Q125钢级高强度石油套管的试制生产

介绍了按APISpec 5CT-2011标准PSL-2类要求生产的Q125钢级高强度石油套管的试制过程:以Mn-Cr-Mo中碳钢为基础,通过合理的成分设计,使合金元素总含量≤2.5%;采用电炉→精炼→真空脱气→连铸工艺生产连铸圆管坯;在斜轧穿孔、PQF连轧工序,保证产品在奥氏体区实现高温大变形;采用(920±10)℃淬火、保温时间17min,(620±10)℃回火、保温时间35min热处理制度。检验结果表明:试生产的Ф127mmx9.19mm规格Q125钢级高强度石油套管的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击功(包括统计冲击功)均符合APISpec 5CT-2011标准对PSL-2类Q125钢级的要求。

Cr对Q125级套管钢组织性能及CO_2/H_2S腐蚀行为的影响

为了明确Cr元素对深井、超深井用Q125级套管钢性能的影响，本文设计了4种不同Cr含量的石油套管钢，研究了Cr含量对试验钢组织、力学性能以及CO2／H2S腐蚀行为的影响．试验结果表明：Cr质量分数在0．4％～3％变化时，试验钢的屈服强度、抗拉强度随着Cr含量的增加而增大，但横向、纵向冲击功及延伸率则呈现先增大后减小的趋势，当Cr质量分数为1％时，冲击功和延伸率达到最大值；在CO2／H2S共存环境下，4种试验钢腐蚀产物膜均分为两层，内层以FeCO3为主，外层则是FeS和FeS1-x为主，而Cr主要在腐蚀产物膜的内层富集，且随着基体中Cr含量的增加腐蚀产物内层膜的Cr含量也随之增加；Cr的富集增加了腐蚀产物的致密性，进而提高了阻碍基体表面与液体之间离子扩散的能力，使得钢的腐蚀性能得到提高．

Q125级1% Cr套管钢焊接接头CO_2腐蚀行为

采用高温高压反应釜和电化学测试手段对含Cr质量分数为1%的Q125级套管钢焊接接头的CO2腐蚀行为进行了研究。结果表明:焊接接头的母材和热影响区的耐CO2腐蚀性能相近,母材为回火马氏体,热影响区为回火索氏体,组织对实验钢的耐CO2腐蚀性能影响不明显。焊缝区的Cr含量较高,腐蚀产物中的Cr富集加剧,且结构致密,其更能有效的阻止阴离子的通过,从而保护金属基体免受腐蚀介质的腐蚀。电化学分析可得,焊缝区的自腐蚀电位最正,自腐蚀电流最小,不易发生腐蚀;母材区的自腐蚀电位最负,自腐蚀电流最大,母材金属将作为阳极首先发生腐蚀,焊缝作为阴极得到保护。

热处理工艺对Q125钢组织性能的影响

采用Gleeble-2000热模拟试验机,以套管钢Q125为研究对象,研究了连续冷却过程冷速对相变行为的影响,以及奥氏体化温度、加热速率对试验钢组织遗传的影响和晶粒细化作用的机制。结果表明:热轧生产在580~660℃终冷可以获得铁素体+珠光体的低强度组织;试验钢在950℃及以上温度可以充分奥氏体化,随奥氏体化温度的升高淬火态组织呈细化趋势;经1~100℃/s的加热速度升温至950℃奥氏体化后淬火,淬火态组织随加热速度升高亦呈细化趋势。根据热模拟的结果进行实验室调质热处理,经950℃淬火+550℃回火后,屈服强度提高至943 MPa、抗拉强度提高至1055 MPa、屈强比0.89、断后伸长率A50=16.5%,均满足API 5CT标准要求。

页岩气井用高性能SEW Q125套管研制

针对我国页岩气开采对油套管性能的特殊要求,设计优化了Cr-Mo-V系卷板的化学成分,采用“高频电阻焊+热张力减径+全管体调质热处理”生产工艺研制出Φ139.7 mm×12.7 mm规格Q125钢级SEW套管产品。检测分析试制套管的几何尺寸、力学性能、抗挤强度等。结果表明:试制套管的几何尺寸精度高,椭圆度≤0.5%,壁厚不均度≤5%;管材的强韧性匹配好,屈服强度≥862 MPa,抗拉强度≥931 MPa,0℃下焊缝冲击功≥60 J;抗内压和抗挤毁性能优异,能够满足页岩气开采用套管安全服役要求。

回火工艺对Q125高强油井管用钢组织和性能的影响

采用工业试制的Cr-Mo-V微合金化Q125钢进行热处理工艺试验,研究了回火温度(580~630℃)对其组织和性能的影响。结果表明,采用920℃淬火和600~615℃回火的调质处理时,Q125钢的力学性能和低温冲击性能较好,可满足API 5CT标准要求。随着回火温度由580℃升高到630℃,屈服强度和抗拉强度降低,低温冲击吸收能量增加,同时由于温度升高促进碳的扩散,回火马氏体相界逐步外移,进而逐渐粗大,板条宽度由0.5μm增加到0.7μm,且小尺寸的岛状马氏体逐渐融合到板条状马氏体中,且板条界由锯齿状逐渐平直化,板条界上的析出相逐渐粗化,尺寸由100 nm增加到300 nm,形貌由球状转变成短棒状,板条内的细小析出相比例逐渐减少。

调质型低碳Q125级ERW石油套管钢的组织与性能

通过低碳微合金化的思路设计了Q125级ERW石油套管钢的成分,同时研究了调质热处理工艺对其组织和性能的影响。结果表明,采用920℃淬火+500℃回火调质处理后,Q125石油套管钢的屈服强度为975 MPa,抗拉强度990 MPa,伸长率为14.8%,0℃冲击功为43 J,具有良好综合力学性能和耐蚀性。通过电子背散射衍射(EBSD)分析发现,调质后以大角度晶界为边界的平均晶粒尺寸得到明显细化;扫描电镜及透射电镜分析显示,试验钢的组织为典型的回火索氏体,内含有50～160 nm残留的马氏体/贝氏体板条,且板条呈平束状或交错排列,板条内部存在对强度贡献较大的相互缠结的高密度位错亚结构。