CN101109271A

CN101109271A - 低温结构钢在石油钻机井架设计制造中的应用

Info

Publication number: CN101109271A
Application number: CNA2007100384336A
Authority: CN
Inventors: 张学瑜; 张勇; 赵旭平
Original assignee: RG Petro Machinery Group Co Ltd
Current assignee: RG Petro Machinery Group Co Ltd
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-01-23

Abstract

本发明涉及石油钻机井架制造技术，特别涉及一种低温结构钢在石油钻机井架设计制造中的应用。本发明井架的四根立柱、背面横撑及斜撑、两侧面的横撑及斜撑、天车底座均应用低温结构钢，井架焊接采用H10Mn2牌号埋弧焊丝进行埋弧焊接。本发明应用低温结构钢作为石油钻机井架的原材料进行焊接制造，焊接材料和焊接参数的选择达到了与母材的强度匹配和韧性匹配，使本井架成为可满足在－45℃环境温度下服役的低温钻机井架，解决了由于常规采用普通碳素钢作为井架原材料在低温环境特别是在－30℃以下，井架出现的脆性断裂等问题。

Description

低温结构钢在石油钻机井架设计制造中的应用

技术领域

本发明涉及石油钻机井架制造技术，特别涉及一种低温结构钢在石油钻机井架设计制造中的应用。

背景技术

石油钻机井架是石油钻机的重要部分，主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩等起升设备与工具，安放和悬挂立管、水龙头、水龙带等泥浆循环设备与工具，承受起下钻、下套管、打捞及其他作业所产生的载荷，提供起下钻与存放立根操作的高度与空间，处理井下事故等钻井作业。石油钻机井架一般是横截面为正方形或矩形的空间框架结构，前面敞开，主要由位于四角的四根立柱、背面和两侧面的横撑、斜撑焊接而成。已知技术中，石油钻机井架普遍采用一般碳素结构钢制造，该类钢只适合使用于常温条件的环境温度，而不能适合于低温环境，低温环境对该类钢的抗脆断能力影响很大，特别是在-30℃以下，易造成钢材的机械性能发生改变，使井架出现脆性断裂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温结构钢在石油钻机井架设计制造中的应用，应用低温结构钢的该石油钻机井架最低应用环境温度可达-45℃。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种低温结构钢在石油钻机井架制造中的应用，该石油钻机井架为横截面为正方形或矩形的空间框架结构，由位于四角的四根立柱、背面和两侧面的横撑、斜撑焊接而成，所述石油钻机井架的四根立柱、背面和两侧面的横撑、斜撑均应用低温结构钢，所述石油钻机井架的天车底座应用低温结构钢。

所述低温结构钢为Q345E。

所述应用低温结构钢的石油钻机井架的焊接工艺为：采用埋弧焊接，采用H10Mn2牌号埋弧焊丝，焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12％，Mn1.5～1.9％，Si≤0.07％，S≤0.035％，P≤0.035％，Ni≤0.30％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％；焊剂：SJ101。焊接工艺参数是：焊丝直径：φ4mm，电流(A)：550～650，电弧电压(V)：34～38，焊接速度(mm/min)：400～500，极性：直流反接。

本发明应用低温结构钢作为石油钻机井架的原材料进行焊接制造，焊接材料和焊接参数的选择达到了与母材的强度匹配和韧性匹配，使本井架成为可满足在-45℃环境温度下服役的低温钻机井架，解决了常规采用普通碳素钢作为井架原材料在低温环境特别是在-30℃以下由于钢材的机械性能改变，造成的井架出现脆性断裂等问题。

附图说明

图1是石油钻机井架结构简图。

图2是图1的侧视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述。

图1、图2所示为石油钻机井架结构简图，在井架设计制造时，井架的四根立柱1、背面横撑2、背面斜撑3、两侧面的横撑4、两侧面的斜撑5、天车底座6均应用低温结构钢Q345E，本井架还包括人字架7，人字架7也应用低温结构钢Q345E焊接。

