一種鋁合金連續(xù)管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金連續(xù)管及其制造方法，根據(jù)重量百分比，該鋁合金連續(xù)管板材化學(xué)成分為：Si≤0.4，F(xiàn)e≤0.5，Cu：1.2～2.0，Mn≤0.3，Mg：2.1～2.9，Cr：0.18～0.28，Zn：5.1～6.1，Ti≤0.2，Al余量；通過卷板的制備、卷板縱剪及鋼帶接長(zhǎng)、成型與焊接和連續(xù)卷曲的步驟制造的鋁合金連續(xù)管，其長(zhǎng)度為1000～6000m，屈服強(qiáng)度≥400MPa，抗拉強(qiáng)度≥500MPa，硬度≤22HRC；本發(fā)明的鋁合金連續(xù)管質(zhì)量輕、耐蝕性能好，可應(yīng)用于腐蝕環(huán)境復(fù)雜、井深較深的油氣井中。
【專利說明】
一種鋁合金連續(xù)管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明涉及石油天然氣管材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金連續(xù)管及其制造方 法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 連續(xù)管是一種高強(qiáng)度、高塑性并具有一定抗腐蝕性能的單根長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千米的新 型油氣管材。由于連續(xù)管技術(shù)具有效率高、成本低、作業(yè)范圍廣、占地面積小等一系列技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)和作業(yè)優(yōu)勢(shì)，因此連續(xù)管將在油氣田勘探、開發(fā)、作業(yè)、增產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作 用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外連續(xù)油管的材料主要有高強(qiáng)度低合金碳鋼、高強(qiáng)度低合金鉻鉬鋼。高 強(qiáng)度低合金碳鋼屈服強(qiáng)度482MPa，抗拉強(qiáng)度551MPa。高強(qiáng)度低合金鉻鉬鋼是目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 最廣泛的連續(xù)油管材料，屈服強(qiáng)度551MPa，延伸率>28%，硬度HRC>22,由于原材料中Cr和Mo 元素的含量較高，制成連續(xù)油管后進(jìn)行淬火和回火熱處理，由此構(gòu)成馬氏體晶粒結(jié)構(gòu)，以提 高鋼材的強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度可達(dá)690MPa以上。隨著鋼材的強(qiáng)度提高，連續(xù)油管管體載荷也隨之 增加，管體最大長(zhǎng)度增長(zhǎng)，下井深度更深，但是由于鋼材自身密度(7.8g/cm 3左右)較大，自 身重量影響管體長(zhǎng)度，整管下井深度將受到局限。
[0004] 隨著石油天然氣勘探開發(fā)的發(fā)展，油氣開采面臨的環(huán)境越來越惡劣，特別是高含 二氧化碳，硫化氫和硫元素等含硫組分油氣田的相繼出現(xiàn)，使得低合金碳鋼連續(xù)管的腐蝕 問題也越來越突出。油氣井下的高溫高壓多相流環(huán)境含有C0 2、H2S等腐蝕性氣體和高濃度的 Cl'HCO3,腐蝕性陰離子，產(chǎn)出水屬于NaHC03和CaCl2水型，且礦化度較高。以上腐蝕介質(zhì)在 一定溫度和壓力條件下均以離子形式長(zhǎng)期作用于低合金碳鋼連續(xù)管管體外表面，與管體中 的Fe或Fe 2+發(fā)生反應(yīng)而腐蝕管體。使得低碳合金鋼連續(xù)油管在這種環(huán)境中使用，其抗腐蝕性 和使用壽命將大打折扣。
[0005] 綜上所述，提出以利用一種具有較高強(qiáng)度、高塑性的鋁合金為原料開發(fā)連續(xù)油管。 鋁合金具有密度?。?.8g/cm3左右）、質(zhì)量輕、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。在同種規(guī)格和強(qiáng)度的情況 下，鋁合金連續(xù)油管管體長(zhǎng)度將遠(yuǎn)大于低碳合金鋼制作的連續(xù)油管，其下井深度更深;而且 鋁合金與低碳合金鋼在H 2S和C02等腐蝕環(huán)境中相比具有更好的耐腐蝕性。所以利用鋁鈦合 金開發(fā)連續(xù)油管可應(yīng)用于腐蝕環(huán)境復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金連續(xù)管，該連續(xù)管質(zhì)量 輕，具有較高的強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性能，可在井深較深的油氣井中應(yīng)用，本發(fā)明的目的還 提供一種鋁合金連續(xù)管的制造方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0008] -種鋁合金連續(xù)管，根據(jù)重量百分比，該鋁合金連續(xù)管板材化學(xué)成分為：Si<0.4， Fe彡0.5，Cu:1.2~2.0，Mn<0.3，Mg:2.1~2.9，Cr :0.18~0.28，Zn:5.1~6.1，Ti<0.2，Al 余量。
