CN104988407A - 石油钻井抗硫钻杆及其制备方法 - Google Patents

石油钻井抗硫钻杆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油钻井抗硫钻杆及其制备方法，涉及石油钻井设备技术领域。该钻杆管体的钢种成分为：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，余量为Fe，单位为质量百分比；该钻杆材质屈服强度达到730-780MPa，抗拉强度大于820MPa，断后延伸率大于16%，夏比V型缺口冲击功大于140J；通过NACE标准溶液下的720小时抗硫化氢应力腐蚀试验。本发明解决了已有技术中钻杆对硫化氢的应力腐蚀开裂敏感性高、容易造成钻杆应力腐蚀开裂、氢脆、断裂、失效等问题，能够降低钻杆对H2S应力腐蚀的敏感性，提高钻杆管体的强度、冲击韧性和耐蚀性，满足生产需求。

Description

石油钻井抗硫钻杆及其制备方法
技术领域
 本发明涉及石油钻井设备技术领域，尤其是一种石油钻井抗硫钻杆及其制备方法。 
背景技术
国内川渝地区油气资源普遍含有H2S，而高级钢制钻杆对硫化氢的应力腐蚀开裂非常敏感，硫化氢的存在很容易造成高钢级钻杆发生应力腐蚀开裂、氢脆等问题，造成钻杆管体断裂、失效等问题，给钻井工程造成极大的危害，甚至严重影响生产，因此需采用抗硫钻杆，尽管国内外抗硫钻杆已经生产和应用，但抗硫钻杆的抗硫化氢应力腐蚀性能及抗冲击性能仍存在缺陷，管体的材质和制造工艺仍有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种石油钻井抗硫钻杆及其制备方法，解决了已有技术中钻杆对硫化氢的应力腐蚀开裂敏感性高、容易造成钻杆应力腐蚀开裂、氢脆、断裂、失效等问题，本发明通过改善钻杆的材质，大大降低了钻杆对H2S应力腐蚀的敏感性，提高了钻杆管体的强度、冲击韧性和耐蚀性，能够满足生产需求。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种石油钻井抗硫钻杆及其制备方法，该钻杆管体的钢种成分为：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，余量为Fe，单位为质量百分比；该钻杆材质屈服强度达到730-780MPa，抗拉强度大于820MPa，断后延伸率大于16%，夏比V型缺口冲击功大于140J；通过NACE标准溶液下的720小时抗硫化氢应力腐蚀试验。
本发明主要包括如下步骤：
第一步，铸造无缝钢管管坯，使化学成分符合要求；
第二步：制成钻杆管体，将无缝钢管管坯的一端加热，然后通过机械式镦粗机将管端加厚，将无缝钢管的另一端按照同样方式加厚，机加工，制成钻杆管体；
第三步，淬火
第四步，回火，自然冷却至室温，达到所要求的性能。
进一步的，第二步，将无缝钢管管坯的一端400mm以内加热至1200-1300℃，然后通过机械式镦粗机采用二次成型方式将管端加厚，随后将无缝钢管的另一端按照同样方式加厚，机加工，制成钻杆管体；
第三步，淬火
将钻杆管体升温至880℃-920℃，保温80-110分钟后出炉，20秒钟内进入10℃-25℃的淬火液，淬火时间不少于35秒；
第四步，回火
将钻杆管体升温至680℃-720℃，保温110-140分钟，随后15秒钟内采用10℃-25℃的水进行冷却，冷却时间不少于15秒，随后自然冷却至室温。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该钻杆管体通过合理控制钢种元素含量，并增加了B、Nb元素，降低了材料对H2S应力腐蚀的敏感性，同时通过回火后的快冷处理，提高了钻杆管体热处理后机械性能的均匀性，使钻杆管体具有足够的强度和良好的冲击韧性，通过了NACE标准溶液下的720小时抗硫化氢应力腐蚀试验，能够满足含H2S井况的需求。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的说明。
本发明的钻杆管体的钢种的化学成分：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，余量为Fe，单位为质量百分比。
按照本发明对钻杆管体的化学成分进行配比，制成Φ101.6x9.65mm，长9000-9500mm的无缝钢管，按照如下步骤进行制造。其制造方法为：制成钻杆管体；随后对钻杆管体进行整体热处理，热处理工艺为淬火+回火快冷工艺。
具体的工艺和步骤如下：
第一步，铸造无缝钢管管坯，使化学成分符合要求；
第二步，将无缝钢管两端加厚制成钻杆管体；
将无缝钢管的一端400mm以内加热至1200-1300℃，加热方式采用1台中频炉、1台管端均热炉的方式，然后通过机械式镦粗机采用二次成型方式将管端加厚，一端加厚完成后将另一端按照同样方式加厚，制成钻杆管体；
第三步，进行整体淬火
将钻杆管体输送到升温至880℃-920℃的步进式淬火炉内，保温80-110分钟后出炉，20秒钟内进入10℃-25℃的淬火液，淬火时间不少于35秒；
第四步，进行回火
将钻杆管体输送到升温至680℃-720℃的步进式回火炉内，保温110-140分钟，随后15秒钟内采用10℃-25℃的水进行冷却，冷却时间不少于15秒，随后自然冷却至室温。钻杆管体采用回火后快冷处理，保持了热处理后管体机械性能均匀性，提高了管体冲击韧性，降低管体硬度。
在所述步骤二将无缝钢管两端加厚时，成型方式为采用机械式镦粗机，该二次成型方式工艺步骤为进行二次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。
在所述步骤四回火后，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。
下面是处理成抗硫钻杆管体的化学成分配比如表1，及按行业标准试验的机械性能进行对比如表2；
表1
成品钻杆管体常温下屈服强度
表2
对比表1和表2可以看出，本发明管体在常温下屈服强度可以达到730-780MPa之间，抗拉强度大于820MPa，断后延伸率大于16%，夏比V型缺口冲击功（20℃、7.5x10mm）大于140J。
采用上述组分和工艺制备的成品钻杆管体，在常温下屈服强度达到730-780MPa之间，抗拉强度大于820MPa，断后延伸率大于16%，夏比V型缺口冲击功（20℃、7.5x10mm）大于140J。
成品钻杆管体在上述机械性能下，能够通过NACE标准溶液下的720小时抗硫化氢应力腐蚀试验。
因此，采用上述组分和工艺制备的成品钻杆管体，提高了抗硫化氢应力腐蚀性能，提高了管体冲击韧性，降低了管体的硬度。

