CN103320697A - 一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 - Google Patents
一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103320697A CN103320697A CN2013102386666A CN201310238666A CN103320697A CN 103320697 A CN103320697 A CN 103320697A CN 2013102386666 A CN2013102386666 A CN 2013102386666A CN 201310238666 A CN201310238666 A CN 201310238666A CN 103320697 A CN103320697 A CN 103320697A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipe body
- drill pipe
- deep well
- drill rod
- operating mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明公开了一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法，属于合金和合金的热处理方式领域。本发明提供了钻杆管体的钢种成分，首先将含有此钢种成分的无缝钢管制成钻杆管体，两端部加厚后，通过一次淬火和二次回火的热处理工艺，调整并控制各种温度参数等制造此种钻杆管体。本发明通过合理控制钢种元素含量，减少了钢种Mo、Ni、V等贵金属的使用，降低了钻杆管体的制作成本；同时通过调整热处理工艺的各种参数，特别是二次回火工艺的运用，有效提高了钻杆管体的强度，同时也获得了比较高的冲击韧性；制作钻杆管体时两端加厚方式的应用保证了加厚端和管体的组织基本一致，为超深井作业和管道穿越作业提供了良好的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于合金和合金的热处理方式领域。
背景技术
根据美国石油协会《钻杆规范》（API 5DP-2009 第1版），钻杆分为E、X、G、S四种钢级。该标准规定了钻杆管体室温纵向全尺寸冲击韧性≥54J。该标准规定了钻杆为带有对焊接头的钻杆管体，钻杆管体为管体两端有加厚段的无缝钢管。本发明涉及到钻杆管体及其制造方法，属于石油钻杆领域。
随着新疆油田、深海区域的不断开发，深井、超深井的比例不断增大，这些均对钻杆的性能提出了更高的要求。随着国内输油输气管线的开发，穿越工程越来越多，对超高强度钻杆需求日渐增多。这两个市场对钻杆总的要求就是提高强度，保证冲击韧性不降低。
发明内容
本发明提供了一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法，本发明的目的是通过合理控制钢种元素含量和制造参数，相比较与现有钢种，减少了Mo、Ni、V等贵金属的使用（按照百分含量，减少20%-50%），调整了Cr元素含量，从而提高了钻杆管体的强度和冲击韧性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种应用于超深井工况的钻杆管体，该钻杆管体的钢种成分及含量为：C：0.22-0.28，Si：0.20-0.35，Mn：0.45-0.65，Cr：0.95-1.15，Mo：0.75-0.85，Ni：≤0.08，V：0.05-0.10，Cu：0-0.05，S：≤0.005，P：≤0.015，余量为Fe，单位为质量百分比。
所述钻杆管体的屈服强度达到1200-1300MPa，抗拉强度大于1250MPa，断后延伸率大于18%，20℃下的V型缺口冲击功大于80J，晶粒度小于等于9级。
一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，包括如下步骤：
第一步，制作钻杆管体
将按照权利要求1中的钢种成分制备的无缝钢管的两端部500mm以内加热至1200-1300℃，清除表面的氧化皮，然后采用三次成型方式将两管端加厚形成钻杆管体；
第二步，淬火
将上述第一步得到的钻杆管体升温至890℃-930℃，保温100-120分钟后出炉，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒；
第三步，回火
a）一次回火：将上述第二步得到的钻杆管体升温至550℃-580℃，保温90-120分钟后出炉，自然冷却至室温；
b）二次回火：将一次回火得到的钻杆管体继续升温至570℃-600℃，保温120-150分钟后出炉，自然冷却至室温，得到最终的钻杆管体。
上述第一步中采用高压水除鳞技术清除无缝钢管表面的氧化皮。
上述第一步中采用机械式镦粗机将无缝钢管两端加厚。
所述第一步中三次成型方式的具体工艺步骤为：首先进行一次成型，然后进行连续的二三次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。
采用上述技术方案取得的技术进步为：本发明通过合理控制钢种元素含量，减少了钢种Mo、Ni、V等贵金属的使用，降低了钻杆管体的炼钢成本；同时通过调整热处理工艺的各种参数，特别是二次回火工艺的加入，两次回火工艺相配合，有效提高了钻杆管体的强度，同时也获得了比较高的冲击韧性；制作钻杆管体时两端加厚方式的应用保证了加厚端和管体的组织基本一致，为超深井作业和管道穿越作业提供了良好的解决方案。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
按照本发明对钻杆管体的化学成分配比，钢种成分及含量为：C：0.22-0.28，Si：0.20-0.35，Mn：0.45-0.65，Cr：0.95-1.15，Mo：0.75-0.85，Ni：≤0.08，V：0.05-0.10，Cu：0-0.05，S：≤0.005，P：≤0.015，余量为Fe，单位为质量百分比。
将上述成分的钢种经冶炼、轧制后，制成Φ168.3x10.92mm，长9200-9500mm的无缝钢管，再按照如下步骤进行制造：
第一步，制作钻杆管体
将无缝钢管的两端部500mm以内的部分采用2台中频炉、1台管端均热炉的加热方式加热至1200-1300℃，加热完成后采用高压水除鳞技术清除无缝钢管表面的氧化皮，然后通过机械式镦粗机采用三次成型方式将管端加厚制成钻杆管体。具体操作时，两端部分开进行，一端完成后再进行另一端。
第二步，整体淬火
将上述第一步得到的钻杆管体在步进式淬火炉内升温至890℃-930℃，保温100-120分钟后出炉，15秒钟内在内喷外淋淬火机上淬火，采用的淬火液温度在10℃-30℃之间，淬火时间不少于30秒，淬火后管体温度不高于200℃。
