CN113737094A - 一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，主要步骤如下：合金结构钢光坯的制备、合金结构钢棒体的热处理和转换接头的内外形加工。按照本发明加工的高性能转换接头，使其力学性能优于国内外石油行业标准。当转换接头在井下承受拉压、弯曲、扭转载荷时，内、外台肩一样起到作用，增加了螺纹的受力截面积，不仅能提高接头螺纹连接强度和抗扭强度，而且能大大降低密封面发生刺漏的几率。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井领域，具体涉及一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺。
背景技术
钻柱作为一种快速钻井工具，其广泛应用于石油钻井领域中。钻柱一般包括方钻杆、钻杆、钻铤以及一些井下工具，这些石油钻具之间都需采用转换接头进行固定，所以转换接头性能的好坏将会直接影响钻井作业的效率。近年来，随着油田开发向深井、超深井及定向钻井发展，由于钻井作业工作环境越来越苛刻，对抗低温、抗扭转等方面提出更高的要求，而常规转换接头所采用的材料，并不是最为理想的材料，虽然目前通过对热处理工艺改进，部分转换接头的冲击韧性已经可以达到80J以上，但综合机械性能不高，可靠性不强。对深井、地质状况复杂，开采难度大的高投入井、出现故障处理成本高的海上油井，其失效率高、事故频发。因此，转换接头不仅要有一定的强度，还要有足够的韧性，从而提高疲劳性能，降低疲劳失效风险。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，能有效的提高转换接头的强度及韧性，提高使用寿命，降低事故率，延长钻柱的使用寿命，提高钻井效率。
为解决上述问题本发明采用如下技术方案：
一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，主要步骤如下：
S1.合金结构钢光坯的制备:将合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体；
S2.合金结构钢棒体的热处理:采用贯通式天然气热处理炉对所述步骤S1中得到的合金结构钢棒体先后进行淬火处理和回火处理最后自然冷却至室温；
S3.转换接头的内外形加工：根据生产需求对所述步骤S2热处理后的合金结构钢棒体进行内外形加工。
优选的，所述合金粉末混合物按照下列重量百分比配置：
碳0.38％～0.42％、硅0.13％～0.18％、锰0.90％～1.15％、钼0.21％～0.24％、铬0.90％～1.15％、磷0.003～0.015％、硫0.005～0.020％、铜0.10～0.13％、镍0.2～0.4％、氮0.01～0.015％、铁92～96％。
优选的，所述淬火处理的参数如下：采用7纵淬火，各纵淬火的温度范围均为850-870℃，淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ。
优选的，所述回火处理的参数如下：采用6纵回火，各纵回火的温度范围均为645-675℃，回火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ；回火处理后采用28～32℃水将工件冷却至100-210℃，最后自然冷却至室温。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
按照本发明加工的高性能转换接头，使其力学性能优于国内外石油行业标准。当转换接头在井下承受拉压、弯曲、扭转载荷时，内、外台肩一样起到作用，增加了螺纹的受力截面积，不仅能提高接头螺纹连接强度和抗扭强度，而且能大大降低密封面发生刺漏的几率。本发明的高性能转换接头有效延长了接头的使用寿命，减少钻井作业次数，尤其适应于超深井、大位移井等复杂井矿的各种钻具之间的转换应用。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，主要步骤如下：
S1.合金结构钢光坯的制备:将合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体；说具体点是将钢液浇注成700KG钢锭，再用奥地利1800吨精锻机锻造成φ300mm圆钢，之后剪定成9.7m合金结构钢棒体，空冷到室温，进行500℃退火处理；锻造比不小于4:1，横截面原材料酸浸低倍后无目视可见的残余缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、轴间晶间裂纹，合格级别符合表1的规定。
表1原材料酸浸低倍组织级别
S2.合金结构钢棒体的热处理:采用贯通式天然气热处理炉对所述步骤S1中得到的合金结构钢棒体先后进行淬火处理和回火处理最后自然冷却至室温；
