[發明專利]低溫結構鋼在石油鉆機井架設計制造中的應用

無效

• 申請號: 200710038433.6
• 申請日: 2007-03-26
• 公開（公告）號: CN101109271A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 張學瑜;張勇;趙旭平
• 申請（專利權）人: 南陽二機石油裝備（集團）有限公司
• 主分類號: E21B15/00
• 分類號: E21B15/00;B23K9/16;B23K35/24;C22C38/00
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所
• 代理人: 楊青

技術領域

本發明涉及石油鉆機井架制造技術，特別涉及一種低溫結構鋼在石油鉆機井架設計制造中的應用。

背景技術

石油鉆機井架是石油鉆機的重要部分，主要用于安放和懸掛天車、游車、大鉤等起升設備與工具，安放和懸掛立管、水龍頭、水龍帶等泥漿循環設備與工具，承受起下鉆、下套管、打撈及其他作業所產生的載荷，提供起下鉆與存放立根操作的高度與空間，處理井下事故等鉆井作業。石油鉆機井架一般是橫截面為正方形或矩形的空間框架結構，前面敞開，主要由位于四角的四根立柱、背面和兩側面的橫撐、斜撐焊接而成。已知技術中，石油鉆機井架普遍采用一般碳素結構鋼制造，該類鋼只適合使用于常溫條件的環境溫度，而不能適合于低溫環境，低溫環境對該類鋼的抗脆斷能力影響很大，特別是在-30℃以下，易造成鋼材的機械性能發生改變，使井架出現脆性斷裂等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種低溫結構鋼在石油鉆機井架設計制造中的應用，應用低溫結構鋼的該石油鉆機井架最低應用環境溫度可達-45℃。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種低溫結構鋼在石油鉆機井架制造中的應用，該石油鉆機井架為橫截面為正方形或矩形的空間框架結構，由位于四角的四根立柱、背面和兩側面的橫撐、斜撐焊接而成，所述石油鉆機井架的四根立柱、背面和兩側面的橫撐、斜撐均應用低溫結構鋼，所述石油鉆機井架的天車底座應用低溫結構鋼。

所述低溫結構鋼為Q345E。

所述應用低溫結構鋼的石油鉆機井架的焊接工藝為：采用埋弧焊接，采用H10Mn2牌號埋弧焊絲，焊絲化學成分重量百分比為：C≤0.12％，Mn1.5～1.9％，Si≤0.07％，S≤0.035％，P≤0.035％，Ni≤0.30％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％；焊劑：SJ101。焊接工藝參數是：焊絲直徑：φ4mm，電流(A)：550～650，電弧電壓(V)：34～38，焊接速度(mm/min)：400～500，極性：直流反接。

本發明應用低溫結構鋼作為石油鉆機井架的原材料進行焊接制造，焊接材料和焊接參數的選擇達到了與母材的強度匹配和韌性匹配，使本井架成為可滿足在-45℃環境溫度下服役的低溫鉆機井架，解決了常規采用普通碳素鋼作為井架原材料在低溫環境特別是在-30℃以下由于鋼材的機械性能改變，造成的井架出現脆性斷裂等問題。

附圖說明

圖1是石油鉆機井架結構簡圖。

圖2是圖1的側視圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明做進一步描述。

圖1、圖2所示為石油鉆機井架結構簡圖，在井架設計制造時，井架的四根立柱1、背面橫撐2、背面斜撐3、兩側面的橫撐4、兩側面的斜撐5、天車底座6均應用低溫結構鋼Q345E，本井架還包括人字架7，人字架7也應用低溫結構鋼Q345E焊接。

井架焊接工藝為：采用埋弧焊接，采用H10Mn2牌號埋弧焊絲，焊絲化學成分重量百分比為：C≤0.12％，Mn1.5～1.9％，Si≤0.07％，S≤0.035％，P≤0.035％，Ni≤0.30％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％，焊劑：SJ101；焊接工藝參數是：焊絲直徑：φ4mm，電流(A)：550～650，電弧電壓(V)：34～38，焊接速度(mm/min)：400～500，極性：直流反接。

Q345E低溫結構鋼的性能介紹：

其型材采用電爐和爐外精練、熱軋拉拔成型等特殊制造工藝，在相同靜態載荷下，可保證有出色的動態載荷特性和高可焊性。

主要化學成分：C≤0.134％，Si≤0.24％，Mn≤1.33％，P≤0.017％，S≤0.014％；

機械性能：屈服強度σs≥450N/mm²，抗拉強度σb≥470～630N/mm²，延伸率δ₅≥17％，沖擊功AKv(-50℃)≥27J。

制造和熱處理工藝：熱軋拉拔成型，正火處理。

高可焊性：低溫結構鋼具有良好的焊接性能，適合于各種焊接手段和工藝。

H10Mn2牌號埋弧焊絲機械性能如下：

機械性能：屈服強度σs≥330N/mm²，抗拉強度σb：415～550N/mm²，延伸率δ≥22％，沖擊功AKv(-40℃)≥27J。