[0009] 本發(fā)明鋁合金連續(xù)管的屈服強(qiáng)度彡400MPa，抗拉強(qiáng)度彡500MPa，硬度彡22HRC。
[0010] 制造上述鋁合金連續(xù)管的制造方法為：
[0011]步驟1:卷板的制備：將原料化學(xué)成分經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與鋁包精煉和爐外精 煉，澆注成連鑄坯;將鑄坯加熱到600~760 °C，并用電磁攪拌控制鑄成板坯的厚度為20~ 60mm;鑄成板坯后進(jìn)行終乳，將其乳成2.4~6.35mm厚度的熱乳板，終乳溫度為350~450°C ; 熱乳板在100~200°C下卷曲，制成長(zhǎng)度多500米、厚度符合應(yīng)用要求的卷板。
[0012] 步驟2:卷板縱剪和鋼帶接長(zhǎng):通過縱剪機(jī)組將卷板剪成80~300mm的鋼帶，將前后 兩條鋼帶的端頭加工成45°后，合理加工坡口，坡口可以是I型、V型或U型;采用45°斜焊對(duì)接 的方法將鋼帶接長(zhǎng)，焊接方法采用等離子填絲焊或氬弧焊，所需焊絲為專門研制的焊絲；當(dāng) 焊縫冷卻后，清理焊縫表面，然后將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱到300~350°C，保溫0.5~2h， 并采用2~9噸的壓力，將焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行高溫輥乳，輥乳后焊縫及熱影響區(qū)自然冷卻； 整個(gè)過程采用惰性氣體保護(hù)。
[0013] 步驟3:成型與焊接:將對(duì)接后的鋼帶兩側(cè)加工成I型、V型或X型坡口，采用U0E排輯 成型方法控制鋼帶成型；利用激光焊接等焊接技術(shù)對(duì)成型的鋼帶進(jìn)行縱向焊接，焊接速度 為5~10m/min，最終得到管徑為Φ 25.4~Φ 88.9mm，壁厚為2.4~6.35mm的直縫鋁合金連續(xù) 管；
[0014] 步驟4:連續(xù)卷曲：將焊接的連續(xù)管通過卷取機(jī)纏繞到適當(dāng)芯徑的卷筒上，獲得長(zhǎng) 度為1000~6000m的直縫鋁合金連續(xù)管。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明采用Al-Zn-Mg-Cu體系設(shè)計(jì)化學(xué)成分，由于鋁合金的密度小、質(zhì)量輕，鋁 合金連續(xù)管的管體長(zhǎng)度可達(dá)1000~6000m，解決了高強(qiáng)度低合金碳鋼、高強(qiáng)度低合金鉻鉬鋼 由于自身密度大，整管下井深度受到局限的缺點(diǎn)。
[0017] 2、本發(fā)明制造的鋁合金連續(xù)管屈服強(qiáng)度彡400MPa、抗拉強(qiáng)度500彡MPa、硬度彡 22HRC，具有好的抗腐蝕性能強(qiáng)，適合在腐蝕環(huán)境復(fù)雜、井深較深的的油氣井中。
【具體實(shí)施方式】：
[0018] 1、制備鋁合金連續(xù)管卷板
[0019] 本發(fā)明采用Al-Zn-Mg-Cu體系，將鋁水作為主原料，經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與鋁包精 煉和爐外精煉鋁水的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到下述要求即可出爐，澆注成連鑄坯。
[0021]采用連鑄技術(shù)應(yīng)用電磁攪拌控制鑄成20~60mm厚度的板坯，重新加熱至約350~ 450 °C，采用熱鋼帶乳機(jī)通過熱機(jī)械控制工藝(TMPC)乳成厚度為4.44mm、寬度為1180mm的熱 乳板，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)目刂评鋮s，形成超高強(qiáng)度連續(xù)管卷板，最后經(jīng)過酸洗、檢測(cè)后，經(jīng)張力卷 曲機(jī)卷曲成卷板供制管使用。
[0022] 2、超高強(qiáng)度連續(xù)管制備
[0023] (1)卷板縱剪和鋼帶接長(zhǎng)
