[發明專利]一種高強韌150鋼級鉆桿材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201310589071.5
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN104651740A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 徐欣;王新虎;劉文紅;宋生印
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C33/04;C21D8/10
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 關文魁

技術領域

本發明涉及鉆桿材料領域，特別涉及一種高強韌150鋼級鉆桿材料及其制備方法。

背景技術

鉆柱是石油工業中不可替代的高科技含量的工具，被廣泛用于石油開采、地質勘探和深井開挖等地下深層作業。鉆柱通常包括：鉆頭、鉆鋌、鉆桿、穩定器、專用接頭及方鉆桿。其中，鉆桿是鉆柱的基本組成部分，主要用于傳遞扭矩、輸送鉆井液以及在鉆井過程中通過鉆桿的不斷連接來達到不斷加深井眼的目的。因此，在油井開發中，要求鉆桿必須能夠承受巨大的內外壓、扭曲力和彎曲力等。目前，在油氣勘探開發過程中，為了提高鉆桿材料的強度，高強度的150鋼級鉆桿材料正在被逐步開發使用。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

鉆桿在使用過程中，由于受到各種外力的反復作用，會產生疲勞，從而帶來鉆桿甚至鉆柱的疲勞破壞，即鉆桿或鉆柱失效。目前在日益嚴酷的石油開發環境中，石油鉆桿材料的疲勞壽命低，鉆桿失效事故發生率高，嚴重影響了材料在石油鉆桿生產中的廣泛應用。

發明內容

為了解決現有技術中150鋼級鉆桿材料疲勞壽命低的問題，本發明實施例提供了一種高強韌150鋼級鉆桿材料及其制備方法。所述技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種高強韌150鋼級鉆桿材料，所述材料的化學成分及質量百分比含量為：C（碳）:0.23%～0.30%，Cr（鉻）:0.5%～1.5%，Ni（鎳）:0.6%～1.0%，Mn（錳）:0.9%～1.5%，Mo（鉬）:0.8%～1.4%，Si（硅）:0.1%～0.5%，Ce（鈰）:0.6%～1.0%，Nb（鈮）:0.01～0.08%，V（釩）：0.01%～0.08%，余量為Fe（鐵）和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中S（硫）、P（磷）、Al（鋁）的質量百分比為：S：≤0.008%，P：≤0.08%，Al：≤0.07%。

本發明的一個優選的技術方案是：所述材料的化學成分及質量百分比含量為：C:0.26%～0.29%，Cr:1.1%～1.3%，Ni:0.7%～0.9%，Mn:1.0%～1.2%，Mo:1.0%～1.2%，Si:0.2%～0.3%，Ce:0.7%～0.9%，Nb:0.03～0.06%，V：0.03%～0.07%，余量為Fe和不可避免的雜質，所述可避免的雜質中，S、P、Al的質量百分比為：S：≤0.008%，P：≤0.08%，Al：≤0.07%。。

更優選的一個技術方案是：所述材料的化學成分及質量百分比含量為：C：0.29%，Cr：0.9%，Ni：0.75%，Mn：1.2%，Mo：0.9%，Si：0.30%，Ce：0.7%，Nb：0.06%，V：0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中，S、P、Al的質量百分比為：S：≤0.005%，P：≤0.008%Al：≤0.03%。。

另一個更優選的技術方案是：所述材料的化學成分及質量百分比含量為：C：0.26%，Cr：0.8%，Ni：0.9%，Mn：1.0%，Mo：1.0%，Si：0.25%，Ce：0.9%，Nb：0.07%，V：0.06%，余量為Fe和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中S、P、Al的質量百分比為：S：≤0.003%，P：≤0.008%，Al：≤0.06%。

還有一個更優選的技術方案是：所述材料的化學成分及質量百分比含量為：C：0.30%，Cr：0.75%，Ni：0.6%，Mn：1.35%，Mo：1.1%，Si：0.35%，Ce：0.71%，Nb：0.03%，V：0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中S、P、Al的質量百分比為：S：≤0.003%，P：≤0.008%，Al：≤0.02%。

本發明中所述材料的化學成分及其質量百分比的設計原理如下。

在深井施工過程中，鉆桿承受的應力非常復雜，包括拉、壓、彎、扭、剪切及其復合和交變載荷等，容易引起鉆桿的疲勞破壞；同時，深井施工中，對鉆柱的轉速要求很高，而鉆速過快會增大應力交變頻率，從而減少鉆桿的疲勞壽命；另外，根據機械振動理論，當轉速與鉆柱固有頻率重合時，鉆柱便發生共振，當共振發生時無論鉆桿新舊都會很快疲勞。因此，目前在深井施工過程中，鉆桿失效的事故越來越多。根據資料統計，每年鉆柱失效的事故有1000例左右，其中由于鉆桿失效引起鉆柱失效的事故占鉆柱失效事故的50%～60%。