一種耐腐蝕抽油桿及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿及其制造方法涉及一種油田采油機(jī)械中所用的抽油桿以及該抽油桿的制造方法。其目的是為了提供一種生產(chǎn)成本較低，卻具有較強(qiáng)的耐疲勞、耐腐蝕性能的抽油桿，該抽油桿可以更好的應(yīng)用于含H2S、CO2、Cl-等腐蝕介質(zhì)的油井。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于制造上述抽油桿的方法。本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿，包括桿體；以質(zhì)量百分比計(jì)，所述桿體的材料成分為：C 0.15％～0.25％；Cr 0.5％～1.0％；Mo 0.1％～0.2％；Si 1.0％～1.5％；Mn 1.5％～2.5％；Cu 0.05％～0.2％；Ti 0.05％～0.15％；Nb 0.2％～0.4％；稀土0.1％～0.15％；余量為Fe。本發(fā)明一種耐腐蝕的抽油桿是采用的現(xiàn)有抽油桿方法及設(shè)備制造而成的。
【專利說(shuō)明】一種耐腐蝕抽油桿及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油田采油機(jī)械中所用的抽油桿以及該抽油桿的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 抽油桿是油田采油系統(tǒng)中用于連接地面抽油機(jī)和井下抽油的重要部件，是石油開(kāi) 采活動(dòng)中重要的消耗性材料之一。在采油生產(chǎn)過(guò)程中，抽油桿承受的載荷包括抽油桿柱的 重量、液柱重量、抽油桿柱和液體的慣性載荷、抽油桿柱在運(yùn)動(dòng)中的摩擦阻力、抽油桿柱的 彈性引起的震動(dòng)載荷及由于液體和柱塞運(yùn)動(dòng)不一致而引起的沖擊載荷等。以上六種載荷在 抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間是循環(huán)變化的，因此抽油桿承受的是不對(duì)稱循環(huán)載荷。抽油井井 液中含有鹽分、二氧化碳或硫化氫等腐蝕介質(zhì)，腐蝕介質(zhì)的侵蝕作用會(huì)大大降低抽油桿使 用壽命。因此，抽油桿失效形式常表現(xiàn)為疲勞斷裂、腐蝕疲勞斷裂。
[0003] 隨著油田的不斷開(kāi)采，現(xiàn)有大部分油田的開(kāi)采已步入后期，井深及井液腐蝕性 (C02, H2S，NaCL等）均呈上升趨勢(shì)；近年來(lái)，在全球獲得的重大油田勘探發(fā)現(xiàn)中，有一半來(lái) 自海洋，特別是深水區(qū)域；而從發(fā)展趨勢(shì)看來(lái)未來(lái)的油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目更將主要來(lái)自于海洋。因 此,含蠟井、稠油井、深井、超深井等新的工作條件,對(duì)抽油桿的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、抗腐 蝕疲勞等性能提出了更高的要求。
[0004] 國(guó)內(nèi)油田目前大量使用的抽油桿多為D級(jí)（GB/T26075-2010)，在強(qiáng)度和耐腐蝕性 方面無(wú)法滿足油田未來(lái)開(kāi)發(fā)的要求。H級(jí)抽油桿雖然在抗拉強(qiáng)度方面比D級(jí)抽油桿有優(yōu)勢(shì)， 但是在耐腐蝕性方面并沒(méi)有提高。因此,對(duì)于需要高耐腐蝕性的特殊油井如含含H2S、C02、 Cl-等腐蝕介質(zhì)的油井的開(kāi)發(fā)中，目前還多是采用進(jìn)口產(chǎn)品以滿足需要。但是進(jìn)口產(chǎn)品由于 價(jià)格昂貴，不適合大范圍使用。因此，找到一種成本較低、強(qiáng)度高、耐腐蝕性和耐疲勞性優(yōu)異 的抽油桿是滿足我國(guó)今后油田開(kāi)發(fā)需要的重要問(wèn)題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種生產(chǎn)成本較低，卻具有較強(qiáng)的耐疲勞、耐腐 蝕性能的抽油桿，該抽油桿可以更好的應(yīng)用于含h 2s、co2、cr等腐蝕介質(zhì)的油井。
[0006] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于制造上述抽油桿的方法。
