石油鉆井抗硫鉆桿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石油鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種石油鉆井抗硫鉆桿及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)川渝地區(qū)油氣資源普遍含有^S，而高級(jí)鋼制鉆桿對(duì)硫化氨的應(yīng)力腐蝕開裂 非常敏感，硫化氨的存在很容易造成高鋼級(jí)鉆桿發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂、氨脆等問題，造成鉆桿 管體斷裂、失效等問題，給鉆井工程造成極大的危害，甚至嚴(yán)重影響生產(chǎn)，因此需采用抗硫 鉆桿，盡管國內(nèi)外抗硫鉆桿已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，但抗硫鉆桿的抗硫化氨應(yīng)力腐蝕性能及抗沖 擊性能仍存在缺陷，管體的材質(zhì)和制造工藝仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種石油鉆井抗硫鉆桿及其制備方法，解決了 已有技術(shù)中鉆桿對(duì)硫化氨的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性高、容易造成鉆桿應(yīng)力腐蝕開裂、氨脆、斷 裂、失效等問題，本發(fā)明通過改善鉆桿的材質(zhì)，大大降低了鉆桿對(duì)&S應(yīng)力腐蝕的敏感性，提 高了鉆桿管體的強(qiáng)度、沖擊初性和耐蝕性，能夠滿足生產(chǎn)需求。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是；一種石油鉆井抗硫鉆桿及其 制備方法，該鉆桿管體的鋼種成分為；C;0. 22-0. 30,Si;0. 22-0. 35,Mn;0. 40-0. 55,Cr; 1. 00-1. 15,Mo;0. 40-0. 55,V;0. 02-0. 05,B0. 0005,Nb;0. 010-0. 025,S0. 005,P; 《0. 008,余量為化，單位為質(zhì)量百分比；該鉆桿材質(zhì)屈服強(qiáng)度達(dá)到730-780MPa，抗拉強(qiáng)度 大于820MPa，斷后延伸率大于16%，夏比V型缺口沖擊功大于140J;通過NACE標(biāo)準(zhǔn)溶液下 的720小時(shí)抗硫化氨應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。
[0005] 本發(fā)明主要包括如下步驟： 第一步，鑄造無縫鋼管管巧，使化學(xué)成分符合要求； 第二步；制成鉆桿管體，將無縫鋼管管巧的一端加熱，然后通過機(jī)械式徵粗機(jī)將管端加 厚，將無縫鋼管的另一端按照同樣方式加厚，機(jī)加工，制成鉆桿管體； 第=步，澤火 第四步，回火，自然冷卻至室溫，達(dá)到所要求的性能。
[0006] 進(jìn)一步的，第二步，將無縫鋼管管巧的一端400mmW內(nèi)加熱至1200-1300°C，然后 通過機(jī)械式徵粗機(jī)采用二次成型方式將管端加厚，隨后將無縫鋼管的另一端按照同樣方式 加厚，機(jī)加工，制成鉆桿管體； 第=步，澤火 將鉆桿管體升溫至880°C-920°C，保溫80-110分鐘后出爐，20秒鐘內(nèi)進(jìn)入10°C-25°C的澤火液，澤火時(shí)間不少于35秒； 第四步，回火 將鉆桿管體升溫至680°C-720°C，保溫110-140分鐘，隨后15秒鐘內(nèi)采用10°C-25°C 的水進(jìn)行冷卻，冷卻時(shí)間不少于15秒，隨后自然冷卻至室溫。
[0007] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：該鉆桿管體通過合理控制鋼種元素含 量，并增加了B、Nb元素，降低了材料對(duì)&S應(yīng)力腐蝕的敏感性，同時(shí)通過回火后的快冷處 理，提高了鉆桿管體熱處理后機(jī)械性能的均勻性，使鉆桿管體具有足夠的強(qiáng)度和良好的沖 擊初性，通過了NACE標(biāo)準(zhǔn)溶液下的720小時(shí)抗硫化氨應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，能夠滿足含&S井況 的需求。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0009] 本發(fā)明的鉆桿管體的鋼種的化學(xué)成分；C;0. 22-0. 30,Si;0. 22-0. 35,Mn; 0. 40-0. 55,Cr;1. 00-1. 15,Mo;0. 40-0. 55,V;0. 02-0. 05,B0. 0005,Nb;0. 010-0. 025，S0.005,P 0.008,余量為化，單位為質(zhì)量百分比。
[0010] 按照本發(fā)明對(duì)鉆桿管體的化學(xué)成分進(jìn)行配比，制成O101.6x9.65mm，長 9000-9500mm的無縫鋼管，按照如下步驟進(jìn)行制造。其制造方法為：制成鉆桿管體；隨后對(duì) 鉆桿管體進(jìn)行整體熱處理，熱處理工藝為澤火+回火快冷工藝。
[0011] 具體的工藝和步驟如下： 第一步，鑄造無縫鋼管管巧，使化學(xué)成分符合要求； 第二步，將無縫鋼管兩端加厚制成鉆桿管體； 將無縫鋼管的一端400mmW內(nèi)加熱至1200-1300°C，加熱方式采用1臺(tái)中頻爐、1臺(tái)管 端均熱爐的方式，然后通過機(jī)械式徵粗機(jī)采用二次成型方式將管端加厚，一端加厚完成后 將另一端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體； 第=步，進(jìn)行整體澤火 將鉆桿管體輸送到升溫至880°C-920°C的步進(jìn)式澤火爐內(nèi)，保溫80-110分鐘后出爐， 20秒鐘內(nèi)進(jìn)入10°C-25°C的澤火液，澤火時(shí)間不少于35秒； 第四步，進(jìn)行回火 將鉆桿管體輸送到升溫至680°C-720°C的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫110-140分鐘，隨后15 秒鐘內(nèi)采用l〇°C-25°C的水進(jìn)行冷卻，冷卻時(shí)間不少于15秒，隨后自然冷卻至室溫。鉆桿 管體采用回火后快冷處理，保持了熱處理后管體機(jī)械性能均勻性，提高了管體沖擊初性，降 低管體硬度。
