CN103131897A - 110ksi级钛合金油井管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种110ksi级钛合金油井管及其生产方法，成分质量百分比为：Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%。该生产方法包括：真空炉两次熔炼，多火次锻造扒皮成圆坯，经环形炉加热到980-1040℃，穿孔连轧得到钛合金无缝管，经960-990℃保温1-1.5小时热处理，最终热处理后的钛合金油井管屈服强度符合API标准110ksi级的要求，冲击功大于41J，可在H₂S分压：5Mpa，CO₂分压：11Mpa，NaCl浓度：100000ppmCl，单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，满足腐蚀环境的油田需求。本发明的效果是该钛合金油井管屈服强度符合API标准110ksi级的要求，且具有优良的理化性能、使用性能、抗硫化氢和二氧化碳腐蚀的性能，其抗硫化氢应力应力腐蚀门槛值达到100%SMYS。

Description

110ksi级钛合金油井管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种110ksi级钛合金油井管及其生产方法，该钛合金油井管具有良好的抗硫化氢和二氧化碳腐蚀性能。

现有技术

随着油井开采的深度不断增加，流体的温度和压力升高，含硫量增加，对于油井管的材料和技术要求更为严格。耐蚀的镍基合金已经在石油勘探和工作条件苛刻的油井上得到了广泛的应用，但是其在较高温度含硫的酸性环境中耐蚀性能不能令人满意，并且在深井中使用这种合金，重量亦显太重。钛合金具有高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优点，其作用和优势越来越明显。因此，开发钛合金油井管及其生产工艺就成了急需解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种110ksi级钛合金油井管及其生产方法，生产的钛合金油井管可以保证在其屈服强度110ksi范围内并具有良好的抗H₂S、CO₂应力腐蚀的性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种110ksi级钛合金油井管，其中：该钛合金油井管的成分按重量百分比为：Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%。

同时通过一种110ksi级钛合金油井管的生产方法。

本发明的效果是采用该方法生产的钛合金油井管，最终产品屈服强度符合API标准110ksi级的要求，且具有优良的理化性能、使用性能、抗硫化氢和二氧化碳腐蚀的性能，其抗硫化氢应力应力腐蚀门槛值达到100%SMYS（名义最小屈服强度）。

附图说明

图1为本发明钛合金油井管的金相组织。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的110ksi级钛合金油井管及其生产方法做进一步说明，但并不局限于对本发明保护范围的限制。

本发明基于以下技术思想得出：（1）钛合金具有良好的抗硫化氢和二氧化碳应力腐蚀的性能，适合用于较高温度含硫的酸性环境的油井管；（2）钛合金具有高比强度、密度低，用于深井中质量更轻。（3）钛合金的化学成分及最终金相组织对于最终性能影响很大。

本发明的110ksi级钛合金油井管的成分按重量百分比为：Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%。

本发明的110ksi级钛合金油井管的生产方法包括有以下步骤：

（1）冶炼：选用海绵钛，按照Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%的配比配料，采用二次真空自耗电弧炉熔炼，经5～8次拉－压锻造成毛坯，扒皮制得圆管坯；

（2）轧制：将所述圆管坯在环形炉中加热，炉温设定为980-1040℃，保温50-80min以保证温度均匀，然后将所述圆管坯经过二辊斜轧穿孔和连轧制得管材；

（3）热处理：加热温度960-990℃，保温1-1.5h，空冷。

本发明的钛合金油井管所达到的技术指标为：

屈服强度＞758MPa

抗拉强度＞862MPa

延伸率＞11%

冲击功＞40J；

经最终热处理后的钛合金油井管在H₂S分压：5Mpa；CO₂分压：11Mpa；NaCl浓度：100000ppmCl；单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，满足腐蚀环境的油田需求。

