本发明属于石油天然气管材,特别涉及一种高强度高塑性钛合金连续管及其制造方法。
背景技术:
1、连续管因具有很好的绕性,又称绕性油管。一盘连续管长几千米,它可以代替常规油管进行很多作业,连续管作业设备具有带压作业、连续起下的特点,设备体积小,作业周期短,成本低,所以被油气田广泛使用。长期以来,连续管制造致力于提高管材的可靠性和柔韧性,扩大产品系列,管径呈增大趋势。目前国内外连续管的材料主要以高强度低合金碳钢、高强度低合金铬钼钢为主。随着钢材的强度提高,管体最大长度增长,下井深度更深,连续管管体载荷也随之增加。但是由于钢材自身密度(7.8g/cm3左右)较大,自身重量影响管体长度,整管下井深度将受到限制。
2、随着石油天然气勘探开发的不断发展,油气开采面临的环境越来越恶劣,特别是高含二氧化碳,硫化氢和硫元素等含硫组分油气田的相继出现,使得连续管的腐蚀问题也越来越突出。油气井下的高温高压多相流环境含有co2、h2s等腐蚀性气体和高浓度的cl-、hco3-等腐蚀性阴离子,产出水属于nahco3和cacl2水型,且矿化度较高。以上物质在一定温度和压力条件下均以离子形式长期作用于连续管管体外表面,与管体中的fe或fe2+发生反应而腐蚀管体。其中最主要的腐蚀形式是h2s腐蚀和co2腐蚀,并且以二者共存时的腐蚀最为普遍,过程也最为复杂,直接影响油气田生产,制约了多项采油采气技术应用。碳钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢由于强度、耐蚀性等原因无法满足复杂工况的使用需求。
3、由于国内没有高强度、高塑性钛合金连续管产品及制造技术,严重制约我国含有“三高”深井、超深井及海洋资源的开发,油田用户对具有高耐蚀性能的高强度、高塑性钛合金连续管需求迫切。
4、钛合金连续管成型后,纵焊缝主要采用单独的激光焊接,单独的激光焊接对管材坡口成型要求高,连续管十几小时不间断焊接制造过程很难保证坡口质量要求,易出焊缝错边、嘹边、未熔合等质量不合格的风险。
技术实现思路
1、针对上述问题,本发明公开了一种高强度高塑性钛合金连续管,包括:按照质量百分比的al:6~7%;v:3~5%;ru:0.05~0.12%;c:≤0.05%;ni:0.2~0.8%;nb:0.2~0.8%;mo:0.5~1.0%;fe:≤0.20%;n:≤0.03%;o:≤0.1%;h:≤0.01%;余量为钛及不可避免的杂质。
2、更进一步地,所述钛合金连续管的屈服强度≥758mpa、抗拉强度≥793mpa和延伸率≥20%。
3、更进一步地,所述钛合金连续管的外径范围为φ25.4~φ88.9mm、壁厚范围为1.9~7.6mm和长度范围为61~10000m。
4、一种高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,包括以下步骤:
5、按照钛合金连续管成分进行配料,冶炼并制备成卷板;
6、将所述卷板纵剪成50~280mm的钛带;
7、将所述钛带前后端头加工成设定角度,并进行坡口加工;
8、将坡口加工后的钛带头尾焊接,冷却后对焊缝进行打磨和清理;
9、将清理后的钛带侧面刨成i型坡口,采用uoe排辊成型方法控制进行钛带成型;
10、将成型后的钛带进行纵向焊接成钛合金连续管;
11、对所述钛合金连续管进行全管体热处理;
12、将热处理后的钛合金连续管通过卷取机缠绕到卷筒上;
13、其中,钛合金连续管包括:按照质量百分比的al:6~7%;v:3~5%;ru:0.05~0.12%;c:≤0.05%;ni:0.2~0.8%;nb:0.2~0.8%;mo:0.5~1.0%;fe:≤0.20%;n:≤0.03%;o:≤0.1%;h:≤0.01%;余量为钛及不可避免的杂质。
14、更进一步地,所述成型后的钛带采用激光焊接+电弧焊的复合焊方法进行焊接。
15、更进一步地,所述激光焊接的参数为坡口间隙≤0.1mm,离焦量5~15mm,激光功率1kw~5kw;
16、所述电弧焊的参数为焊接电流150~250a,焊接电压为30~80v,保护气氩气流量20~50l/min,焊速3~12m/min。
17、更进一步地,所述全管体热处理的具体步骤如下:
18、在氩气保护下,采用等温退火,先加热至850~900℃,保温10~20min后,空冷至550~600℃,保温20~30min后,空冷或水冷至室温。
