石油天然气开采工业用侧钻石油套管及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种石油套管生产方法，特别是一种石油天然气开采工业用侧钻石油套管及其生产方法。

背景技术

每年，国内外都有大量的石油、天然气井中的油层套管发生损坏，导致油气井无法正常生产，必须打新井，从而造成较大的经济损失。一些老井由于采油时间长，油层套管复生腐蚀等损坏，无法继续采油作业，与此同时，老井的产油量大大减少，在原地打新井的费用将难以收回，通过利用原井的技术套管来侧钻油层将成倍降低钻井成本，通过采油将很容易回收钻井成本，这样既增加了原油的采收率又增加了油田的经济效益。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是从套管的几何尺寸、接头形式和性能指标上设计一种石油天然气开采工业用侧钻用高强度石油套管及其生产方法，以满足国内外大量由于油层套管失效而无法继续正常生产的油气井需进行侧钻以尽快恢复正常开采的实际需要，该石油套管为非API钢级石油套管。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种石油天然气开采工业用侧钻石油套管，其中：该石油套管的化学成份及重量％为：C＝0.23~0.40  Si＝0.15~0.50  Mn＝0.60~1.60  P≤0.25  S≤0.15Cr＝0.40~1.60  Mo＝0.10~0.40  Cu≤0.30  余量为Fe；

该石油套管的外径3-3/4英寸，壁厚为5.0-10.0mm；所述石油套管的接头形式为API 5B中的3-1/2英寸外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸，为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。

还提供一种所述石油天然气开采工业用侧钻石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：

①炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料；②炼钢：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯；③将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；④热处理：在温度为850～950℃淬火的水淬淬火，在温度为550～650℃回火；在温度为500～600℃热定径，在温度为450℃～550℃热矫直，最后探伤；经调制处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度：550～1070Mpa

抗拉强度：≥600Mpa

延伸率  ：≥13％

冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥50J

横向全尺寸夏比冲击功≥35J；

⑤接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸，为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能，套管整体使用性能：

管体抗挤毁强度：≥58Mpa

接头强度：≥736KN

管体内屈服强度：≥76Mpa。

本发明的效果是采用该方法生产的侧钻套管，其外径小于4-1/2英寸小套管，大于3-1/2英寸外加厚油管，其接箍的外径小于3-1/2英寸外加厚油管接箍的外径。这样就即可保证该侧钻套管的顺利入井，又给后续的采油作业中安装抽油杆和抽油泵留下足够的空间。通过利用侧钻套管，在未损坏的技术套管的下部，从原油层套管的侧向钻出新的井眼，将侧钻套管下入油气层，就可以恢复正常的油气开采，从而大大降低钻井成本。该套管制管材料采用低合金Cr-Mo钢，采用铁水+优质废钢做为炼钢原料，连铸坯经热轧成无缝管后，经调质处理保证套管的强度和韧性。通过利用石油天然气开采工业用侧钻石油套管，在未损坏的技术套管的下部，从原油层套管的侧向钻出新的井眼，将侧钻套管下入油气层，就可以恢复正常的油气开采，从而大大降低钻井成本。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的石油天然气开采工业用侧钻石油套管及其生产方法加以说明。

本发明的石油天然气开采工业用侧钻石油套管，该石油套管的化学成份及重量％为：C＝0.23~0.40  Si＝0.15~0.50  Mn＝0.60~1.60  P≤0.25 S≤0.15  Cr＝0.40~1.60  Mo＝0.10~0.40  Cu≤0.30  余量为Fe；

该石油套管的外径3-3/4英寸(95.25mm)，壁厚为5.0-10.0mm；所述石油套管的接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸。为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能。

本发明的石油天然气开采工业用侧钻石油套管的生产方法，该方法包括以下步骤：

①炼钢原料：采用铁水、废钢和海绵铁做炼钢原料；②炼钢：用电弧炉将炼钢原料熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯；③将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；④热处理：在温度为850～950℃淬火的水淬淬火，在温度为550～650℃回火；在温度为500～600℃热定径，在温度为450℃～550℃热矫直，最后探伤。通过热矫直后，使所述套管的抗外挤变形的能力达到高抗挤毁套管的水平。