本发明110ksi级钛合金油井管生产方法包括首先采用按照配比将海绵钛经二次真空熔炼炉熔炼成钛合金，然后经5～8次拉－压锻造成毛坯，扒皮制得圆管坯，然后将圆管坯经过二辊斜轧穿孔和连轧制得管材，最后管材经过热处理制成成品。炼制钛合金采用真空自耗电弧炉熔炼，为保证成分均匀，采用两次熔炼，经多次锻造扒皮成圆管坯；轧管为首先采用环形加热炉将圆管坯加热，然后采用两辊斜轧穿孔、轧管机轧制和14架定径机减径；最终热处理工艺采用加热温度为950-980℃、保温时间为1h-1.5h。

实际生产中可采用以下步骤：

（1）冶炼：选用海绵钛，按照Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%的配比配料，采用二次真空自耗电弧炉熔炼，经多次锻造后扒皮制得圆管坯；

（2）轧管：将管坯在环形炉中加热，炉温设定为980-1040℃，保温50-80min，以达到温度均匀。出炉经二辊斜轧穿孔机穿孔得到毛管，经高压水除鳞后进入五机架三辊连轧机轧制为荒管，然后经十四机架定径机减径，然后在冷床上冷却。

（3）热处理：最终管材经无损探伤后进行热处理，加热温度为960-990℃、保温时间为1h-1.5h。

实施例

（1）冶炼：原料采用海绵钛，按照Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%的配比配料，采用二次真空自耗电弧炉熔炼，经5～8次拉－压锻造成毛坯，后扒皮制得Ф210mm圆管坯。

（2）轧制：将所述管坯在环形炉中加热，炉温设定为990℃，保温60min以保证温度均匀。出炉经二辊斜轧穿孔机穿孔得到毛管，经高压水除鳞后进入五机架三辊连轧机轧制为荒管，然后经十四机架定径机减径为Ф88.9×7.34mm无缝管，然后在冷床上冷却。

（3）热处理：最终管材经无损探伤后进行热处理，加热温度960℃，保温时间为1h，空冷。

通过热处理工艺，最终产品屈服强度符合API标准110ksi级的要求。力学性能：屈服强度>758Mpa，冲击韧性>45J，延伸率>11%，具体性能见表1所示。

本发明钛合金油井管在H₂S分压：5Mpa，CO₂分压：11Mpa，NaCl浓度：100000ppmCl，单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境下，分别按照NACE TM0177A法进行抗硫化氢应力腐蚀试验；按照NACE TM0177B法ASTM G39标准，采用四点弯曲试样，进行抗硫化氢应力腐蚀试验；按照NACE TM177-2005和ASTM G38-01中给定的程序进行C环试验，试样均通过。腐蚀挂片进行168小时腐蚀试验后，其腐蚀速率为0.0020mm/a。表明本发明实例钛合金油井管具有良好的抗CO₂、H₂S应力腐蚀性能。

表1实例1机械性能

Claims (3)

1.一种110ksi级钛合金油井管，其特征是：该钛合金油井管的成分按重量百分比为：Ti余量，Nb：3.2%，Zr：1.9%，Mo：0.9%，Cr：1.2%。

2.根据权利要求1的110ksi级钛合金油井管的生产方法，该方法包括有以下步骤：

（1）冶炼：选用海绵钛，按权利要求1的110ksi级钛合金油井管的成分配比配制原料，采用二次真空自耗电弧炉熔炼，经5～8次拉－压锻造成毛坯，扒皮制得圆管坯；

（2）轧制：将所述圆管坯在环形炉中加热，炉温设定为980-1040℃，保温50-80min以保证温度均匀，然后将所述圆管坯经过二辊斜轧穿孔和连轧制得管材；

（3）热处理：加热温度960-990℃，保温1-1.5h，空冷。

3.根据权利要求1或2所述的110ksi级钛合金油井管，其特征是：所述钛合金油井管所达到的技术指标为：

屈服强度＞758MPa

抗拉强度＞862MPa

延伸率＞11%

冲击功＞40J；

经最终热处理后的钛合金油井管在H₂S分压：5Mpa；CO₂分压：11Mpa；NaCl浓度：100000ppmCl；单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，满足腐蚀环境的油田需求。

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