[发明专利]一种厚壁高强高韧石油套管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种厚壁高强高韧石油套管，其化学元素质量百分配比为：C：0.22‑0.30％、Si：0.1‑0.4％、Mn：0.5‑1.2％、Cr：0.8‑1.3％、Mo：0.6‑1.2％、Nb：0.02‑0.06％、V：0.2‑0.3％、Ti：0.02‑0.06％、B：0.0015～0.005％、Al：0.01‑0.05％、Ca：0.0005‑0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开了一种上述的厚壁高强高韧石油套管的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和连铸；(2)穿孔和连轧；(3)采用两次热处理工艺：其中第一次热处理采用两相区淬火工艺，以使两相区弥散分布形成的奥氏体在淬火后形成马氏体，其余组织仍保持为贝氏体；第二次热处理采用完全奥氏体化后水淬+回火的工艺。本发明所述的厚壁高强高韧石油套管，成本低廉，其同时具有高强度和高韧性，能够满足油田对高性能油井管的需求。

技术领域

本发明涉及一种石油套管及其制造方法，尤其涉及一种高强高韧石油套管及其制造方法。

背景技术

近年来石油勘探开发领域开发越来越多的井况有深井、超深井，为了保证高温高压开采开发的安全性，对管柱材料的强度提出了很高的要求。

随着钢材强度的提升，韧性一般是下降的，韧性不足极易引发早期裂纹及断裂，因此，高强度套管钢必须匹配更高的韧性，才能保证管柱安全。但是厚壁管(壁厚20mm以上)对材料的淬透性要求较高，需要在淬火后得到较多的马氏体组织以保证强韧性，因此厚壁管对合金成分的要求较薄壁管更高。

根据英国能源部指导标准，压力容器钢管的冲击韧性应该达到其屈服强度数值的10％，155钢级套管材料要求的韧性达到107J以上，而目前能够进行工业应用的套管强度能够达到155ksi以上，但是冲击韧性只有50-80J，具有高韧性和高强度的钢开发难度极大。

专利号为CN101586450A，公开日为2009年11月25日，名称为“具有高强度和高韧性石油套管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种具有高强度和高韧性石油套管，其制造方法采用不同的热处理工艺获得1100MPa左右的高强度钢，但是其横向冲击韧性只有90J。

专利号为CN101250671A，公开日为2008年8月27日，名称为“具有高强度和高韧性的石油套管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种具有高强度和高韧性的石油套管，其横向冲击韧性只有80J。

鉴于此，期望获得一种厚壁(壁厚20mm以上)石油套管，其同时具有高强度和高韧性，以满足油田对高性能油井管的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种厚壁高强高韧石油套管，其同时具有高强度和高韧性，以满足油田对高性能油井管的需求。

为了实现上述目的，本发明提出了一种厚壁高强高韧石油套管，其化学元素质量百分配比为：

C：0.22-0.30％、Si：0.1-0.4％、Mn：0.5-1.2％、Cr：0.8-1.3％、Mo：0.6-1.2％、Nb：0.02-0.06％、V：0.2-0.3％、Ti：0.02-0.06％、B：0.0015～0.005％、Al：0.01-0.05％、Ca：0.0005-0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明所述的厚壁高强高韧石油套管中，各化学元素的设计原理如下：

C：C为析出物形成元素，可以提高钢的强度，当C含量低于0.22％时，会使淬透性降低，从而降低韧性，厚壁管强度难以达到140ksi以上。当C含量高于0.3％时，会与Cr、Mo形成大量粗化的析出物，并显著加重钢的偏析，造成韧性显著降低，难以达到高强度高韧性的要求。因此，本发明将厚壁高强高韧石油套管中的C元素的质量百分比限定在0.22-0.30％。