井架焊接工艺为：采用埋弧焊接，采用H10Mn2牌号埋弧焊丝，焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12％，Mn1.5～1.9％，Si≤0.07％，S≤0.035％，P≤0.035％，Ni≤0.30％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％，焊剂：SJ101；焊接工艺参数是：焊丝直径：φ4mm，电流(A)：550～650，电弧电压(V)：34～38，焊接速度(mm/min)：400～500，极性：直流反接。

Q345E低温结构钢的性能介绍：

其型材采用电炉和炉外精练、热轧拉拔成型等特殊制造工艺，在相同静态载荷下，可保证有出色的动态载荷特性和高可焊性。

主要化学成分：C≤0.134％，Si≤0.24％，Mn≤1.33％，P≤0.017％，S≤0.014％；

机械性能：屈服强度σs≥450N/mm²，抗拉强度σb≥470～630N/mm²，延伸率δ₅≥17％，冲击功AKv(-50℃)≥27J。

制造和热处理工艺：热轧拉拔成型，正火处理。

高可焊性：低温结构钢具有良好的焊接性能，适合于各种焊接手段和工艺。

H10Mn2牌号埋弧焊丝机械性能如下：

机械性能：屈服强度σs≥330N/mm²，抗拉强度σb：415～550N/mm²，延伸率δ≥22％，冲击功AKv(-40℃)≥27J。

通过上述对母材Q345E低温结构钢和焊接材料H10Mn2牌号埋弧焊丝的化学成份、机械性能及其他性能的描述可知，本发明焊接材料的选择达到了与母材的强度匹配和韧性匹配，按此焊接材料和焊接参数施焊，可保证井架焊接质量要求。

本发明实施例力学性能试验记录见表1

表1

机械性能试验
机械性能试验										试样号	拉伸试验			弯曲试验	断面收缩率	冲击试验(Akv)J
σs(MPa)	σb(MPa)	δ5(％)	侧弯(d＝4a)	φ(％)	试样尺寸(mm)	试验温度(℃)	焊缝中心	热影响区			拉伸试验			弯曲试验	断面收缩率	冲击试验(Akv)J
σs(MPa)	σb(MPa)	δ5(％)	侧弯(d＝4a)	φ(％)	试样尺寸(mm)	试验温度(℃)	焊缝中心	热影响区	06-04			580		180°		10×10×55	-45℃	54.0	36.0
	590		180°		64.0	28.0						580		180°				54.0	36.0
	590		180°		64.0	28.0							34.0	30.0
					46.0	32.0							34.0	30.0
					46.0	32.0							66.0	28.0
结果	合格												66.0	28.0

从表1看出，试样的屈服强度σb超过母材Q345E低温结构钢的相应值，弯曲试验合格，-45℃冲击试验结果也远远超过美国钢结构焊接规范AWSD1.1-2000规定的27J。

经焊缝外观检测和超声波探伤，焊缝外观质量和内部质量完全达到美国钢结构焊接规范AWS D1.1-2000标准的合格要求。

Claims

1.一种低温结构钢在石油钻机井架制造中的应用，该石油钻机井架为横截面为正方形或矩形的空间框架结构，由位于四角的四根立柱、背面和两侧面的横撑、斜撑焊接而成，其特征在于：所述石油钻机井架的四根立柱、背面和两侧面的横撑、斜撑均应用低温结构钢，所述石油钻机井架的天车底座应用低温结构钢。

2.如权利要求1所述低温结构钢在石油钻机井架制造中的应用，其特征在于：所述低温结构钢为Q345E。

3.如权利要求1或2所述低温结构钢在石油钻机井架制造中的应用，其特征在于：所述应用低温结构钢的石油钻机井架的焊接工艺为：采用埋弧焊接，采用H10Mn2牌号埋弧焊丝，焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12％，Mn1.5～1.9％，Si≤0.07％，S≤0.035％，P≤0.035％， Ni≤0.30％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％；焊剂：SJ101。焊接工艺参数是：焊丝直径：φ4mm，电流(A)：550～650，电弧电压(V)：34～38，焊接速度(mm/min)：400～500，极性：直流反接。