19、更进一步地,所述按照钛合金连续管成分进行配料,冶炼并制备成卷板的具体步骤如下:
20、按照钛合金连续管成分对应的百分比进行投料,冶炼后得到扁锭;
21、将所述扁锭加热到900~1200℃直轧至40~80mm厚板;
22、将所述厚板放置在氢环境中氢化,使厚板的氢含量达到设定值,快速冷却;
23、将氢化后的厚板加热到900~950℃轧成2.5~8mm厚长度超过250m板材,在真空度为1×10-3pa下,900℃温度下进行退火脱氢处理,最后制成长度超过250m卷板。
24、更进一步地,所述氢化的具体条件为:
25、温度为950℃~1000℃,压力为0.1mpa。
26、更进一步地,所述坡口加工具体为:
27、将坡口加工成i型、v型或u型。
28、与现有技术相比,本发明的实施例至少具有以下优点:
29、1)本发明采用添加了铂系元素ru,能形成弥散的ti-ru析出物,当该合金处于还原性酸中时,这些析出物和选择性溶解产生的富ru表面充当了阴极,其氢过电位低,加速氢离子(h3o+)的还原,即所谓的去极化作用,是合金的腐蚀电位向惰性(正的)方向移动,此时,保护性的tio2膜很稳定,能够达到完全钝态,即便是高温强酸环境下,钛合金的腐蚀速率也几乎不会受到影响;因此,开发出的高强度高塑性钛合金连续管适合在含有“三高”的深井、超深井及海洋环境的油气田环境中使用;
30、2)通过氢细化钛合金晶粒工艺,使产生细小弥散的氢化物沉淀,然后进行去氢处理,产生细小、均匀的等轴晶粒细,使钛合金卷板的塑性得到很大的提高;对钛合金连续管进行整管等温退火热处理,使其更具有比较高的塑性、热稳定性;
31、3)采用激光+tig复合焊,激光能量利用率和电弧稳定,使焊缝的保护效果也得到提高,焊接缺陷明显减少,尤其是气孔,焊接接头性能得到很大的改善,提高生产效率,进而降低生产成本;
32、4)本发明制造的高强度高塑性钛合金连续管屈服强度≥758mpa、抗拉强度≥793mpa、延伸率≥20%,说明此高强度高塑性钛合金连续管具有高强度、高塑性、高耐蚀性等特点,适合在含有“三高”的深井、超深井及海洋环境的油气田环境中应用。
33、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
1.一种高强度高塑性钛合金连续管,其特征在于,包括:按照质量百分比的al:6~7%;v:3~5%;ru:0.05~0.12%;c:≤0.05%;ni:0.2~0.8%;nb:0.2~0.8%;mo:0.5~1.0%;fe:≤0.20%;n:≤0.03%;o:≤0.1%;h:≤0.01%;余量为钛及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度高塑性钛合金连续管,其特征在于,所述钛合金连续管的屈服强度≥758mpa、抗拉强度≥793mpa和延伸率≥20%。
3.根据权利要求1或2所述的高强度高塑性钛合金连续管,其特征在于,所述钛合金连续管的外径范围为φ25.4~φ88.9mm、壁厚范围为1.9~7.6mm和长度范围为61~10000m。
4.一种高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述成型后的钛带采用激光焊接+电弧焊的复合焊方法进行焊接。
6.根据权利要求5所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述激光焊接的参数为坡口间隙≤0.1mm,离焦量5~15mm,激光功率1kw~5kw;
7.根据权利要求4所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述全管体热处理的具体步骤如下:
8.根据权利要求4所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述按照钛合金连续管成分进行配料,冶炼并制备成卷板的具体步骤如下:
9.根据权利要求8所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述氢化的具体条件为:
10.根据权利要求4所述的高强度高塑性钛合金连续管的制造方法,其特征在于,所述坡口加工具体为:
