CN1014908B - 石油和天然气工业所用的管道以及钻杆单元的制造方法 - Google Patents

石油和天然气工业所用的管道以及钻杆单元的制造方法

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Abstract

本发明是关于石油和天然气工业所用的两端带有接头的薄壁输出管道的制造方法，其中接头以焊接的方式与管的两端相连，焊缝经过去毛刺，热处理及最终的切削加工。为提高管道和钻杆单元在腐蚀条件下的机械承载能力使其与物理承载能力相适应，建议排出管和接头由含碳量0.20%至0.60%，含锰量0.5%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷量不大于0.02%和含硫量不大于0.005%的钢材制成，而且在焊接和去毛刺后进行调质处理。

Description

本发明一方面是关于石油和天然气工业所用的二端具有接头的薄壁输出管所构成的管道的制造方法，另一方面是关于钻地用钻杆的相互可以用螺纹联接起来的钻杆单元的制造方法。
石油和天然气工业所用的管道和相互用螺纹连接的钻杆单元应用于在地下钻深孔或在地面范围输送石油。管道主要承受内压和轴向力，钻杆单元承受由于钻头的重量，它本身的重量和钻孔时的扭矩以及弯曲所造成的高机械负荷。通常只是将管道和钻杆单元进行调质处理，调质处理之后在管子和钻杆单元上装上所提到过的接头。这种接头是法兰接头或一段短的壁很厚的带螺纹的管子，通过这些接头将钻杆单元互相连接起来。
过去，有的钻杆单元上的接头是先用螺纹装在管子上然后进行焊接。然而近来已经普遍地将管接头通过焊接的方法，例如用压焊与管道相连接，并将焊接处去除毛刺，和进行消除应力的退火处理。
这种管子和钻杆单元的物理特性（屈服极限，延伸率）是足够的。但当存在潮湿的酸性气体时它 的承载能力只剩下了屈服极限值的一小部分。迄今所生产的管子中从焊缝到基础材料过渡段的抗应力腐蚀能力极差。材料的抗应力腐蚀能力在硫化氢饱和液中按美国全国防蚀工程师学会标准（NACE）TM-01-77加以检验。
本发明的目的在于提高管道和钻杆单元的抗腐蚀机械承载能力，使其与它的物理承载能力相适应。
本任务是采取以下措施完成的，在地球表面输送含有硫化氢的石油或天然气所用的管道是由二端带有接头的薄壁输出管所构成，该接头以焊接的方法与管道两端相连，焊缝经过去除毛刺，热处理和最终的切削加工。其特点为输出管和接头系由含碳量为0.20%至0.60%，含锰量为0.5%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷不大于0.02%和含硫量不大于0.005%的钢材所制成，并在焊接和去毛刺后进行调质处理。
因此这种钢材具有下列特性：
屈服极限 515至760N/mm2
抗拉强度 最小为660N/mm2
延伸率    最小为15.5%
硬度    最大为26洛氏硬度
缺口冲击韧性    按国际标准化组织标准（ISOV）在室温下最少为60焦耳单位。
持久强度    按美国全国防蚀工程师学会试验手册NACE-TM-01-77在硫化氢饱和试验液中和≥80%的最小屈服极限值条件下应大于或等于720小时。
用于钻地并在所提到的含大量酸性气体条件下承受高机械负荷的钻杆单元由输出管和接头组成，其中排出管通过加热后墩粗的末端和接头以焊接的方式联接，焊缝经过去毛刺、热处理和钻杆单元经过最终的切削加工。其输出管和接头的材料与前面所述用于管通的输出管和接头所用的材料相同，但也可以由含碳量0.40%至0.55%，含锰量0.8%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷不大于0.02%，含硫不大于0.005%的钢材制成，并在焊接和去毛刺后进行调质处理，这种钢具有以下特性：
屈服极限 655至760N/mm2
抗拉温度 最小为720N/mm2
延伸率    最小为15.5%
硬度    最大为26洛氏硬度
缺口冲击韧性    按国际标准化组织标准（ISOV）在室温下最少为60焦耳单位。
持久强度    按美国全国防蚀工程师学会试验手册NACE-TM-01-77在硫化氢饱和试验液中和≥80%的最小屈服极限值条件下应大于或等于720小时。
上述的管道和钻杆单元均以下述温度规范进行调质处理。
加热温度在超过AC3点50至200度之间，
淬火从这一温度起至少比Ar1点低200度，
回火温度低于AC1点。
本发明并不涉及被加工的管子从轧制温度是在空气中冷却还是正常地退火。输出管的调质处理也同样没有特殊要求。为了使输出管和接头之间有厚壁的过渡段，可以通过将管子二端在锻模中轴向墩粗获得。壁厚增加也使焊接面加宽。
在一般的情况下，接头是法兰或厚壁的短管。对于后面这种情况则只车削加粗了的管子二端的壁厚，并预先加工好螺纹部分，也不需要在焊接前对接头进行热处理。
具有事先车好外螺纹和内螺纹的接头成对地压焊于管子的二端，再去除突出的毛刺。
管子和接头是由同一种成分的钢制成的，这种钢不耐腐蚀。在钻杆单元的情况下，一般在冲洗液中添加防蚀剂。因此腐蚀不太严重。钢的组成成分要使管子在水中或油中淬火时，直至管壁最厚处以及接头都能淬透，也就是说在整个壁厚上得到相当均匀的硬度，并由此具有相同的强度特性。
这样制造的供石油工业使用的管子和钻杆单元被整体硬化了。就尺寸大小来说允许采用浸浴热处理。这些零件进行退火，最后的热处理是在空气中冷却。所应用的温度规范已在前面给出。这样使这些零件在整个长度上，尤其是在焊接区和基体材料受焊接加热影响的区域与光滑的管子相比具有一个均匀的相同的内部结构并由此具有同样的机械特性和明显的抗腐蚀性。
接着是机械加工螺纹，密封凸台和/或固定凸肩。
发明的应用实例是一个钻杆单元，钢的成分（质量百分比）如下：
碳    0.45
硅    0.25
锰    0.90
铬    1.26
钼    0.36
磷    0.012
硫    0.002
其余为铁
输出管由管形铸造毛坯通过斜辊轧管机轧制，它在连续轧机中通过轧辊拉长，并通过拉伸将尺寸减小到最终尺寸，直径114.3mm，壁厚9.19mm，然后在静止的空气中冷却。仅仅在大约300mm长的端头重新加热，将其壁厚墩粗到约22mm，直径约为131mm，接头重新在静止空气中冷却。
用同样方法制成具有直径162mm，壁厚36mm的厚壁管被切成长约370mm的段，并成对地粗车成具有内外螺纹的接头。在要与管子焊接的地方车削出一个过渡段。
接头和输出管通过压焊加以连接，再去除毛刺，如在DE-PS3133181中所述的那样，由此得到了整个钻杆单元。于是如在DE-PS1583993中所说明的，进行设备的淬火硬化和退火。在油中淬火的温度为890℃，时间大约120秒，此后，将钻杆单元放在栅格上，置于静止的空气中。退火温度为690℃。在空气中冷却之后，可以进行校直。这时钻杆单元具有以下的物理特性：
屈服极限 694N/mm2
拉伸温度 813N/mm2
延伸率    26%
硬度    25.3洛氏硬度
缺口冲击韧性    按国际标准化组织标准（ISOV）在20℃时为80焦耳单位。
从钻杆单元上取下的试件按照NACE-TM-01-77，在试验中以最小屈服极限655N/mm2的80%做超过前面所述的720小时的持久试验。
唯一的附图为本实例的成品，它由输出管1，螺纹接头2和3，以及在图中看不见的焊缝4和5所组成。

