CN101988147A - 高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法 - Google Patents

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袁鹏斌
黄仲婴
乔晓堂
陶廷记
曹晶晶
程大
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Abstract

本发明公开了一种高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法，成份一致的管体和接头分别经整体调质热处理后采用摩擦焊接连成一体，对焊区中频感应加热至300℃～600℃后去应力退火，车削飞边毛刺并焊后热处理；焊区中频感应加热至780℃～900℃，保温3～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋淬火；焊区中频感应加热至690℃～750℃，保温5～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋冷却；焊区中频感应加热至600℃～700℃，保温5～30分钟后，空冷至室温。经上述处理的钻杆提高了焊区的抗开裂能力，焊区具有合适的强度、韧性、硬度较低并分布均匀，避免了钻杆由硫化物应力腐蚀开裂所引起的损失。

Description

高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法
技术领域
本发明涉及钻杆焊区的处理方法，尤其涉及一种高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法。
背景技术
随着石油开采条件的愈加苛刻，酸性油气田也成为近些年来的热点，酸性油气田中的硫化氢常常会导致按照API标准生产的钻杆发生硫化物应力腐蚀开裂，常常会突然发生脆性断裂，造成巨大经济损失。为此，可用于含硫化氢环境下使用的钻杆除满足API标准常规性能的要求外，还需具有优异的抗硫化物应力腐蚀开裂性能，这类钻杆称为抗硫钻杆。
目前国内外还没有对抗硫钻杆统一的标准，而各个厂家所生产的抗硫钻杆性能水平也不太一致。当前国际上通常用作抗硫钻杆规范都是基于加拿大钻井承包商协会等组织联合制定的工业推荐做法(Industry Recommend Practice，IRP)作为基本要求，该规范对抗硫钻杆的接头和管体都做了相应的要求，如化学成分、金相组织、强度、韧性、硬度及抗硫化物应力腐蚀开裂性能，其中抗硫钻杆的接头设计屈服强度规定为105Ksi，其中Ksi为强度单位，1Ksi＝6.89MPa。管体的设计屈服强度分为75KSi，95Ksi和105Ksi等钢级，对抗硫化物应力腐蚀开裂性能要求管体和接头的试验应力阀值分别为设计屈服强度的85％及65％。
由于钻杆管体与接头焊区组织复杂，硬度不均，国际上一直未有对于抗硫钻杆焊区的要求，而实际上，由于抗硫钻杆焊区经过惯性摩擦焊后在焊接熔合线附件相处不同的组织，同时晶粒度发生变化形成粗晶区，细晶区等分布区，形成一定的焊接流线及成分偏析，即使经过常规的焊后调质热处理仍使强度及硬度较高，关键是硬度分布不均匀。这些都会造成焊区的抗硫化物应力腐蚀性能的下降，成为抗硫钻杆整体中的薄弱环节，是抗硫钻杆的主要失效区域。因此，为提高抗硫钻杆的整体水平，有必要提高抗硫钻杆焊区的抗硫化物应力腐蚀性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法，本方法提高了管体与接头焊区的抗硫化物应力腐蚀开裂能力，使焊区具有合适的强度、韧性，特别是硬度较低并分布均匀，保证了钻杆抗硫性能，避免了钻杆由硫化物应力腐蚀开裂所引起的损失。
为解决上述技术问题，本发明高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法包括成份一致的管体和接头，所述管体与接头分别进行整体调质热处理后采用惯性摩擦焊接连成一体，本方法包括如下步骤：
步骤一、对所述管体与接头的焊区中频感应加热至300℃～600℃后进行去应力退火，然后车削摩擦焊接过程中产生的飞边毛刺，随后加热进行焊后热处理；
步骤二、将去应力退火后的抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到780℃～900℃，保温3～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋淬火；
步骤三、将抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到690℃～750℃，保温5～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋冷却；
步骤四、将抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到600℃～700℃，保温5～30分钟后，空冷至室温。
为取得良好的处理效果，上述步骤二和步骤三的中频感应加热的感应线圈的加热宽度一致，上述步骤四的中频感应加热的感应线圈的加热宽度大于所述步骤二和步骤三中加热宽度10-30毫米。
