先进钢铁材料在石油天然气工业应用前瞻

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第11期．_专题综述先进钢铁材料在石油天然气工业应用前瞻李春福宋开红申文竹罗平亚(西南石油大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室)摘要在分析新世纪石油天然气领域技术进步和新一代钢铁材料发展的基础上，提出了引入和开发适用于石油天然气领域的新一代钢铁材料的途径，建立起先进石油天然气用钢的概念和先进规范，这对于我国石油天然气科技进步和国家经济高速发展具有重要的理论和实际意义。并对研发先进石油天然气用钢提出了若干建议。关键词石油天然气用钢

2、钢铁材料高强度钢前瞻对当代科学技术及各工业部门的技术进步、节能减0引言排都起到巨大的作用。以汽车工业为例，近年来汽车工业在节能、安全和轻量化方面，为钢材的选用近年来，国内外石油天然气的需求极大地促进和新钢铁材料的开发开辟了一条现代高科技之路。了我国石油科技的进步，从深井(超过4000m)、先进的汽车用钢，新一代汽车用钢铁材料的理念提超深井(超过6000m)的钻探成功并找到高产油出，为汽车工业的发展注入了强大的生命力¨2oJ。气资源，以及特深井(超过9000m)钻探，到复相比之下，石油天然气工业在现代新

3、的先进钢杂油气藏与高含酸性气体油气田开发等J，对钻铁材料应用上虽然取得了一定的进展，如在抽油杆采装备、配套工具和工艺技术都提出了更高的要上使用非调质钢，石油天然气输送管道用钢中引入求。经过几十年的努力，我国在高技术钻采装备领针状铁素体管线钢概念等。但总体上说，在针对石域取得了一定的进展，如2008年我国宝鸡石油机油天然气工业提出的新理念、新要求，从材料学科械有限责任公司研制成功并投入使用的12000m的角度缺乏相应的研究，从推广应用的角度缺乏总特深井钻机，天钢、宝钢、攀长钢研制成功镍基合体要求与规划。

4、以至于在石油天然气领域，从钻采金G3油套管，以及“十一五”期间可膨胀管、连装备的设计思想到材料的选用大多延续着20世纪续油管和套管钻井等新技术的发展，都为石油天然中后期的观念。气工业的高速发展提供了相应的技术支持。作为钢铁与金属材料重要的应用领域之一，笔众所周知，石油天然气钻探开发以及石油装者认为应该在石油天然气工业中建立与当前先进的备、配套工具的进步，在很大程度上依赖钢铁等金钢铁与金属材料相适应的石油天然气用钢的概念；属材料的发展。同样，在最近20年中，钢铁等金最大限度地推广应用已经在其他领域中成功

5、应用的属材料领域的科学与工艺技术也得到长足的进步，先进钢铁材料；同时，结合石油天然气领域中的特从20世纪后期的微合金化非调质钢、无间隙原子殊需求设计开发新的石油天然气用钢，以解决新世钢和双相钢的诞生与应用，到20世纪末21世纪初纪石油天然气安全高效开发，包括深井、超深井、通过热机械控制工艺获得超细晶粒钢以及相变诱发特深井钻探；高含HS和CO的酸性油气田以及塑性钢(TRIP)、孪生诱发塑性钢(TWIP)等先复杂油气藏开发；提高采收率等新技术中遇到的种进高强度钢概念的推出”J，到2009年我国开展种难题。

6、降低开发成本，提高经济效益，同时达到的高性能钢的M3组织调控理论与技术研究引，节能减排，保护环境的目的。基金项目：国家“863”计划项目“膨胀管钻井技术”(2006AA06A105)。2011年第39卷第11期李春福等：先进钢铁材料在石油天然气工业应用前瞻一61—间最重要的钢铁技术进展之一是控轧控冷细化微合1新一代高强度钢铁材料的研究金钢组织的技术，即所谓热机械控制工艺的工业方法。这种方法是在热轧过程中控制加热温度、轧制1．1新一代钢铁材料的研究温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或新一代钢铁材

7、料是指充分利用人类100多年来控制冷却的技术总称。在物理冶金、化学冶金和力学冶金上的研究成果，1．1．2高性能钢的M3组织调控理论与技术研]使钢铁材料的合金化作用和生产工艺技术进步相结合，发展的新一代钢铁材料产品并进行的基础理论钢材的性能与组织密切相关。钢铁材料的组织研究。其主要特征为：在充分考虑经济性的条件表征和有效控制逐渐从微米尺度深入到纳米尺度。下，使钢材具有高洁净度(钢中的杂质元素S、P、钢铁材料的性能改善由10。In单位尺度逐渐提高到O、N、H的总质量分数小于8．0×10)、超细晶10m单位

8、，性能Giga化与组织控制的Nano化相粒(钢的晶粒尺寸在0．1～10．0txm之间)、高均连，与多相组织、亚稳组织、多尺度组织的认知和匀度(钢的化学成分、组织和性能均匀)的特征，控制密切相关。通常，人们认为对单一强化机理的强度、使用寿命比常用钢材提高1倍。并在钢的化认识已经深入到了原子尺度。但是实际上人们对钢学成分-制备工艺一组织结构．性能的关系中，重点强铁材料是由多个强化机制所共同作用的结果、多种调组织的主导地位，即其超细微组织表现出的优异强化机制相