[發明專利]一種高韌性石油鉆桿及其制造方法

在審

• 申請號: 201610962371.7
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN107151761A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 劉聰;姜榮凱;陳旭;宋愛國;李亞敏;張文江;劉安建;李真;王顯林;孔令楠;王青林
• 申請（專利權）人: 中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司;華油一機（河北）石油專用管材有限公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/42;C22C38/24;C22C38/22;C22C38/20;C21D9/08;C21D1/18
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 張宇

技術領域

本發明涉及鉆桿的制造技術，尤其是一種高韌性石油鉆桿及其制造方法，屬于石油鉆桿技術領域。

背景技術

深層油氣資源的勘探開發，是實現油田油氣資源戰略接替的主要途徑。大力發展深井超深井鉆井技術，既是勘探開發的需要，也是積極適應鉆井工程技術服務市場競爭的需要。

有關資料表明，中國的石油可采資源量目前預計為150億噸，待發現和探明85億噸左右，占可采石油資源探明程度的57％。這部分待探明的石油資源主要分布在塔里木、準噶爾、柴達木、吐哈四個盆地，是中國石油產量的主要接替區；同時，這部分資源量的73％埋藏在5000米以下。實現新地區、新領域、新層位尤其是深層的油氣突破，尋找和擴大油田含油氣范圍及領域，成為順利實現中國石油資源接替目標的主要手段，深井超深井鉆井技術的快速、規模發展則是這一手段最重要的實現方式。

石油鉆桿是油田鉆井的主要工具，結構中包括鉆桿管體和鉆桿管體兩端的鉆桿接頭。在油氣的開采過程中，要求采用高強度鉆桿，鉆桿管體必須能夠承受巨大的內外壓、扭曲、彎曲、和振動。目前API 5DP中的標準S鋼級鉆桿，其屈服強度在931-1138MPa之間，沖擊功要求(20℃、7.5x10mm)大于43J，但其在實際使用中常出現刺穿、腐蝕、疲勞斷裂等現象，失效比較嚴重。因此急需開發一種高韌性、高強度的鉆桿，要求沖擊韌性達到(20℃、7.5x10mm)大于64J以上，符合“先漏后破”的失效準則，從而避免鉆桿在深井、超深井作業時出現疲勞斷裂的情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高韌性石油鉆桿及其制造方法，通過降低了鋼種中Cr、Mo、Ni等貴金屬的用量，在強度不變的情況下，大大降低生產成本；通過成分調整和合理的熱處理工藝，大大提高鉆桿的韌性，能夠滿足深井、超深井作業工況需求。

本發明的技術方案為：

一種高韌性石油鉆桿，該鉆桿管體的鋼種成分和質量百分比組成為：C：0.21％-0.27％，Si：0.25％-0.40％，Mn：1.05％-1.25％，Cr：0.90％-1.15％，Mo：0.30％-0.50％，Ni：≤0.1％，V：0.04％-0.10％，Cu：0-0.10％，S：≤0.005％，P：≤0.015％，余量為Fe，單位為質量百分比。

本發明還提供了上述高韌性石油鉆桿的制造方法，包括下述步驟：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：將鋼管管端500mm以內加熱至1200-1300℃，采用機械鐓粗加厚兩端，制成鉆桿管體；加熱方式采用中頻爐加熱；

(2)制成的鉆桿管體進行整體熱處理，熱處理工藝為淬火+高溫回火；

(3)焊接；

該鉆桿管體的鋼種成分和質量百分比組成為：C：0.21％-0.27％，Si：0.25％-0.40％，Mn：1.05％-1.25％，Cr：0.90％-1.15％，Mo：0.30％-0.50％，Ni：≤0.1％，V：0.04％-0.10％，Cu：0-0.10％，S：≤0.005％，P：≤0.015％，余量為Fe，單位為質量百分比。

步驟(2)中，淬火工藝為：淬火爐溫度為850℃-880℃，保溫30-50分鐘，采用10℃-30℃的水進行淬火，淬火時間不少于28秒。

步驟(2)中，回火工藝為：回火爐溫度為610℃-630℃，保溫60-90分鐘，自然冷卻至室溫。

步驟(3)中鉆桿管體與接頭通過摩擦壓接焊的方式進行焊接，形成鉆桿。

1、本發明通過Cr、Mn、Mo元素的配比調整，來提高鉆桿的韌性和焊接性能，不僅實現了低成本、高韌性，而且焊接性能有了很大的提升。

2、針對鉆桿成分的調整，設計合理的熱處理工藝，通過淬火溫度、回火溫度、保溫時間的合理搭配，使鉆桿管體能夠整體充分均勻達到奧氏體，產品性能穩定，充分發揮了鋼種的潛力，使鉆桿的性能達到最優，對鉆桿性能起到了決定性作用。

本發明的有益效果：

本發明通過降低了鋼種中Cr、Mo、Ni等貴金屬的用量，在強度不變的情況下，大大降低生產成本；通過成分調整和合理的熱處理工藝，大大提高鉆桿的韌性，能夠滿足深井、超深井作業工況需求。