘探中尚未获得应用。可膨胀管可应用于钻井、完井、采油及修井等作业过程中，是21世纪石油钻采行业的重要技术之一。应用于钻井工程中的可膨胀管技术主要有可膨胀波纹管和实体管。可膨胀波纹管是管通过冷压方式处理，使其管端面形状呈梅花状，减小管的包络外径，可以通过上层套管内经，再通过液压，将其膨胀基本还原，在膨胀锥头的膨胀下，使其完全膨胀成圆管。可膨胀实体管是小于上层套管内径的特殊管，在井下通过液压式或机械式方式推动锥头，使小内径的管膨胀为较大直径管(马宏伟，黄勇，膨胀管技术现状分析.科技创新导报.2010,17:69-71)。

上个世纪九十年代末，壳牌公司首先提出了可膨胀套管技术，并由Enventure公司在墨西哥湾的海洋深井作业中完成了世界上的首次膨胀管的商业应用。自问世以来，膨胀管技术在世界范围内得到了蓬勃的发展，下入长度不断增加，工艺手段不断进步。目前，世界上多家石油公司均应用了此技术。例如：壳牌和哈里伯顿合资的Enventure公司、威福德公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及READ油井服务公司等(彭在没，赵旭，窦树柏，等.国外可膨胀管技术的发展概况.焊管.2010,33(6):5-9)。

随着膨胀技术在国外应用成功，证明了膨胀管技术对未来钻井作业的关键作用，同时，在国内存在着巨大的技术需求。在我国西部以及南方海相，特别是深井中，应用膨胀管技术可以改变井身结构，减小套管下入层数，封堵多压力体系地层、漏层、水层、易坍塌地层等复杂地层(马宏伟，黄勇，膨胀管技术现状分析，科技创新导报，2010,17：69-71)类似上述复杂的地层随着井越深，这样的情况更多，特别是在西部及南方海相的深井以及超深井的钻探作业中，问题更为突出，对套管的性能也提出了更为高的要求。针对该问题，目前最为有效的解决办法就是采用N80、P110、J55等高钢级膨胀管技术，实现全井同尺寸井眼，从而降低钻井作业成本，使油井钻探开发的风险得以减小。