[0012] 在所述步驟二將無縫鋼管兩端加厚時(shí)，成型方式為采用機(jī)械式徵粗機(jī)，該二次成 型方式工藝步驟為進(jìn)行二次成型，每次成型在1-2S的時(shí)間內(nèi)完成加厚。
[0013] 在所述步驟四回火后，所述鉆桿管體的組織為回火索氏體和鐵素體組成，并且回 火索氏體含量在95%W上。
[0014] 下面是處理成抗硫鉆桿管體的化學(xué)成分配比如表1，及按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的機(jī)械性 能進(jìn)行對(duì)比如表2 ; 表1
成品鉆桿管體常溫下屈服強(qiáng)度 表2
對(duì)比表1和表2可W看出，本發(fā)明管體在常溫下屈服強(qiáng)度可W達(dá)到730-780MI^a之間， 抗拉強(qiáng)度大于820MPa，斷后延伸率大于16%，夏比V型缺口沖擊功（20°C、7. 5xl0mm)大于 140J。
[0015] 采用上述組分和工藝制備的成品鉆桿管體，在常溫下屈服強(qiáng)度達(dá)到730-780MPa 之間，抗拉強(qiáng)度大于820MPa，斷后延伸率大于16%，夏比V型缺口沖擊功（20°C、7. 5xl0mm)大 于 140J。
[0016] 成品鉆桿管體在上述機(jī)械性能下，能夠通過MCE標(biāo)準(zhǔn)溶液下的720小時(shí)抗硫化氨 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。
[0017] 因此，采用上述組分和工藝制備的成品鉆桿管體，提高了抗硫化氨應(yīng)力腐蝕性能， 提高了管體沖擊初性，降低了管體的硬度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石油鉆井抗硫鉆桿，其特征在于，該鉆桿管體的鋼種成分為：c :0. 22-0. 30, Si : 0? 22-0. 35, Mn :0? 40-0. 55, Cr :1. OO-L 15, Mo :0? 40-0. 55, V :0? 02-0. 05, B :彡 0? 0005, Nb : 0.010-0. 025, S :彡0.005, P :彡0.008,余量為Fe，單位為質(zhì)量百分比；該鉆桿材質(zhì)屈服強(qiáng) 度達(dá)到730-780MPa，抗拉強(qiáng)度大于820MPa，斷后延伸率大于16%，夏比V型缺口沖擊功大于 140J ;通過NACE標(biāo)準(zhǔn)溶液下的720小時(shí)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井抗硫鉆桿的制備方法，其特征在于，主要包括如下 步驟： 第一步，鑄造無縫鋼管管坯，使化學(xué)成分符合要求； 第二步，制成鉆桿管體：將無縫鋼管管坯的一端加熱，然后通過機(jī)械式鐓粗機(jī)將管端 加厚，將無縫鋼管的另一端按照同樣方式加厚，機(jī)加工，制成鉆桿管體； 第三步，淬火 第四步，回火：自然冷卻至室溫，達(dá)到所要求的性能。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油鉆井抗硫鉆桿的制備方法，其特征在于， 第二步，將無縫鋼管管坯的一端400mm以內(nèi)加熱至1200-1300°C，然后通過機(jī)械式鐓粗 機(jī)采用二次成型方式將管端加厚，隨后將無縫鋼管的另一端按照同樣方式加厚，機(jī)加工，制 成鉆桿管體； 第三步，淬火 將鉆桿管體升溫至880°C _920°C，保溫80-110分鐘后出爐，20秒鐘內(nèi)進(jìn)入10°C -25°C 的淬火液，淬火時(shí)間不少于35秒； 第四步，回火 將鉆桿管體升溫至680°C _720°C，保溫110-140分鐘，隨后15秒鐘內(nèi)采用10°C -25°C 的水進(jìn)行冷卻，冷卻時(shí)間不少于15秒，隨后自然冷卻至室溫。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石油鉆井抗硫鉆桿及其制備方法，涉及石油鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該鉆桿管體的鋼種成分為：C：0.22-0.30，Si：0.22-0.35，Mn：0.40-0.55，Cr：1.00-1.15，Mo：0.40-0.55，V：0.02-0.05，B：≤0.0005，Nb：0.010-0.025，S：≤0.005，P：≤0.008，余量為Fe，單位為質(zhì)量百分比；該鉆桿材質(zhì)屈服強(qiáng)度達(dá)到730-780MPa，抗拉強(qiáng)度大于820MPa，斷后延伸率大于16%，夏比V型缺口沖擊功大于140J；通過NACE標(biāo)準(zhǔn)溶液下的720小時(shí)抗硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。本發(fā)明解決了已有技術(shù)中鉆桿對(duì)硫化氫的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性高、容易造成鉆桿應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、斷裂、失效等問題，能夠降低鉆桿對(duì)H2S應(yīng)力腐蝕的敏感性，提高鉆桿管體的強(qiáng)度、沖擊韌性和耐蝕性，滿足生產(chǎn)需求。
【IPC分類】C22C38/32, C21D9/08, C21D1/18, C22C38/26
【公開號(hào)】CN104988407
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510348068
【發(fā)明人】姜榮凱, 劉聰, 劉榮, 周秋芬, 陳旭, 張文江, 李亞敏, 張繪杰, 劉安建, 伍國巍
【申請(qǐng)人】中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 華油一機(jī)(河北)石油專用管材有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日