Claims (3)

1、石油和天然气工业所用的具有下列特性：
屈服极限 515至760N/mm2
抗拉强度 最小为660N/mm2
延伸率    最小为15.5%
硬度      最大为26洛氏硬度
缺口冲击韧性  按国际标准化组织标准(ISOV)在室温下最少为60焦耳单位。
持久强度按美国全国防蚀工程师学会试验手册NACE-TM-01-77在硫化氢饱和试验液中和≥80%的最小屈服极限值条件下应大于或等于720小时，且两端具有接头的薄壁输出管所构成的管道的制造方法，该接头以焊接的方法与管道两端相连，焊缝经过去除毛刺，热处理和最终的切削加工，其特征为输出管和接头系由含碳量为0.20%至0.60%，含锰量为0.5%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷不大于0.02%和含硫量不大于0.005%的钢材所制成，并在焊接和去毛刺后进行调质处理，调质处理按以下的温度规范进行：
加热温度在超过AC3点50至200度之间，
淬火从这一温度起至少比Ar1点低200度，
回火温度低于AC1点。
2、钻地用钻杆的相互可用螺纹联接起来的钻杆单元的制造方法，它由具有下列特性：
屈服极限 515至760N/mm2
抗拉强度 最小为660N/mm2
延伸率  最小为15.5%
硬度  最大为26洛氏硬度
缺口冲击韧性按国际标准化组织标准（ISOV）在室温下最少为60焦耳单位。
持久强度按美国全国防蚀工程师学会试验手册NACE-TM-01-77在硫化氢饱和试验液中和≥80%的最小屈服极限值条件下应大于或等于720小时，这样的输出管和接头组成，其中排出管通过加热后墩粗的末端和接头以焊接的方式联接，焊缝经过去毛刺、热处理和钻杆单元经过最终的切削加工，其特征为输出管和接头由含碳量为0.20%至0.60%，含锰量为0.5%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷不大于0.02%和含硫量不大于0.005%的钢材制成，并在焊接和去毛刺后进行调质处理，调质处理按以下的温度规范进行：
加热温度在超过AC3点50至200度之间，
淬火从这一温度起至少比Ar1点低200度，
回火温度低于AC1点。
3、按照权利要求1或2所述的方法，输出管和接头用钢具有下列特性：
屈服极限 655至760N/mm2
抗拉强度 最小为720N/mm2
延伸率  最小为15.5%
硬度  最大为26洛氏硬度
缺口冲击韧性按国际标准化组织标准（ISOV）在室温下最少为60焦耳单位。
持久强度  按美国全国防蚀工程师学会试验手册NACE-TM-01-77在硫化氢饱和试验液中和≥80%的最小屈服极限值条件下应大于或等于720小时，其特征为输出管和接头由含碳量0.40%至0.55%，含锰量0.8%至1.8%，有0.5%至3.5%的铬和钼，含磷不大于0.02%，含硫不大于0.005%的钢材制成，并在焊接和去毛刺后进行调质处理。
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