[0024]將制備好的連續(xù)管卷板通過縱剪機(jī)組剪成157mm的鋼帶。為滿足連續(xù)管長(zhǎng)度要求， 將鋼帶進(jìn)行板板對(duì)焊，通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來;將前后兩條鋼帶的端頭加工成 45°，采用等離子焊的方式進(jìn)行焊接，焊接全過程采用純度多99.7%的氬氣作為保護(hù)氣體， 在連續(xù)氣體保護(hù)下進(jìn)行板板對(duì)焊;焊鋒冷卻后將焊縫進(jìn)行加熱碾壓處理，迅速將焊縫加熱 到300~350°C，保溫0.5~2h，用乳輥對(duì)焊縫進(jìn)行擠壓，擠壓壓力約為4噸；整個(gè)過程利用純 度多99.7%的氬氣作為保護(hù)氣體 [0025] (2)連續(xù)管的成型與焊接
[0026]鋼帶板邊采用銑邊方法將邊部銑為V型，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度;采用 U0E排輥成型方法控制鋼帶成型;采用激光焊接技術(shù)焊接鋁合金連續(xù)管管坯，焊速5~10m/ min，激光功率密度105~106w/cm2。焊接成管徑為Φ 50.8mm，壁厚為4.44mm的錯(cuò)合金連續(xù) 管。
[0027] (3)鋁合金連續(xù)管的連續(xù)卷曲
[0028]通過卷取機(jī)纏繞到適當(dāng)芯徑的卷筒上，連續(xù)生產(chǎn)制備3500m超高強(qiáng)度連續(xù)管，以便 運(yùn)輸和使用。
[0029] (4)鋁合金連續(xù)管的主要性能
[0030] 屈服強(qiáng)度為420MPa，抗拉強(qiáng)度為524MPa，延伸率達(dá)到15%。
[0031]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁合金連續(xù)管，其特征在于:根據(jù)重量百分比，所述鋁合金連續(xù)管板材化學(xué)成分 為：Si彡0.4，F(xiàn)e彡0.5，Cu:1.2~2·0，Μη彡0.3，Mg:2.1~2.9，Cr:0.18~0·28，Ζη:5·1~6.1， Ti彡0·2，Α1余量。2. 如權(quán)利要求1所述的鋁合金連續(xù)管，其特征在于：所述鋁合金連續(xù)管的屈服強(qiáng)度多 400MPa，抗拉強(qiáng)度彡500MPa，硬度彡22HRC。3. 制造權(quán)利要求1所述的鋁合金連續(xù)管的制造方法，其特征在于:包括以下步驟： 步驟1:卷板的制備 將原料化學(xué)成分經(jīng)過頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐與鋁包精煉和爐外精煉，澆注成連鑄坯;將鑄坯 加熱到600~760 °C，并用電磁攪拌控制鑄成板坯的厚度為20~60mm;鑄成板坯后進(jìn)行終乳， 將其乳成2.4~6.35mm厚度的熱乳板，終乳溫度為350~450°C;熱乳板在100~200°C下卷 曲，制成長(zhǎng)度多500米、厚度符合應(yīng)用要求的卷板； 步驟2:卷板縱剪和鋼帶接長(zhǎng) 通過縱剪機(jī)組將卷板剪成80~300mm的鋼帶，將前后兩條鋼帶的端頭加工成45°后，合 理加工坡口；采用45°斜焊對(duì)接的方法將鋼帶接長(zhǎng)，焊接方法采用等離子填絲焊或氬弧焊； 當(dāng)焊縫冷卻后，清理焊縫表面，然后將焊縫及熱影響區(qū)重新加熱到300~350°C，保溫0.5~ 2h，并采用2~9噸的壓力，將焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行高溫輥乳，輥乳后焊縫及熱影響區(qū)自然冷 卻;整個(gè)過程采用惰性氣體保護(hù)； 步驟3:成型與焊接 將對(duì)接后的鋼帶兩側(cè)加工成I型、V型或X型坡口，采用UOE排輥成型方法控制鋼帶成型； 對(duì)成型的鋼帶進(jìn)行縱向焊接，焊接速度為5~10m/min，最終得到管徑為Φ 25.4~Φ 88.9mm， 壁厚為2.4~6.35mm的直縫鋁合金連續(xù)管； 步驟4:連續(xù)卷曲 將焊接的連續(xù)管通過卷取機(jī)纏繞到適當(dāng)芯徑的卷筒上，獲得長(zhǎng)度為1000~6000m的直 縫錯(cuò)合金連續(xù)管。4. 如權(quán)利要求3所述的鋁合金連續(xù)管的制造方法，其特征在于:所述步驟2中的破口為I 型、V型或X型。5. 如權(quán)利要求3所述的鋁合金連續(xù)管的制造方法，其特征在于:所述步驟3中縱向焊接 采用激光焊接。
【文檔編號(hào)】C22C21/10GK105886861SQ201610312303
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】畢宗岳, 汪海濤, 余晗, 張錦剛, 張曉峰, 鮮林云, 王維亮, 李鴻斌, 晁利寧, 趙勇, 馬璇
【申請(qǐng)人】寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司