经调制处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度：550～1070Mpa抗拉强度：≥600Mpa延伸率：≥13％

冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥50J

横向全尺寸夏比冲击功≥35J；

⑤接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸。为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能。以φ95.25×5.51mm TP110V为例，套管整体使用性能满足以下要求：

管体抗挤毁强度：≥58Mpa

接头强度：≥736KN

管体内屈服强度：≥76Mpa。

该工艺特点是：采用铁水+优质废钢做为炼钢原料，连铸坯经热轧成无缝管后，经调质处理(淬火+回火)保证套管的强度和韧性，显微组织为：回火索氏体。其屈服强度范围为：550～1070Mpa，抗拉强度不低于600Mpa，延伸率不低于13％，冲击韧性的要求：纵向全尺寸夏比冲击功不低于50J，横向全尺寸夏比冲击功不低于35J。

本发明的目的是这样实现的：

所述套管的化学成份及重量％为：C＝0.23~0.40  Si＝0.15~0.50Mn＝0.60~1.60  P≤0.25 S≤0.15  Cr＝0.40~1.60  Mo＝0.10~0.40  Cu≤0.30余量为Fe。

所述套管的几何尺寸：外径3-3/4英寸(95.25mm)，壁厚为5.0-10.0mm。

所述套管的接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸。为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能。

形式为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头(8牙圆螺纹，带接箍)。

所述套管的生产方法为：

采用铁水和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1250～1290℃，热定心温度为1200～1220℃，热穿孔温度为1220～1250℃，连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；热处理：在温度为850～950℃的水淬淬火，在温度为550～650℃回火；在温度为500～600℃热定径，在温度为450℃～550℃热矫直，最后探伤。

经调制处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度：550～1070Mpa

抗拉强度：≥600Mpa

延伸率：≥13％

冲击韧性：纵向全尺寸夏比冲击功≥50J

横向全尺寸夏比冲击功≥35J。

接头螺纹加工：将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸。为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能。

套管整体性能(以φ95.25×5.512mm TP110V为例)

管体抗挤毁强度：≥58Mpa

接头强度：≥736KN

管体内屈服强度：≥76Mpa。

实施例：

按所述成份和方法生产出的石油套管以TP110V(φ95.25×5.512mm)为例，其化学成分及加工工艺参数如下：

所述套管的化学成份及重量％为：C  0.26％，Si  0.18％，Mn  1.05％，Cr  0.98％，Mo  0.18％，Ni  0.07％，Cu  0.11％，P  0.014％，S0.010％，余量为Fe。

采用铁水和废钢做炼钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气后，获得如上所述化学成份，连铸成圆坯，将冷却后的连铸坯在环形加热炉内加热，炉温为1285℃，热定心温度为1210℃，热穿孔温度为1230℃，连轧，定径，冷却，锯切，矫直，探伤；热处理：在温度为910℃的水淬淬火，在温度为630℃回火；在温度为600℃热定径，温度为530℃热矫直，最后探伤。

经热处理后，所述套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度(Rt0.6)  865Mpa

抗拉强度(Rm)910Mpa  延伸率24.0％。

将符合上述要求的管体，在数控车丝机上加工成螺纹，包括接箍螺纹和管端螺纹，螺纹的主要参数为API 5B中的3-1/2英寸(88.90mm)外加厚油管接头，该接头带接箍，螺距为每英寸8牙，螺纹中径为3.66395英寸，公端螺纹全长为2.375英寸，公端全顶螺纹长度为1.375英寸。为了便于该套管入井时顺利通畅，接箍的外径为110mm。通过控制管体的几何尺寸保证公端有效螺纹的长度，合理优化螺纹参数和严格控制接箍螺纹的磷化层厚度及逐支修磨公、母端螺纹的起始扣和黑皮扣毛刺，来保证螺纹连接良好密封性能。套管的整体使用性能达到的指标如下：

管体抗挤毁强度：65Mpa  滑脱强度：812KN  内屈服强度：85Mpa

所述套管已成功下井15口，部分井已开始采油，使用效果很好。