第三步，回火
a）一次回火：将上述第二步得到的钻杆管体输送到升温至550℃-580℃的步进式回火炉内，保温90-120分钟，再将钻杆管体出炉，自然冷却至室温；
b）二次回火：将一次回火得到的钻杆管体送至回火炉中，回火炉温度为570℃-600℃，保温120-150分钟后出炉，自然冷却至室温，得到最终的钻杆管体。
在上述第一步中将无缝钢管两端加厚时，成型方式为采用机械式镦粗机，该三次成型方式工艺步骤：首先进行一次成型，然后进行连续的二三次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。连续的二三次成型的意思是第二次成型和第三次成型之间间隔很短，可以认为是比较连续的工艺。采用该加厚方式，可以保证淬火时管端和管体在相同喷淋量的情况下获得一致的淬火组织。
在上述第三步回火后，所述钻杆管体的组织为回火索氏体和铁素体组成，并且回火索氏体含量在95%以上。
采用上述组分和工艺生产出的钻杆管体的屈服强度达到1200-1300MPa，抗拉强度大于1250MPa，断后延伸率大于18%，V型缺口冲击功（20℃、10x10mm）大于80J，晶粒度小于等于9级。
下面就其它材料和本发明的钻杆管体处理成高强度（屈服强度1200-1300MPa）的机械性能进行对比，其化学成分配比如表1所示，机械性能如表2所示。
表1
表2
由表1中的数据可以看出，实施例1与对比例1相比，化学成分中Cr、Mo、Ni、V等4种元素配比有本质差别，但在范围上没有重合区域。实施例1通过Cr、Mo元素的一升一降来调整管体的淬透性；Ni元素能够细化晶粒，但经过试验发现在本发明中Ni小于0.08%时所起到的效果更加明显；本发明还大幅度的降低了V元素的含量（从0.19降到0.06），并对回火稳定性进行了调整，降低了回火温度。通过经对无缝钢管厂询价得知，与对比例1相对，实施例1的售价降低约2%-5%。由表2中机械性能的比较中可以得出，实施例1与对比例1相比，在屈服强度、抗拉强度和伸长率上变化比明显，但是平均冲击功却大幅度提高了，提高程度为13%。因此，实施例1与对比例1相比，在成本节约的同时还大大提高了平均冲击功，这些都是由钢种组分和生产工艺带来的有益效果。
由表1中实施例1和实施例2相比较可知，实施例2在Cr、Mo、Ni、V等4种上与实施例1由些微差别，但是实施例1在屈服强度和抗拉强度上就比实施例2要差一些，但是平均冲击功就要强很多，这也说明这四种元素对于钻杆管体机械性能的影响很大。
实施例1和实施例2与对比例2相比，化学成分中Mn、Mo、V等3种元素配比有本质差别，而且Ni元素为有意加入。在降低Mn元素的同时，其他元素进行了调整，大幅度改变钢种的性能。
和对比例2相比，实施例1、2在抗拉强度增加的同时，伸长率、平均冲击功均增加100%左右，重点也在于对比例2不符合《钻杆规范》中冲击功大于等于54J的标准规定。
和对比例1、2相比较，同时和其他钻杆管体的热处理工艺相比较，本发明的热处理工艺具有独创性，一次淬火+二次回火的工艺方式、各项温度参数的发明均为独立完成，也和其他厂家完全不同。钻杆管体使用的钢种为低合金钢，完全可以通过调质热处理来提高管体的机械性能。
本发明通过合理控制钢种元素含量和制造参数，减少了钢种Mo、Ni、V等贵金属的使用，降低了钻杆管体的成本，同时有效提高了钻杆管体的强度，也获得了较高的冲击韧性，钻杆管体加入了二次回火的工艺来稳定机械性能，降低管体硬度；加厚方式的应用保证了加厚端和管体的组织基本一致，为超深井作业和管道穿越作业提供了良好的解决方案。利用本发明制造的钻杆管体可以应用于超深井工况钻井，也可以应用于管道穿越作业中。
Claims (7)
1.一种应用于超深井工况的钻杆管体，其特征在于该钻杆管体的钢种成分及含量为：C：0.22-0.28，Si：0.20-0.35，Mn：0.45-0.65，Cr：0.95-1.15，Mo：0.75-0.85，Ni：≤0.08，V：0.05-0.10，Cu：0-0.05，S：≤0.005，P：≤0.015，余量为Fe，单位为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体，其特征在于所述钻杆管体的屈服强度达到1200-1300MPa，抗拉强度大于1250MPa，断后延伸率大于18%，20℃下的V型缺口冲击功大于80J，晶粒度小于等于9级。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步，制作钻杆管体
将按照权利要求1中的钢种成分制备的无缝钢管的两端部500mm以内加热至1200-1300℃，清除表面的氧化皮，然后采用三次成型方式将两管端加厚形成钻杆管体；
第二步，淬火
将上述第一步得到的钻杆管体升温至890℃-930℃，保温100-120分钟后出炉，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒；
第三步，回火
a）一次回火：将上述第二步得到的钻杆管体升温至550℃-580℃，保温90-120分钟后出炉，自然冷却至室温；
b）二次回火：将一次回火得到的钻杆管体继续升温至570℃-600℃，保温120-150分钟后出炉，自然冷却至室温，得到最终的钻杆管体。
4.根据权利要求3所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，其特征在于上述第一步中采用高压水除鳞技术清除无缝钢管表面的氧化皮。
5.根据权利要求3所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，其特征在于上述第一步中采用机械式镦粗机将无缝钢管两端加厚。
6.根据权利要求3所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，其特征在于所述第一步中三次成型方式的具体工艺步骤为：首先进行一次成型，然后进行连续的二三次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。
7.根据权利要求5所述的一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，其特征在于所述第一步中三次成型方式的具体工艺步骤为：首先进行一次成型，然后进行连续的二三次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310238666.6A CN103320697B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310238666.6A CN103320697B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103320697A true CN103320697A (zh) | 2013-09-25 |
| CN103320697B CN103320697B (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=49189733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310238666.6A Active CN103320697B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103320697B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103898304A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-02 | 江苏和信石油机械有限公司 | 新型探矿钻杆管体的热处理工艺 |
| CN104561500A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 湖州市千金宝云机械铸件有限公司 | 一种矿山钻头热处理方法 |
| CN105803162A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-07-27 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种165钢级钻杆焊缝热处理方法 |
| CN107151761A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-09-12 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种高韧性石油钻杆及其制造方法 |
| CN107151758A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-09-12 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 |
| WO2022142760A1 (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 天津钢管制造有限公司 | 提高深海用钢悬链立管的管端尺寸精度的方法 |
| CN114921719A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-19 | 山东威玛装备科技股份有限公司 | 含硫油气田使用的高强度钻杆 |
| CN115094306A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-23 | 河钢股份有限公司 | 屈服强度960MPa级海洋工程用钢板及生产方法 |
| CN115449604A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-12-09 | 无锡双马钻探工具有限公司 | 非开挖整体钻杆加工工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1690241A (zh) * | 2004-04-28 | 2005-11-02 | 宝山钢铁股份有限公司 | 高强度石油钻杆及其制造方法 |
| CN101613829A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-30 | 天津钢管集团股份有限公司 | 150ksi钢级高强韧油气井井下作业用钢管及其生产方法 |
| CN101781702A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-07-21 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 钻杆管体的热处理工艺 |
-
2013
- 2013-06-17 CN CN201310238666.6A patent/CN103320697B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1690241A (zh) * | 2004-04-28 | 2005-11-02 | 宝山钢铁股份有限公司 | 高强度石油钻杆及其制造方法 |
| CN101613829A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-30 | 天津钢管集团股份有限公司 | 150ksi钢级高强韧油气井井下作业用钢管及其生产方法 |
| CN101781702A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-07-21 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 钻杆管体的热处理工艺 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104561500A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 湖州市千金宝云机械铸件有限公司 | 一种矿山钻头热处理方法 |
| CN103898304A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-02 | 江苏和信石油机械有限公司 | 新型探矿钻杆管体的热处理工艺 |
| CN103898304B (zh) * | 2014-03-25 | 2016-08-17 | 江苏和信石油机械有限公司 | 探矿钻杆管体的热处理工艺 |
| CN105803162A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-07-27 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种165钢级钻杆焊缝热处理方法 |
| CN107151761A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-09-12 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 一种高韧性石油钻杆及其制造方法 |
| CN107151758A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-09-12 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 |
