[发明专利]一种低径厚比高强度高频电阻焊膨胀套管及其制备方法

说明书

本发明提供一种低径厚比高强度高频电阻焊膨胀套管及其制备方法，属于金属材料技术领域。该套管成分重量百分比为C：0.05％、Mn：1.0％，Si：0.2％，Cu：0.5‑3.0％，Ni：0.3％‑2.0％，Nb：0‑0.12％,Ti：0.02％，余量为Fe，且Cu/Ni1.5。通过热轧后缓冷的工艺生产母材钢卷，母材强度低于450MPa，可以在不增加现有设备制管卷曲能力的条件下实现低径厚比高强度高频电阻焊制管，制管后采用焊缝正火保证焊缝性能，利用350‑650℃回火工艺形成合金元素析出，提升钢管屈服强度50MPa以上，最大可达200MPa以上，且断后延伸率不显著降低，从而实现低径厚比高强度高频电阻焊膨胀套管的生产。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是指一种低径厚比高强度高频电阻焊膨胀套管及其制备方法。

背景技术

膨胀套管技术是近二十年来新发展的石油天然气钻采领域的创新技术，被称为是钻井工程的革命。20世纪90年代荷兰壳牌公司率先提出了这一概念并很快开展了应用(孟庆昆,谢正凯,冯来,等.可膨胀套管技术概述[J].钻采工艺,2003,26(4):67-68)。这一技术可实现等井径钻井，缩减油气井上部井眼尺寸，优化钻具组合，提高机械钻速，节省井口设备、钻井液、循环时间、水泥、钻头和平台费用。据统计，该技术可以降低44％的钻井液用量、42％的水泥用量、38％的套管用量和59％的钻屑生成量，在海上钻井和建井中可节省33％～48％的建井费用(杨传勇.国外可膨胀套管技术的发展及应用[J].石油机械,2006,34(10):74-77.)。

当前我国油气产量与需求存在巨大差距，很大程度依赖进口，因此各大油气田每年面临的生产任务非常艰巨。随着我国各个油田进入开发后期，井筒维护、剩余油的挖潜、套损井的治理已经称为各油田特别是老油田二次开发的重点工作。膨胀管技术与常规技术相比具有强度高、密封可靠、修复后通径大等优点，特别适用于套损井修复，可以为套损井复产提供了有力支撑，创造重大经济价值。

在实际工程中，对膨胀套管强度有着较高的要求(李秀程,尚成嘉,袁胜福,等.新型膨胀套管材料研发及其商业前景.金属世界[J],2015,5.)，虽然膨胀套管的强度可以在膨胀过程中得到提升，但是初始强度仍是膨胀套管的重要性能指标，特别是对一些大厚度低膨胀率的工程设计而言，膨胀过程的加工硬化能力也是有限的。但是如果管材强度过高，也会增加制管的难度，特别是对大厚度、低径厚比的膨胀套管而言，会极大增加制管成型部分的机械负担。所以通常高强度膨胀套管的是采用正火板卷进行制管，制管后再通过调质工艺增加强度，不仅能耗大，流程长，而且还会造成塑性恶化和管型不佳等问题。因此需要开发一种既适合现有制管机械能力，又可以获得良好性能和管形质量的大厚度、低径厚比的膨胀套管生产方法。

发明内容

本发明针对目前膨胀套管强度要求高，制管机成型机械卷管力有限的问题，提供一种低径厚比高强度高频电阻焊膨胀套管及其制备方法。

该膨胀套管成分重量百分比为C：0.05％、Mn：1.0％，Si：0.2％，Cu：0.5-3.0％，Ni：0.3％-2.0％，Nb：0-0.12％，Ti：0.02％，余量为Fe，且Cu/Ni1.5。

较低的C、Mn和Si含量保证了板卷具有较低的强度(通常可控制在450MPa以下，最低可达250MPa)，制管后通过Cu析出强化提升强度，如对强度有更高要求，特别是回火温度较高时(550℃以上)还可适当添加Nb元素，利用Nb的析出保证强度达到预期目标。由于加入Cu会导致热轧过程中的Cu偏聚产生热裂现象，所以按Cu/Ni小于1.5的比例加入Ni，以保证热轧板卷及焊接的质量。

制备该膨胀套管的方法，包括步骤如下：

(1)先按照成分进行冶炼、连铸，得到连铸坯；

(2)将连铸坯进行热轧、卷曲，得到钢卷；

(3)将卷曲后的钢卷进行高频电阻焊制管，得到整体管；