[发明专利]一种油井管用钢、其制备方法和油井管

说明书

本发明提供了一种油井管用钢、其制备方法和油井管。按重量百分比计，油井管用钢的化学成分包括：C 0.4～0.6％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，Cr 0.8～1.2％，Mo 0.6～0.9％，V 0.1～0.3％，Nb≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.03％，S≤0.005％，P≤0.01％，Cu 0.7～1.5％，Ni和Cu的重量百分比满足0.5≤Ni/Cu≤1，余量为铁和不可避免的杂质。通过平衡本发明油井管用钢的各化学成分，解决了高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的双重矛盾关系。

技术领域

本发明涉及石油、天然气开采用管道钢技术领域，具体而言，涉及一种油井管用钢、其制备方法和油井管。

背景技术

在石油、天然气生产领域，伴随腐蚀性低的浅井油气资源的枯竭，对腐蚀性高的高压深井的开发一直在增加。油气井的深井化，一方面要求油井钢管具备高强度、高韧性；另一方面，油气井大多含有具有腐蚀性的硫化氢(H₂S)，因此对钢管的耐腐蚀性要求也提高。

低合金钢管暴露在含有H₂S的酸性环境中，就会产生源自硫化物应力开裂(SSC)的氢脆性断裂，且越是高强度钢越易发生SSC。

以往，用于含有H₂S的酸性环境的低合金油气井钢管的最高强度限制在110ksi级别，即屈服强度758MPa以内。如要获得超过110ksi强度级别(如125ksi级别，屈服强度862MPa以上)的油井管钢，需要解决高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的双重矛盾关系。近年来，开始研发的125ksi高强度油井管钢虽然获得了高强度(屈服强度高于862MPa)指标，但抗SSC性能不稳定，而且很少能满足在NACE TM 0177标准中Method A的条件下，加载最小屈服强度85％的应力保持720小时不断裂的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种油井管用钢、其制备方法和油井管，以解决现有技术中油井管用钢不能同时满足高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种油井管用钢，按重量百分比计，油井管用钢的化学成分包括：C 0.4～0.6％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，Cr 0.8～1.2％，Mo 0.6～0.9％，V 0.1～0.3％，Nb≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.03％，S≤0.005％，P≤0.01％，Cu 0.7～1.5％，Ni和Cu的重量百分比满足0.5≤Ni/Cu≤1，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，油井管用钢在室温的屈服强度862MPa，抗拉强度950MPa；0℃条件下，全尺寸V型缺口冲击功130J。

进一步地，油井管用钢的金相组织包括回火索氏体和奥氏体，奥氏体的体积为金相组织总体积的3～5％，回火索氏体的体积为金相组织总体积的95～97％。

进一步地，油井管用钢在饱和H₂S环境中加载733MPa应力下至少保持720小时不断裂。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种上述油井管用钢的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，按上述油井管用钢的化学成分进行混料得到原料，将原料进行冶炼和浇注得到钢锭；步骤S2，将钢锭进行保温，然后在奥氏体单相区进行锻造并冷却至室温，得到冷却后的钢锭；步骤S3，将冷却后的钢锭进行热处理，得到油井管用钢。

进一步地，步骤S2中，保温的温度为1150～1200℃，保温的时间不少于4h，优选保温时间为4～12h。

进一步地，步骤S2中，锻造包括初锻和终锻，初锻的温度为1100～1150℃，初锻的时间为5min～60min；终锻的温度为950～1000℃，终锻的时间为5min～60min；优选锻造的锻造比大于8，优选锻造的锻造比为8～20；优选冷却为空冷，优选冷却的速度为0.5℃/s～5℃/s。