| CN107151758B (zh) * | 2016-10-28 | 2019-05-10 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 |
| WO2022142760A1 (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 天津钢管制造有限公司 | 提高深海用钢悬链立管的管端尺寸精度的方法 |
| CN114921719A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-19 | 山东威玛装备科技股份有限公司 | 含硫油气田使用的高强度钻杆 |
| CN115094306A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-23 | 河钢股份有限公司 | 屈服强度960MPa级海洋工程用钢板及生产方法 |
| CN115449604A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-12-09 | 无锡双马钻探工具有限公司 | 非开挖整体钻杆加工工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103320697B (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103320697B (zh) | 一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法 | |
| CN104532149B (zh) | 一种高强韧、抗硫化氢应力腐蚀钻具用圆钢及其制造方法 | |
| JP6574307B2 (ja) | 高強靭性継目無鋼管及びその製造方法 | |
| CN100507061C (zh) | 高抗挤毁和抗硫化氢腐蚀低合金石油套管及其生产方法 | |
| CN101613828B (zh) | 屈服强度460MPa级低屈强比建筑用特厚钢板及制造方法 | |
| CN100453685C (zh) | 高Cr系不锈钢无缝油井管及其生产方法 | |
| CN105002445B (zh) | 一种用于制造车载高压气瓶的4130x无缝钢管及其制备方法 | |
| CN104988435B (zh) | 一种低碳高韧性特厚钢板及其制造方法 | |
| CN102560284B (zh) | 高强度高韧性x100管线钢热轧钢带及其制造方法 | |
| CN102747290B (zh) | 一种经济型耐磨钢管及其制造方法 | |
| CN103255345B (zh) | 一种80ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀石油套管及其制造方法 | |
| CN102251189B (zh) | 105ksi钢级耐硫化物应力腐蚀钻杆料的制造方法 | |
| CN103789685A (zh) | 一种高强度、高韧性石油钻杆及其生产方法 | |
| CN106636943B (zh) | 延伸率a50.8≥48％的薄规格高强管线钢及其生产方法 | |
| CN105039843A (zh) | 英标b500b带肋螺纹钢筋及其生产方法 | |
| CN104057253A (zh) | 页岩气用高强度油层套管及其制造方法 | |
| CN103643143A (zh) | 一种600MPa级绿色热处理高强度钢筋及其加工方法 | |
| CN102212760A (zh) | 一种高韧性超高强度钢 | |
| CN101871081B (zh) | 一种低钢级连续油管用钢及其制造方法 | |
| CN105296876A (zh) | 一种含镍铜的高强紧固件用钢及其热处理方法 | |
| CN103589963B (zh) | 一种n80级石油套管用热连轧钢带及其生产方法 | |
| CN103147016B (zh) | 一种-110℃低温容器钢及其制造方法 | |
| CN105525222A (zh) | 一种高效节能冷镦用钢热轧盘条及其生产方法 | |
| CN104762558A (zh) | 一种高强度抗冲击型货架梁用钢及其焊接工艺 | |
| CN110656287B (zh) | 一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180831 Address after: 83rd Second Avenue, Binhai New Area Development Zone, Tianjin City, 300457 days Co-patentee after: Bohai Nengke Drill Pipe Co., Ltd. Patentee after: CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd. Address before: 300457 3 building, Tianjin TEDA outsourcing service Industrial Park, 19 West Road, Tanggu, Tianjin. Co-patentee before: HG (Hebei) Petroleum Special Tube Co., Ltd. Patentee before: CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200925 Address after: 100007 Beijing, Dongzhimen, North Street, No. 9, No. Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Patentee after: CNPC Bohai Petroleum Equipment Manufacturing Co.,Ltd. Patentee after: BOHAI NKK DRILLING PIPE Co.,Ltd. Address before: 300457 No. second, 83 Avenue, Tianjin Binhai New Area Development Zone Patentee before: CNPC Bohai Petroleum Equipment Manufacturing Co.,Ltd. Patentee before: BOHAI NKK DRILLING PIPE Co.,Ltd. |