[發(fā)明專利]石油鉆井抗硫鉆桿及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510348068.3
• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN104988407B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜榮凱;劉聰;紀(jì)海濤;劉榮;左斌;陳旭;張文江;李亞敏;張繪杰;劉安建;伍國巍
• 申請（專利權(quán)）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
• 主分類號(hào): C22C38/26
• 分類號(hào): C22C38/26;C22C38/32;C21D1/18;C21D9/08
• 代理公司: 石家莊國為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所13120
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油鉆井設(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)

國內(nèi)川渝地區(qū)油氣資源普遍含有H₂S，而高級(jí)鋼制鉆桿對硫化氫的應(yīng)力腐蝕開裂非常敏感，硫化氫的存在很容易造成高鋼級(jí)鉆桿發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆等問題，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氫應(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

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，本發(fā)明通過改善鉆桿的材質(zhì)，大大降低了鉆桿對H₂S應(yīng)力腐蝕的敏感性，提高了鉆桿管體的強(qiáng)度、沖擊韌性和耐蝕性，能夠滿足生產(chǎn)需求。

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，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。

進(jìn)一步的，第二步，將無縫鋼管管坯的一端400mm以內(nèi)加熱至1200-1300℃，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℃-920℃，保溫80-110分鐘后出爐，20秒鐘內(nèi)進(jìn)入10℃-25℃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℃-720℃，保溫110-140分鐘，隨后15秒鐘內(nèi)采用10℃-25℃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。

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H₂S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)度和良好的沖擊韌性，通過了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)，能夠滿足含H₂S井況的需求。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

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，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。

按照本發(fā)明對鉆桿管體的化學(xué)成分進(jìn)行配比，制成Φ101.6x9.65mm，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；隨后對鉆桿管體進(jìn)行整體熱處理，熱處理工藝為淬火+回火快冷工藝。

具體的工藝和步驟如下：

第一步，鑄造無縫鋼管管坯，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400mm以內(nèi)加熱至1200-1300℃，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)械式鐓粗機(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；

第三步，進(jìn)行整體淬火

將鉆桿管體輸送到升溫至880℃-920℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫80-110分鐘后出爐，20秒鐘內(nèi)進(jìn)入10℃-25℃的淬火液，淬火時(shí)間不少于35秒；