CN100422374C - 防硫钻杆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
防硫钻杆及其制造方法，属于石油钻杆技术领域。用于该钻杆的钢种成分为：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015，其余成分为Fe，单位为质量百分比。其制造方法为：将上述成分的钢管加热至1000-1200℃后，两端墩粗，制成钻杆本体；然后对钻杆本体整体热处理，热处理工艺为淬火+高温回火工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温时间不少于20分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不少于60分钟，淬火后，经该方法制造的钻杆，其抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，可以满足酸性油气田开采的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻杆及其制造方法，特别是一种具有较高抗硫化氢应力腐蚀性能的钻杆及其制造方法，属于石油钻杆技术领域。
背景技术
普通的石油钻杆是按照API标准生产的，其生产的主要工艺过程是：将热轧无缝钢管两端按所需尺寸加厚，然后进行整体调质热处理，制成钻杆管体。同时在工具接头上加工内、外螺纹，然后将工具接头放在淬火炉中进行热处理。将钻杆管体与热处理后的工具接头经摩擦对焊连接，再对焊缝进行热处理，最后制成石油钻杆。
长期以来，API钻杆获得了广泛地应用，但随着酸性油气田的大量开发，在这种工况下API钻杆具有明显的缺陷。在酸性油气田中，硫化氢是重要的腐蚀介质。H2S会导致金属材料(石油钻杆的材料)发生突发性的硫化物应力腐蚀开裂(SSC)，从而大大缩短石油钻杆的使用寿命。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN1715438A，公开日为2006年1月4日，发明专利名称为：抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢。该专利自述为：一种石油钻杆用钢，特别是一种含有湿润抗二氧化碳、氯离子、硫酸盐等复合腐蚀环境条件下的抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢。解决了现有钻杆用钢耐CO2、Cl-腐蚀性能不好的缺陷。抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：C：0.20-0.40，Si：0.10-1.0，Mn：0.10-1.5，Cr：1.0-4.0，Mo：0.10-1.0，Al：0.01-0.10，Cu：0.05-1.0，Ni：0.05-1.0，V：0.01-0.1，其余为Fe和不可避免的杂质组成。必要时加入0.01-0.05的Nb和0.01-0.10的W元素，杂质元素是总量低于0.05％。主要用作含有湿润二氧化碳、氯离子、硫酸盐等复合腐蚀环境条件下的石油钻杆用钢。
该专利同时考虑了抗二氧化碳和氯离子两种性质不同的腐蚀介质，因此钢种成分设计加入对抗氯离子有利的Cr元素，和对抗二氧化碳有利的Cu、Ni、Al等微量元素。但由于钢种中Si、Mn等有害元素的含量偏高，同时对S、P等有害元素没有严格控制，使得该钢种抗硫化氢应力腐蚀性能并不理想。
另外，现有钻杆采用的都是摩擦焊接头，这种情况下，即使钻杆管体本身的抗硫化氢应力腐蚀性能得到提高，但是在接头与管体焊接的部位，抗腐蚀性能很差，这也损害了整个钻杆的整体抗腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高抗硫化氢应力腐蚀能力的防硫钻杆及其制造方法，以满足酸性油气田的开采需要。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
1)改善套管钢种的化学成分，使所述套管钢种的化学成分除Fe外，其它成分为：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015。单位为质量百分比。
上述化学成分中，C是保证钻杆强度和淬透性所必须的，含C量太低，则强度和淬透性不够，太高则韧性变差。对于钢级从X95到S135的钻杆，C含量在0.25-0.38范围内，可以满足强度和韧性的要求。
Ni、Mn、Si、S、P等元素对材料的抗硫化氢腐蚀性能是不利的，属于有害元素，在设计时要限制其含量，尤其是S、P含量要严格控制。
对防止H2S腐蚀有益的元素有Cr、Mo、Ti、B等，加入适量的Cr、Mo元素能起到细化晶粒的作用，Mo元素在调质或正火钢的热处理中能生成碳化物，易于除掉固溶碳，还能防止有害元素Si、P的晶间偏析，元素Ti可以提高钢材的相变点温度，提高钢的淬透性，易于形成晶粒细化的回火索氏体组织。
2)除了对化学成分严格控制以外，同时需要对钻杆的热处理工艺进行严格规定，必须满足以下要求：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温时间不少于20分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不少于40分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。高温回火后，形成细小、均匀的回火索氏体组织，晶粒度8级或者更细小。
3)接头采用非焊接式的整体接头，消除焊缝处对抗腐蚀性能的不利影响。
本发明的优点是：1)抗硫化氢应力腐蚀的性能好。与现有技术相比，该技术采用了新的钢种成分设计，同时采用了更合理的热处理工艺，因而具有更好的抗硫化氢腐蚀性能；2)克服了焊缝处抗腐蚀性能薄弱的缺陷，使包括接头在内的整个钻杆都具有良好的抗硫化氢腐蚀性能，可以用来制造X95-S125的各种钻杆。
