專利名稱：一種石油鉆井用鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油鉆井用鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝，屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣鉆井過(guò)程中，鉆柱的工作情況非常惡劣，受力情況十分復(fù)雜。在鉆柱的構(gòu)造中，鉆鋌(drill collar)又處在鉆柱的最下部，是下部鉆具組合的主要組成部分。 其主要特點(diǎn)是壁厚大(一般為38 53mm，相當(dāng)于鉆桿壁厚的4 6倍)，具有較大的重力和剛性，它在鉆井過(guò)程中主要起以下幾方面的作用(1)憑鉆柱組合的重量給鉆頭施加鉆壓；保證壓縮條件下的必要強(qiáng)度和剛性；C3)減輕鉆頭的振動(dòng)、擺動(dòng)、和跳動(dòng)等，使鉆頭工作平穩(wěn)；(4)保證井壁的垂直性，控制井斜。針對(duì)鉆鋌的這些作用和特點(diǎn)，行業(yè)上禁止用鉆桿部分來(lái)加壓，否者鉆桿要彎曲、斷裂等。鉆鋌是用軋制或鍛造的AISI4145H鉻鉬合金結(jié)構(gòu)鋼制造，對(duì)化學(xué)成分及微量元素含量的控制也比較嚴(yán)格。傳統(tǒng)的鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝都是對(duì)在軋制狀態(tài)下的鉆鋌坯料整體直接進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(即淬火加高溫回火處理)，此種處理一般能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的綜合機(jī)械性能，晶粒度為8級(jí)。熱處理后，對(duì)鉆鋌坯料進(jìn)行機(jī)械加工，車出兩端螺紋。通常，鉆鋌在載荷作用下作業(yè)時(shí)，由于管體壁厚大，一般不容易疲勞失效，而端部螺紋連接部分具有一定的錐度，壁厚逐漸減小，且螺紋根部最后處的壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管體，在強(qiáng)扭矩作用下，極易產(chǎn)生螺紋粘扣、開(kāi)裂、斷裂失效等，屬于薄弱環(huán)節(jié)。在所有鉆鋌事故中，螺紋部分失效是最普遍的失效形式。因此，如何提高鉆鋌螺紋部分的綜合機(jī)械性能，是當(dāng)下鉆鋌制造過(guò)程中迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能有效改善鉆鋌螺紋部分綜合機(jī)械性能的石油鉆井用鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝。本發(fā)明的熱處理工藝如下首先用中頻加熱的方式對(duì)在軋制狀態(tài)下的鉆鋌坯料兩端0. 9 1. 0米長(zhǎng)的料段進(jìn)行局部高溫正火處理，正火處理的溫度控制在950°C 980°C、正火處理的時(shí)間為15分至30 分，空氣冷卻至室溫，然后對(duì)鉆鋌坯料整體進(jìn)行淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在傳統(tǒng)的鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝，即在軋制狀態(tài)下對(duì)鉆鋌坯料整體直接進(jìn)行淬火加高溫回火處理的調(diào)質(zhì)處理工藝之前增加了對(duì)鉆鋌坯料兩端局部高溫正火處理工藝。鉆鋌是用軋制或鍛造的AISI4145H鉻鉬合金結(jié)構(gòu)鋼制造，屬亞共析鋼，在調(diào)質(zhì)處理前進(jìn)行兩端(后續(xù)加工螺紋部分及修扣延長(zhǎng)預(yù)留部分，長(zhǎng)度約為一米)高溫正火處理，利用中頻爐在很短時(shí)間內(nèi)，就能把端頭加熱到950°C以上，然后空冷，晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大的特點(diǎn)，能有效改善螺紋及其后部的組織結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?，高溫正火處理，能消除軋制鋼中的缺陷，?xì)化晶粒，改善組織，經(jīng)高溫正火處理后的晶粒度能達(dá)到9. 5級(jí)以上。隨后的最終調(diào)質(zhì)熱處理，淬火溫度約900°C，鉆鋌端部保持了預(yù)先熱處理時(shí)的晶粒度，相對(duì)管體而言，端頭的綜合機(jī)械性能要高一些，晶粒度也提高了至少一個(gè)檔次。在調(diào)質(zhì)處理后，端頭螺紋(后加工)部分雖然在局部高溫正火后，在鉆鋌管體上存在熱過(guò)渡區(qū)，這一區(qū)域由于晶粒度粗細(xì)的變化有一定的內(nèi)應(yīng)力，但與薄弱的螺紋部分相比，管體上的這部分內(nèi)應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)不成影響。因此，與普通熱處理的鉆鋌相比，端部進(jìn)行高溫正火處理后，有更高的機(jī)械性能，能承受更強(qiáng)的載荷和極端應(yīng)力，大大減小鉆鋌因螺紋部位失效出現(xiàn)的井下事故。此外， 針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)(端部螺紋部分)進(jìn)行高溫正火處理，而非鉆鋌整體進(jìn)行高溫正火處理，大大節(jié)約了能源。
具體實(shí)施例方式首先用中頻爐加熱的方式對(duì)在軋制狀態(tài)下的鉆鋌坯料兩端0. 9 1. 0米長(zhǎng)的料段進(jìn)行局部高溫正火處理，正火處理的溫度控制在950°C 980°C、正火處理的時(shí)間為15分至 30分，空氣冷卻至室溫，然后用中頻爐對(duì)鉆鋌坯料整體進(jìn)行淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)處理。淬火溫度為900士 10°C，高溫回火溫度為680士 10°C。經(jīng)局部高溫正火處理后，正火處理部分的晶粒度能達(dá)到9. 5級(jí)以上。實(shí)踐證明，此工藝有效地改善了鉆鋌螺紋部分的綜合機(jī)械性能。一年多的使用情況說(shuō)明，售出的鉆鋌再也沒(méi)有出現(xiàn)螺紋失效現(xiàn)象，受到用戶的認(rèn)可。
權(quán)利要求
1. 一種石油鉆井用鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝，其特征是首先用中頻加熱的方式對(duì)在軋制狀態(tài)下的鉆鋌坯料兩端0. 9 1. 0米長(zhǎng)的料段進(jìn)行局部高溫正火處理，正火處理的溫度控制在950°C 980°C、正火處理的時(shí)間為15分至30分，空氣冷卻至室溫，然后對(duì)鉆鋌坯料整體進(jìn)行淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油鉆井用鉆鋌生產(chǎn)中的熱處理工藝，其特征是首先用中頻加熱的方式對(duì)在軋制狀態(tài)下的鉆鋌坯料兩端0.9～1.0米長(zhǎng)的料段進(jìn)行局部高溫正火處理，正火處理的溫度控制在950℃～980℃、正火處理的時(shí)間為15分至30分，空氣冷卻至室溫，然后對(duì)鉆鋌坯料整體進(jìn)行淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)處理。其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)局部高溫正火處理后，正火處理部分的晶粒度能達(dá)到9.5級(jí)以上，晶粒度提高了至少一個(gè)檔次，有效改善了鉆鋌螺紋部分綜合機(jī)械性能，從而避免了鉆鋌在使用中出現(xiàn)螺紋失效的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C21D9/00GK102220469SQ201110205569
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者曾浩, 賀培基 申請(qǐng)人:包頭市豐達(dá)石油機(jī)械有限責(zé)任公司