[0007] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿，包括桿體；以質(zhì)量百分比計(jì)，所述桿體的材料成分為： C 0· 15%?0· 25% ;Cr 0· 5%?L 0% ;Mo 0· 1%?0· 2% ;Si L 0%?I. 5% ;Mn L 5%? 2. 5% ;Cu 0· 05%?0· 2% ;Ti 0· 05%?0· 15% ;Nb 0· 2%?0· 4% ;稀土 0· 1%?0· 15% ; 余量為Fe。
[0008] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿，其中所述稀土為L(zhǎng)a和Ce的混合物。
[0009] 本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法，包括如下步驟：
[0010] a冶煉，將各原料放入電爐中冶煉，調(diào)整各合金元素成分，使合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 達(dá)到 C 0· 15%?0· 25% ;Cr 0· 5%?I. 0% ;Mo 0· 1%?0· 2% ;Si 1·0%?1·5%;Μη I. 5%?2· 5% ;Cu 0· 05%?0· 2% ;Ti 0· 05%?0· 15% ;Nb 0· 2%?0· 4% ;稀土 0· 1%? 0. 15% ;余量為Fe。 toon] b澆注，將上述冶煉而成的澆注液注入鋼錠模，制得鋼錠；
[0012] c軋制，將上述澆注而成的鋼錠經(jīng)過(guò)Φ650Χ1和Φ650Χ3的軋機(jī)軋制成 65mmX65mm2的方胚；然后將上述軋制而成的方胚通過(guò)Φ400Χ1和Φ250Χ5連軋機(jī)軋制成圓 鋼并定尺剪切，制得抽油桿粗胚，其中控軋控冷加熱溫度為1090°C，終軋溫度為900°C，冷 卻速度為3°C /s直至空冷到室溫；
[0013] d熱處理，首先將上述軋制而成的抽油桿粗胚進(jìn)行淬火處理，其中淬火溫度 830°C?850°C，保溫1小時(shí)；然后將經(jīng)淬火處理的抽油桿粗胚作回火處理，回火溫度 370°C?410°C，保溫2小時(shí)；最后將經(jīng)回火處理的抽油桿粗胚放在空氣中自然冷卻。至此 權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕抽油桿制造完成。
[0014] 本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法，其中所述澆注步驟制得的鋼錠重量為 560kg〇
[0015] 本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法，其中所述軋制步驟軋制而成的圓鋼尺 寸為Φ 28mm，剪切而得的抽油桿粗胚長(zhǎng)度為7m。
[0016] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿通 過(guò)引入稀有元素以及合理的合金元素配比，即實(shí)現(xiàn)了抽油桿的耐腐蝕性能和抗疲勞性能得 到大幅提升的目的。相較于常規(guī)采用的，通過(guò)提高貴金屬元素 Mo、Ni的含量來(lái)增強(qiáng)抽油桿 耐腐蝕性能的做法,本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿的生產(chǎn)成本更低；對(duì)油田而言,使用本發(fā)明一 種耐腐蝕抽油桿的產(chǎn)出投入比更高。
[0017] 本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法與現(xiàn)有抽油桿的制造方法基本相同，使 用的所有設(shè)備都是現(xiàn)有設(shè)備，省去了生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，只不過(guò)在使用本方法制造上述 一種耐腐蝕抽油桿時(shí)，需要對(duì)工藝參數(shù)做適應(yīng)性修改。
[0018] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿及其制造方法作進(jìn)一步說(shuō)明。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿,包括桿體；以質(zhì)量百分比計(jì),所述桿體的材料成分為： C 0· 15%?0· 25% ;Cr 0· 5%?L 0% ;Mo 0· 1%?0· 2% ;Si L 0%?I. 5% ;Mn L 5%? 2. 5% ;Cu 0· 05%?0· 2% ;Ti 0· 05%?0· 15% ;Nb 0· 2%?0· 4% ;稀土 0· 1%?0· 15% ; 余量為Fe,其中稀土為L(zhǎng)a和Ce的混合物。
[0020] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿中部分元素含量的確定如下：
