技術領域:

本發明屬于金屬材料和石油天然氣工業領域，尤其涉及一種稠油熱采井用膨脹套管及其制造方法。

背景技術:

稠油是一種黏度高、流動性差的重質原油，在世界油氣資源中占有相當高的比重,我國的稠油資源主要集中在遼河、新疆、河南、勝利等油田。目前，國內主要采用蒸汽吞吐法開采稠油油藏，其是利用注入蒸汽的熱量使稠油溫度升高，從而迅速降低稠油的黏度，便于開采。由于熱采井的鉆采工藝有其特殊性，套管在注入高溫高壓蒸汽階段(蒸汽溫度：320℃，注汽壓力12-17MPa)會受熱膨脹和受約束而承受很大的壓應力，在停注采油時，由于降溫收縮松弛而承受很大的拉應力，所以套管在反復承受高的拉-壓應力情況下極易損壞。據有關資料統計，稠油熱采井的套損率平均為30％以上，局部區塊達到70％，列油田套管損壞率之首。基于此，油田現有大量的套管損壞熱采井亟待修復。

可膨脹管技術是20世紀80年代末期，由Royal Dutch Shell(殼牌石油公司)首創，現已達到了商業化、工業化應用水平，國內主要采用該技術進行修井和鉆遇特殊地層處理。由于稠油熱采井的環境苛刻，其修井所用的膨脹套管性能要求較高，不僅要求膨脹套管具有優良的塑性變形能力，還要求它具有良好的綜合高溫物理性能。因此，開發適合于稠油熱采井用膨脹套管，可有效解決目前稠油熱采井的修復問題，并帶來重大技術經濟效益。

膨脹套管分為無縫膨脹套管和焊接膨脹套管兩種類型。相對于無縫套管而言，焊接膨脹套管具有壁厚尺寸精度高、內壁無螺旋狀劃痕缺陷等優點備受市場青睞。如中國專利CN 103131947B公開的一種高性能低碳微合金鋼SEW膨脹套管及其制造方法，所述膨脹套管的化學成分以質量百分比計為：C 0.10～0.25％、Si 0.12～0.30％、Mn 0.60～1.50％、P≤0.010％、S≤0.005％、Nb+V+Ti 0.05～0.5％、其余為Fe和不可避免的雜質，該專利以高尺寸精度控制的低碳微合金鋼TMCP熱軋卷板為原料，并利用熱機械軋制、熱張力減徑和全管體特殊熱處理工藝對HFW焊管進行整管處理，從而實現焊縫組織優化，滿足膨脹套管的相關要求；但由于該專利以低碳微合金為套管材料，其發生一定量的冷塑性變形后材料的塑韌性顯著降低，尤其是高溫強度下降明顯，不能滿足稠油熱采井的苛刻環境。

發明內容:

為了克服上述技術問題，本發明的目的在于提供一種稠油熱采井用膨脹套管，通過合理的成分設計結合鋼管的成型焊接工藝和焊縫、整管熱處理工藝使得管材具有良好的可膨脹性能，該膨脹套管經膨脹變形后具有高的強度、良好的韌性和更好的高溫力學性能；本發明還提供了一種稠油熱采井用膨脹套管的制造方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種稠油熱采井用膨脹套管，按質量百分數，該膨脹套管的化學成分為：C：0.18～0.32％，Si：0.12～0.32％，Mn：1.1～1.7％，S<0.005％，P<0.020％，Cr：0.1～0.6％，Mo：0.15～0.50％，Cu：0.10～0.30％，Nb：0.01～0.05％，Ce-La-Y混合稀土：0.003～0.012％，其余為Fe及不可避免的雜質。

在上述成分中，C通過固溶強化和析出強化提高鋼的強度；Mn不僅可以固溶于鐵素體提高鋼的強度，還能夠和S結合形成硫化錳夾雜物改善鋼的韌性；添加適量Cr、Mo，起固溶強化、析出強化作用，保證高溫回火強度，同時可提供淬透性；添加微量的Nb不僅可以細化晶粒，還有利于提高材料的高溫強度；添加Cu可使鋼得以進一步強化；添加Ce-La-Y混合稀土能夠細化晶粒、凈化鋼液，同時還可改變夾雜物的組成、形態、分布及性質，顯著提高材料的韌性及高溫力學性能。

室溫條件下，上述膨脹套管的管材屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥689MPa，斷后延伸率≥30％，夏比V型缺口焊縫沖擊韌性≥90J；經10％徑向膨脹變形后，管材的屈服強度≥650MPa，抗拉強度≥710MPa，斷后延伸率≥18％，夏比V型缺口焊縫沖擊韌性≥80J；320℃拉伸性能：屈服強度≥552MPa。

制造上述稠油熱采井用膨脹套管的方法，具體步驟如下：

(1)板卷制造：轉爐或電爐煉鋼獲得的鋼水經爐外精煉、Ca處理后澆注成板坯，再利用控扎控冷技術制成板卷；

(2)HFW制管：控扎控冷所得板卷經拆卷、縱剪、銑邊、FFX成型、HFW焊接；