Claims (3)

1.一种石油钻井抗硫钻杆，其特征在于，该钻杆管体的钢种成分为：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，余量为Fe，单位为质量百分比；该钻杆材质屈服强度达到730-780MPa，抗拉强度大于820MPa，断后延伸率大于16%，夏比V型缺口冲击功大于140J；通过NACE标准溶液下的720小时抗硫化氢应力腐蚀试验。
2.根据权利要求1所述的石油钻井抗硫钻杆的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
第一步，铸造无缝钢管管坯，使化学成分符合要求；
第二步,制成钻杆管体：将无缝钢管管坯的一端加热，然后通过机械式镦粗机将管端加厚，将无缝钢管的另一端按照同样方式加厚，机加工，制成钻杆管体；
第三步，淬火
第四步，回火：自然冷却至室温，达到所要求的性能。
3.根据权利要求2所述的石油钻井抗硫钻杆的制备方法，其特征在于，
第二步，将无缝钢管管坯的一端400mm以内加热至1200-1300℃，然后通过机械式镦粗机采用二次成型方式将管端加厚，随后将无缝钢管的另一端按照同样方式加厚，机加工，制成钻杆管体；
第三步，淬火
将钻杆管体升温至880℃-920℃，保温80-110分钟后出炉，20秒钟内进入10℃-25℃的淬火液，淬火时间不少于35秒；
第四步，回火
将钻杆管体升温至680℃-720℃，保温110-140分钟，随后15秒钟内采用10℃-25℃的水进行冷却，冷却时间不少于15秒，随后自然冷却至室温。
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