[0021] C :一般認(rèn)為0. 08 %?0. 4%的碳含量對(duì)鋼的硫化氫腐蝕破裂敏感性沒(méi)有明顯影 響。碳是提高鋼強(qiáng)度的主要元素，保證一定的強(qiáng)度必須一定的碳含量，但是碳元素對(duì)塑性不 利，同時(shí)大于〇. 3%的碳含量不利于焊接。控制0. 15%?0. 25%的碳含量可以保證獲得足 夠的強(qiáng)度，同時(shí)使鋼具有良好的韌性和焊接性。
[0022] Cr :鉻能顯著提高鋼的耐硫化物破裂能力顯著提高鋼的淬透性，鉻與Mn共同使用 效果良好，由于Cr降低鋼中的碳活度，同時(shí)又是碳化物形成元素，提高碳的擴(kuò)散激活能，故 能減輕鋼的脫碳傾向。能改變鋼材的電極電位，提高耐腐蝕性能。0.5%?1.0%的鉻是經(jīng) 濟(jì)有效的最佳含量。
[0023] Mo :在低合金鋼中能提高鋼的耐硫化物破裂能力，同時(shí)它可以強(qiáng)烈推遲鐵素體轉(zhuǎn) 變，顯著提高鋼的淬性?？山档弯摰幕鼗鸫嘈?，改善熱處理工藝性能，提高鋼材的疲勞性能。 鑰能降低鋼中氫的活度，大大降低鋼的吸氫傾向?？梢詮?qiáng)烈地阻礙碳化物的形核和長(zhǎng)大，減 少鋼中的儲(chǔ)氫陷阱。本發(fā)明鋼加入0. 1%?0. 2%的鑰是最經(jīng)濟(jì)有效的含量。
[0024] Nb :能顯著提高鋼的耐硫化物破裂能力顯著提高鋼的淬透性，在鋼種能形成細(xì)小 的NbCN顆粒，鋼坯再加熱時(shí)未溶NbCN顆?？梢宰柚箠W氏體晶粒的長(zhǎng)大；Nb能顯著提高鋼 的再結(jié)晶溫度，使鋼在較高、較大的熱變形溫度范圍進(jìn)行未再結(jié)晶控軋，促進(jìn)晶粒的細(xì)化， 提高鋼的強(qiáng)韌性。〇. 2%?0. 4%的鈮能起到上述的作用。
[0025] Ti :作用與鈮相似，但它是更強(qiáng)的碳氮化物形成元素，細(xì)小的TiCN顆粒有效阻止 鋼坯再加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用更顯著。〇. 05%?0. 15%的鈦是耐硫化物破裂有有益 的作用。
[0026] 稀土：稀土在鋼中的作用主要包括變質(zhì)作用和微合金化作用。（1)變質(zhì)作用。稀土 加入到鋼中可以控制硫、氧夾雜物的形態(tài)，會(huì)形成高熔點(diǎn)的在晶體內(nèi)任意分布的球形夾雜， 取代沿晶界分布的第二類硫化物。這種夾雜物全部為灰黑色的RE202S，外層為淺灰色的稀 土硫化物。脫氧加入的Al形成的A1203作為稀土硫化物的結(jié)晶核心，從而使群聚的AL203 消失。另外，當(dāng)稀土加入量適宜時(shí)，稀土硫化物可以完全取代MnS。稀土化合物在鋼熱加工 變形時(shí)，仍保持細(xì)小的球形或紡錘形，均勻的分布在鋼材中，消除了原先存在的沿鋼材軋制 方向分布的呈長(zhǎng)條狀MnS等夾雜。這樣可以明顯改善鋼的橫向韌性、疲勞性能、耐腐蝕能 力。另外，因?yàn)橄⊥翃A雜物的熱膨脹系數(shù)和鋼近似，可以避免鋼材熱加工冷卻時(shí)在夾雜物周 圍產(chǎn)生大的附加應(yīng)力，有利于提高鋼的疲勞強(qiáng)度。（2)微合金化作用。由稀土-鐵系相圖可 知，稀土元素在鐵液中與鐵原子是互溶的，稀土原子半徑比鐵原子大，對(duì)固溶體能提供強(qiáng)化 作用。固溶在鋼中的稀土往往通過(guò)擴(kuò)散機(jī)制富集于晶界，減少了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚，從 而改善了晶界并抑制了局部弱化，如：低溫脆性、晶界腐蝕、回火脆性等。另外，適量稀土的 加入改變了鋼的相變曲線。當(dāng)鈰含量不超過(guò)〇. 15%時(shí)，隨著含鈰量增加，先共析鐵素體量減 小，貝氏體量增加，魏氏體消除。進(jìn)一步改善鋼的疲勞性能和耐腐蝕性能。
[0027] 本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法包括如下步驟：
[0028] a冶煉，將各原料放入電爐中冶煉，調(diào)整各合金元素成分，使合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 達(dá)到 C 0· 15%?0· 25% ;Cr 0· 5%?I. 0% ;Mo 0· 1%?0· 2% ;Si 1·0%?1·5%;Μη I. 5%?2· 5% ;Cu 0· 05%?0· 2% ;Ti 0· 05%?0· 15% ;Nb 0· 2%?0· 4% ;稀土 0· 1%? 0. 15% ;余量為Fe。
[0029] b澆注，將上述冶煉而成的澆注液注入鋼錠模，制得重量為560kg的鋼錠；