生产的高性能转换接头的机械性能见表1，冲击功要求见表2。
表1机械性能
表2冲击功
| 实验温度(±3℃) | 纵向冲击功A<sub>KV</sub>(J) | 横向冲击功A<sub>KV</sub>(J) |
| 20℃ | 单个值≥80 | 单个值≥64 |
| -20℃ | 单个值≥65 | 单个值≥52 |
S3.转换接头的内外形加工：根据生产需求对所述步骤S2热处理后的合金结构钢棒体进行内外形加工。
所述合金粉末混合物按照下列重量百分比配置：
碳0.38％～0.42％、硅0.13％～0.18％、锰0.90％～1.15％、钼0.21％～0.24％、铬0.90％～1.15％、磷0.003～0.015％、硫0.005～0.020％、铜0.10～0.13％、镍0.2～0.4％、氮0.01～0.015％、铁92～96％。
所述淬火处理的参数如下：采用7纵淬火，各纵淬火的温度范围均为850-870℃，淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ。
所述回火处理的参数如下：采用6纵回火，各纵回火的温度范围均为645-675℃，回火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ；回火处理后采用28～32℃水将工件冷却至100-210℃，最后自然冷却至室温。
转换接头所用钢中各个组份含量的确定如下：
碳：本发明中的高抗疲劳转换接头用钢金相组织主要是：回火索氏体和极少量的残余奥氏体，组织中无未溶铁素体或上贝氏体存在，以免造成钢的力学性能下降，脆性增强。因此碳的含量应适宜，本发明中碳含量控制在0.38～0.42之间。
钼：有提高淬透性以及增强钢的塑性，同时提高回火稳定性，有利于回火索氏体形成，但含量过高会使材料的脱碳性提高，影响强度指标提升，同时钼价格昂贵，从对材料影响的性能及经济两方面衡量，本发明中钼含量控制在0.21％～0.24％。
锰：可促进奥氏体化，增加淬火马氏体含量，细化回火索氏体晶粒，同时锰可替代价格昂贵的钼的一部分作用。因此钢中加入锰的含量相对高些以降低钼含量。但锰含量过高易形成MnS析于晶界而产生微裂纹。故本发明中锰含量控制在0.90％～1.15％。
硅：硅元素加入钢中主要以铬配合发挥其抗氧化性，使马氏体转化时不产生脆性组织，但硅含量过高又会使碳石墨化倾向增大，造成塑性下降，因此本发明中硅含量控制在0.13％～0.18％。
镍：少量镍元素与本合金钢中铬配合组成奥氏体形成元素，增加淬火马氏体的形成率，同时提高回火时回火索氏体的转变率，但镍价格较高，从经济考虑，含量控制在≤0.40％。
铬：具有提高淬透性作用，在本合金钢中与硅、镍组合可起到提高抗氧化性组织出现以及增加奥氏体化倾向，有利于回火索氏体的形成，因此本发明中铬含量控制在0.90％～1.15％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，其特征在于，主要步骤如下：
S1.合金结构钢光坯的制备:将合金粉末混合物依次经过偏心炉底电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、钢包喂线、模铸、锻造工艺加工成所需尺寸的合金结构钢棒体；
S2.合金结构钢棒体的热处理:采用贯通式天然气热处理炉对所述步骤S1中得到的合金结构钢棒体先后进行淬火处理和回火处理最后自然冷却至室温；
S3.转换接头的内外形加工：根据生产需求对所述步骤S2热处理后的合金结构钢棒体进行内外形加工。
2.根据权利要求1所述的一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，其特征在于，所述合金粉末混合物按照下列重量百分比配置：
碳0.38％～0.42％、硅0.13％～0.18％、锰0.90％～1.15％、钼0.21％～0.24％、铬0.90％～1.15％、磷0.003～0.015％、硫0.005～0.020％、铜0.10～0.13％、镍0.2～0.4％、氮0.01～0.015％、铁92～96％。
3.根据权利要求1所述的一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，其特征在于，所述淬火处理的参数如下：采用7纵淬火，各纵淬火的温度范围均为850-870℃，淬火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ。
4.根据权利要求1所述的一种钻柱用高性能转换接头的加工工艺，其特征在于，所述回火处理的参数如下：采用6纵回火，各纵回火的温度范围均为645-675℃，回火过程采用旋转进给，旋转进给的进给速率6HZ-22HZ；回火处理后采用28～32℃水将工件冷却至100-210℃，最后自然冷却至室温。
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