由于本发明高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法采用了上述技术方案，即首先对钻杆焊区感应加热后去应力退火，车削飞边毛刺后热处理，再将钻杆焊区升温并保温后喷淋淬火、升温并保温后喷淋冷却、升温并回火保温后空冷至室温；经上述处理的钻杆提高了管体与接头焊区的抗硫化物应力腐蚀开裂性能，使焊区具有合适的强度、韧性，特别是硬度较低并分布均匀，保证了钻杆抗硫性能，避免了钻杆由硫化物应力腐蚀开裂所引起的损失。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法与常规方法抗硫钻杆焊区硬度的试验对比图。
具体实施方式
本发明高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法包括成份一致的管体和接头，所述管体与接头分别进行整体调质热处理后采用惯性摩擦焊接连成一体，本方法包括如下步骤：
步骤一、对所述管体与接头的焊区中频感应加热至300℃～600℃后进行去应力退火，然后车削摩擦焊接过程中产生的飞边毛刺，随后加热进行焊后热处理；去应力退火可降低焊接过程中产生的应力，同时有利于焊接飞边、毛刺的车削，防止在随后的焊后热处理淬火过程中产生裂纹；
步骤二、将去应力退火后的抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到780℃～900℃，保温3～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋淬火；
步骤三、将抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到690℃～750℃，保温5～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋冷却；
步骤四、将抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到600℃～700℃，保温5～30分钟后，空冷至室温。
为取得良好的处理效果，上述步骤二和步骤三的中频感应加热的感应线圈的加热宽度一致，上述步骤四的中频感应加热的感应线圈的加热宽度大于所述步骤二和步骤三中加热宽度10-30毫米。
由于本发明高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法采用了上述技术方案，即首先对钻杆焊区感应加热后去应力退火，车削飞边毛刺后热处理，再将钻杆焊区升温并保温后喷淋淬火、升温并保温后喷淋冷却、升温并保温后空冷至室温；经上述处理的钻杆焊区的焊接熔合线及焊接热影响区的硬度值较低，为22HRC～30HRC，特别是硬度值分布均匀，抗硫化物应力腐蚀性能显著提高，加载应力阀值可达到设计屈服强度的60％以上。
上述步骤二可以使焊区完全奥氏体化后快速冷却得到98％以上的淬火马氏体组织；步骤三的保温温度接近奥氏体化转变温度，可以对淬火马氏体组织充分回火，同时为防止由于感应加热的温度不均匀及温度偏差造成部分奥氏体化，冷却过程中使用淬火介质快速冷却，从而消除在冷却过程产生回火索氏体及马氏体之外的其它组织；步骤四采用高温回火，消除步骤三中可能形成的马氏体组织。为保证最终高温回火得到完全的回火索氏体组织，步骤四最终回火时使用的感应线圈的加热宽度大于步骤二及步骤三中使用的感应线圈的加热宽度。
分别取试样A和试样B作载荷试验，下表为试验对比表：
Figure B2009100558746D0000041
上述试验中试样为105SS钢级，并按NACE 0177标准，试验溶液为5％NaCl+0.5％冰醋酸溶液，通入饱和硫化氢；试验载荷中SMYS为724MPa。
如图1所示，X轴正向为接头侧，X轴负向为管体侧，零位为焊缝融合线，Y轴为焊区硬度值，曲线1为经本方法处理的焊区硬度分布，曲线2为常规方法处理的焊区硬度分布，从图示可知，本方法降低了焊缝融合线的焊区硬度，且整个焊区硬度分布均匀。
从以上试验结果可以看出本方法可有效提高抗硫钻杆焊区的抗硫化物应力腐蚀开裂性能。

Claims (2)

1.一种高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法，包括成份一致的管体和接头，所述管体与接头分别进行整体调质热处理后采用惯性摩擦焊接连成一体，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、对所述管体与接头的焊区中频感应加热至300℃～600℃后进行去应力退火，然后车削摩擦焊接过程中产生的飞边毛刺，随后加热进行焊后热处理；
步骤二、将去应力退火后的抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到780℃～900℃，保温3～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋淬火；
步骤三、将抗硫钻杆焊区中频感应加熟由室温升到690℃～750℃，保温5～30分钟后，使用20℃～40℃的淬火介质进行喷淋冷却；
步骤四、将抗硫钻杆焊区中频感应加热由室温升到600℃～700℃，保温5～30分钟后，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的高性能抗硫钻杆管体与接头焊区的处理方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三的中频感应加热的感应线圈的加热宽度一致，所述步骤四的中频感应加热的感应线圈的加热宽度大于所述步骤二和步骤三中加热宽度10-30毫米。
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