[0030] c軋制，將上述澆注而成的鋼錠經(jīng)過(guò)Φ650X1和Φ650X3的軋機(jī)軋制成 65mmX65mm2的方胚；然后將上述軋制而成的方胚通過(guò)Φ400Χ1和Φ250Χ5連軋機(jī)軋制成尺 寸為Φ28mm的圓鋼并定尺剪切，制得長(zhǎng)度為7m的抽油桿粗胚，其中控軋控冷加熱溫度為 1090°C，終軋溫度為900°C，冷卻速度為3°C /s直至空冷到室溫；
[0031] d熱處理，首先將上述軋制而成的抽油桿粗胚進(jìn)行淬火處理，其中淬火溫度 830°C?850°C，保溫1小時(shí)；然后將經(jīng)淬火處理的抽油桿粗胚作回火處理，回火溫度 370°C?410°C，保溫2小時(shí)；最后將經(jīng)回火處理的抽油桿粗胚放在空氣中自然冷卻。至此 權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕抽油桿制造完成。
[0032] 由此可以看出本發(fā)明一種制造上述耐腐蝕抽油桿的方法與現(xiàn)有抽油桿的制造方 法基本相同，使用的所有設(shè)備都是現(xiàn)有設(shè)備，省去了生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，只不過(guò)在使用本 方法制造上述一種耐腐蝕抽油桿時(shí)，需要對(duì)工藝參數(shù)做適應(yīng)性修改。
[0033] 本發(fā)明一種耐腐蝕抽油桿的性能測(cè)驗(yàn)
[0034] 下面分別按照如下三個(gè)實(shí)施例所列的元素配比稱取原料并按照本發(fā)明一種制造 上述耐腐蝕抽油桿的方法制造三種抽油桿。
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種耐腐蝕抽油桿，包括桿體；以質(zhì)量百分比計(jì)，所述桿體的材料成分為： CO. 15%?0? 25% ;Cr 0? 5%?L 0% ;Mo 0? 1%?0? 2% ;Si L 0%?L 5% ;Mn L 5%? 2. 5% ;Cu 0? 05%?0? 2% ;Ti 0? 05%?0? 15% ;Nb 0? 2%?0? 4% ;稀土 0? 1%?0? 15% ; 余量為Fe。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕抽油桿，其特征在于：所述稀土為L(zhǎng)a和Ce的混 合物。
3. -種制造權(quán)利要求1所述的耐腐蝕抽油桿的方法，包括如下步驟： a冶煉，將各原料放入電爐中冶煉，調(diào)整各合金元素成分，使合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 C 0? 15%?0? 25% ;Cr 0? 5%?L 0% ;Mo 0? 1%?0? 2% ;Si L 0%?L 5% ;Mn L 5%? 2. 5% ;Cu 0? 05%?0? 2% ;Ti 0? 05%?0? 15% ;Nb 0? 2%?0? 4% ;稀土 0? 1%?0? 15% ; 余量為Fe ; b澆注，將上述冶煉而成的澆注液注入鋼錠模，制得鋼錠； c軋制，將上述澆注而成的鋼錠經(jīng)過(guò)0 650X1和0 650X3的軋機(jī)軋制成65mmX65mm2的 方胚；然后將上述軋制而成的方胚通過(guò)0400X1和0250X5連軋機(jī)軋制成圓鋼并定尺剪切， 制得抽油桿粗胚，其中控軋控冷加熱溫度為1090°C，終軋溫度為900°C，冷卻速度為3°C /s 直至空冷到室溫； d熱處理，首先將上述軋制而成的抽油桿粗胚進(jìn)行淬火處理，其中淬火溫度830°C? 850°C，保溫1小時(shí)；然后將經(jīng)淬火處理的抽油桿粗胚作回火處理，回火溫度370°C?410°C， 保溫2小時(shí)；最后將經(jīng)回火處理的抽油桿粗胚放在空氣中自然冷卻；至此權(quán)利要求1所述 的一種耐腐蝕抽油桿制造完成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制造權(quán)利要求1所述的耐腐蝕抽油桿的方法，其特征在 于：所述澆注步驟制得的鋼錠重量為560kg。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制造權(quán)利要求1所述的耐腐蝕抽油桿的方法，其特征在 于：所述軋制步驟軋制而成的圓鋼尺寸為〇28mm，剪切而得的抽油桿粗胚長(zhǎng)度為7m。
【文檔編號(hào)】C21D8/06GK104313479SQ201410520507
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】趙磊, 畢偉, 余傳謀, 李明, 付小波, 高文明, 劉斌, 劉濤, 吳振寧 申請(qǐng)人:東營(yíng)咸亨工貿(mào)有限公司, 劉濤, 吳振寧