具体实施方式
实施例一
X95钢级的Φ73.03×9.19mm WSP-SS95防硫钻杆。该钻杆的化学成分(质量百分比)为：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010；P：＜0.015。该钻杆的热处理工艺为：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于40分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。该钻杆的接头采用直接加工在钻杆上的API钻杆螺纹。生产出的这种钻杆各项性能指标满足API 5D的性能要求，按NACE TM-01标准检验，施加80％内屈服应力，720H无开裂。
实施例二
G105钢级的Φ101.6×8.38mmWSP-SS105防硫钻杆。该钻杆的化学成分(质量百分比)为：C：0.25-0.35，Cr：1.20-2.50，M：0.15-0.65，V：0.04-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.20，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015。该钻杆的热处理工艺为：采用淬火+高温回火的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温40分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不低于100分钟。淬火后，钢管全截面可获得98％以上马氏体组织。该钻杆的接头采用直接加工在钻杆上的API钻杆螺纹。生产出的这种钻杆各项性能指标满足API 5D的性能要求，按NACE TM-01标准检验，施加80％内屈服应力，720H无开裂。
利用本方法制造的防硫钻杆，其抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，也高于目前的防腐蚀钻杆。该钻杆成品按照NACE TM-01标准检验，施加规定的应力值，浸泡在饱和的硫化氢盐溶液中，至少720小时无开裂。
Claims (3)
1. 一种防硫钻杆，其特征在于，用于该钻杆的钢种成分为：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0.04-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015，其余成分为Fe，单位为质量百分比；对钻杆本体整体热处理，热处理工艺为淬火+高温回火工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温时间不少于20分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不少于60分钟；淬火后，钢管全截面获得98％以上的马氏体组织；高温回火后，形成细小、均匀的回火索氏体组织，晶粒度8级或者更细小。
2. 一种防硫钻杆的制造方法，其特征在于，将钢管加热至1000-1200℃后，两端墩粗，制成钻杆本体；然后对钻杆本体整体热处理，热处理工艺为淬火+高温回火工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温时间不少于20分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不少于60分钟；淬火后，钢管全截面获得98％以上的马氏体组织；高温回火后，形成细小、均匀的回火索氏体组织，晶粒度8级或者更细小；所述钢管的成分为：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0.04-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015，其余成分为Fe，单位为质量百分比。
3. 如权利要求2所述防硫钻杆的制造方法，其特征在于，经过上述热处理工艺后，在钻杆两端的墩粗部位，直接加工螺纹，其中一端加工有外螺纹，另一端加工有内螺纹。
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| 37CrMnMo4H1钻杆接头用钢的研制. 张备，李青.钢铁，第38卷第11期. 2003 |
| 37CrMnMo4H1钻杆接头用钢的研制. 张备，李青.钢铁，第38卷第11期. 2003 * |
| 国内外高强度钻杆的技术质量评述. 张毅等.钢管，第29卷第5期. 2000 |
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| 石油钻杆接头螺纹的数控修复加工方法. 张耀辉等.中国机械工程，第10卷第6期. 1999 |
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| 石油钻杆管端加厚工艺过程设计与试验. 裴志强等.钢管，第31卷第4期. 2002 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2489754A3 (en) * | 2011-02-18 | 2013-01-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Hollow drilling steel rod and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1837395A (zh) | 2006-09-27 |
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