CN102220469A - 一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺，其特征是：首先用中频加热的方式对在轧制状态下的钻铤坯料两端0.9～1.0米长的料段进行局部高温正火处理，正火处理的温度控制在950℃～980℃、正火处理的时间为15分至30分，空气冷却至室温，然后对钻铤坯料整体进行淬火加高温回火的调质处理。其优点是：经局部高温正火处理后，正火处理部分的晶粒度能达到9.5级以上，晶粒度提高了至少一个档次，有效改善了钻铤螺纹部分综合机械性能，从而避免了钻铤在使用中出现螺纹失效的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺，属于热处理技术领域。
背景技术
在石油、天然气钻井过程中，钻柱的工作情况非常恶劣，受力情况十分复杂。在钻柱的构造中，钻铤(drill collar)又处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大(一般为38～53mm，相当于钻杆壁厚的4～6倍)，具有较大的重力和刚性，它在钻井过程中主要起以下几方面的作用：(1)凭钻柱组合的重量给钻头施加钻压；(2)保证压缩条件下的必要强度和刚性；(3)减轻钻头的振动、摆动、和跳动等，使钻头工作平稳；(4)保证井壁的垂直性，控制井斜。针对钻铤的这些作用和特点，行业上禁止用钻杆部分来加压，否者钻杆要弯曲、断裂等。
钻铤是用轧制或锻造的AISI4145H铬钼合金结构钢制造，对化学成分及微量元素含量的控制也比较严格。传统的钻铤生产中的热处理工艺都是对在轧制状态下的钻铤坯料整体直接进行调质处理(即淬火加高温回火处理)，此种处理一般能达到标准要求的综合机械性能，晶粒度为8级。热处理后，对钻铤坯料进行机械加工，车出两端螺纹。通常，钻铤在载荷作用下作业时，由于管体壁厚大，一般不容易疲劳失效，而端部螺纹连接部分具有一定的锥度，壁厚逐渐减小，且螺纹根部最后处的壁厚远远小于管体，在强扭矩作用下，极易产生螺纹粘扣、开裂、断裂失效等，属于薄弱环节。在所有钻铤事故中，螺纹部分失效是最普遍的失效形式。因此，如何提高钻铤螺纹部分的综合机械性能，是当下钻铤制造过程中迫切需要解决的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效改善钻铤螺纹部分综合机械性能的石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺。
本发明的热处理工艺如下：
首先用中频加热的方式对在轧制状态下的钻铤坯料两端0.9～1.0米长的料段进行局部高温正火处理，正火处理的温度控制在950℃～980℃、正火处理的时间为15分至30分，空气冷却至室温，然后对钻铤坯料整体进行淬火加高温回火的调质处理。
本发明的优点是：在传统的钻铤生产中的热处理工艺，即在轧制状态下对钻铤坯料整体直接进行淬火加高温回火处理的调质处理工艺之前增加了对钻铤坯料两端局部高温正火处理工艺。钻铤是用轧制或锻造的AISI4145H铬钼合金结构钢制造，属亚共析钢，在调质处理前进行两端(后续加工螺纹部分及修扣延长预留部分，长度约为一米)高温正火处理，利用中频炉在很短时间内，就能把端头加热到950℃以上，然后空冷，晶粒来不及长大的特点，能有效改善螺纹及其后部的组织结构。这是因为，高温正火处理，能消除轧制钢中的缺陷，细化晶粒，改善组织，经高温正火处理后的晶粒度能达到9.5级以上。随后的最终调质热处理，淬火温度约900℃，钻铤端部保持了预先热处理时的晶粒度，相对管体而言，端头的综合机械性能要高一些，晶粒度也提高了至少一个档次。在调质处理后，端头螺纹(后加工)部分虽然在局部高温正火后，在钻铤管体上存在热过渡区，这一区域由于晶粒度粗细的变化有一定的内应力，但与薄弱的螺纹部分相比，管体上的这部分内应力对产品质量构不成影响。因此，与普通热处理的钻铤相比，端部进行高温正火处理后，有更高的机械性能，能承受更强的载荷和极端应力，大大减小钻铤因螺纹部位失效出现的井下事故。此外，针对薄弱环节(端部螺纹部分)进行高温正火处理，而非钻铤整体进行高温正火处理，大大节约了能源。
具体实施方式
首先用中频炉加热的方式对在轧制状态下的钻铤坯料两端0.9～1.0米长的料段进行局部高温正火处理，正火处理的温度控制在950℃～980℃、正火处理的时间为15分至30分，空气冷却至室温，然后用中频炉对钻铤坯料整体进行淬火加高温回火的调质处理。淬火温度为900±10℃，高温回火温度为680±10℃。
经局部高温正火处理后，正火处理部分的晶粒度能达到9.5级以上。实践证明，此工艺有效地改善了钻铤螺纹部分的综合机械性能。一年多的使用情况说明，售出的钻铤再也没有出现螺纹失效现象，受到用户的认可。
Claims (1)
1.一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺，其特征是：首先用中频加热的方式对在轧制状态下的钻铤坯料两端0.9～1.0米长的料段进行局部高温正火处理，正火处理的温度控制在950℃～980℃、正火处理的时间为15分至30分，空气冷却至室温，然后对钻铤坯料整体进行淬火加高温回火的调质处理。
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| CN2011102055698A CN102220469A (zh) | 2011-07-15 | 2011-07-15 | 一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺 |
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| CN2011102055698A CN102220469A (zh) | 2011-07-15 | 2011-07-15 | 一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN102220469A true CN102220469A (zh) | 2011-10-19 |
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| CN2011102055698A Pending CN102220469A (zh) | 2011-07-15 | 2011-07-15 | 一种石油钻井用钻铤生产中的热处理工艺 |
Country Status (1)
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Citations (1)
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| CN201620773U (zh) * | 2010-02-25 | 2010-11-03 | 中国石油天然气集团公司 | 一种新型焊接式钻铤 |
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2011
- 2011-07-15 CN CN2011102055698A patent/CN102220469A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201620773U (zh) * | 2010-02-25 | 2010-11-03 | 中国石油天然气集团公司 | 一种新型焊接式钻铤 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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