CN104108003A - 超级13Cr工具接头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级13Cr工具接头的制造方法，其包括下列步骤：制得坯料；锻造坯料；将锻造后的坯料加热到600-700℃进行去应力退火；淬火；回火。采用本技术方案可以制得力学性能达到110ksi超级13Cr工具接头。

Description

超级13Cr工具接头的制造方法
技术领域
本发明涉及一种接头的制造方法，尤其涉及一种高合金接头的制造方法。
背景技术
用于石油天然气钻探的钻杆是按APISPEC5DP标准生产制造的。其结构是在钻杆管体两端各摩擦对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。符合APISPEC5DP标准的钻杆为低合金钢材质。
随着石油工业的发展，钻杆的服役条件日趋恶劣，APISPEC5DP标准的低合金钢材质钻杆已不能满足日益苛刻的钻井作业要求，迫切需要高合金钻杆。为此，市场上出现了铝合金钻杆与钛合金钻杆。铝合金钻杆是按照ISO15546标准生产的。铝合金钻杆是由铝合金钻杆管体与一个低合金钢制外螺纹接头和一个低合金钢制内螺纹接头通过细扣螺纹连接而成的。钛合金钻杆的结构与铝合金钻杆类似。
采用铝合金钻杆与钛合金钻杆的主要目的有两个：一是利用铝合金钻杆与钛合金钻杆比重低的特点钻探超深井，二是利用铝合金钻杆与钛合金钻杆可以抵抗硫化物应力腐蚀的特性钻探含硫井。
对于某些含CO2的气田，其地层为致密砂岩，如果采用常规的钻杆钻井、油管完井的作业方式，产量仅有几万立方米/天，此外，由于对含有较高CO2的气田必须采用超级13Cr系列高合金油管产品，因此会导致开采产量过低而成本过高，无工业开采价值。
如果能够采用氮气钻井工艺，就可能解决上述问题而获得日产百万立方米天然气的高产量。但采用氮气钻井工艺时，不能将钻杆提出以换成油管完井，否则将污染产层，使产量重回几万立方米/天。这就需要一种抗CO2腐蚀的超级13Cr高合金钻杆接头。
发明内容
本发明的目的是提供一种超级13Cr工具接头的制造方法，采用该方法可以生产出适配于超级13Cr钻杆的超级13Cr工具接头，进而将该钻杆用于开采含CO2较高的气田。
根据上述目的，本发明提出了一种超级13Cr工具接头的制造方法，其包括下列步骤：
（1）制得坯料；
（2）锻造坯料；
（3）将锻造后的坯料加热到600-700℃进行去应力退火；
（4）淬火；
（5）回火。
现有的高合金钻杆，包括铝合金钻杆与钛合金钻杆，均是通过细扣螺纹将钢制接头与铝合金或钛合金管体连接。由于钢制接头与铝合金或钛合金管体存在电偶腐蚀，使得钢制接头很容易产生严重腐蚀。采用本技术方案制得的超级13Cr工具接头，用于超级13Cr钻杆，当其与超级13Cr管体连接时，不会发生电偶腐蚀，因此不会在接头部位产生严重腐蚀。
在现有的工具接头制造工艺中，工具接头锻造后采用正火处理，正火处理的温度一般为800～950℃。这种工艺会使得超级13Cr工具接头形成马氏体组织，使后续步骤难以进行。而本技术方案通过采用600-700℃的去应力退火处理，使得处理后的超级13Cr工具接头的组织为回火马氏体组织，从而便于后续加工。
在上述超级13Cr工具接头的制造方法中，控制超级13Cr工具接头的化学元素质量百分配比为：C0.01～0.05%，Si≤0.5%，Mn0.2～1.0%，Cr12～14%，Mo1～3%，Ni4～6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，在步骤（2）中，锻造温度为1150-1200℃。
进一步地，在步骤（4）中，淬火温度为950-1000℃。
进一步地，在步骤（4）中，淬火为油淬。
在现有的工具接头制造工艺中，淬火处理主要采用具有一定介质浓度的水基淬火液进行整体淬火。采用水基淬火液淬火需调整介质的浓度。发明人通过大量试验和分析发现，若淬火液浓度过高，则淬火效果不好；若淬火液浓度过低，则会失去介质作用，导致出现淬火裂纹。同时在连续生产过程中，淬火液会有损耗，需随时监测介质浓度，给稳定生产带来一定困难。因此，在本技术方案中，采用油淬的方式进行淬火。油的性能非常稳定，无须调整介质浓度，也不会产生因浓度过高或过低产生淬火裂纹。
进一步地，在步骤（5）中，回火温度为600-650℃。
在上述超级13Cr工具接头的制造方法中，在步骤（3）和（4）之间还具有将坯料进行粗加工的步骤。
本发明所述的超级13Cr工具接头的制造方法可以制得质量优秀的超级13Cr工具接头，从而与超级13Cr管体适配生产超级13Cr钻杆。采用本技术方案制得的超级13Cr工具接头与管体连接处不存在电偶腐蚀，不会在接头部位产生严重腐蚀。采用本技术方案制得的超级13Cr工具接头可以达到110ksi以上的力学性能。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来对本发明所述的超级13Cr工具接头的制造方法进行进一步地详细说明。
实施例1-5
按照下列步骤制造超级13Cr工具接头：
（1）制得坯料，控制其化学元素质量百分配比为：C0.01～0.05%，Si≤0.5%，Mn0.2～1.0%，Cr12～14%，Mo1～3%，Ni4～6%，余量为Fe和不可避免的杂质；
（2）将坯料在1150-1200℃进行锻造；
（3）将锻造后的坯料加热到600-700℃进行去应力退火；
（4）对坯料进行粗加工；
（5）将经过粗加工后的坯料加热到950-1000℃后，在油槽中淬火冷却；
（6）回火，控制回火温度为600-650℃。
表1列出了本案实施例1-5中工具接头的成分配比。
表1.（wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）
表1.
钢种 C Si Mn Cr Mo Ni
实施例1 0.04 0.27 0.92 13.9 1.8 5.8
实施例2 0.03 0.28 0.70 12.8 2.7 4.1
实施例3 0.02 0.34 0.40 12.3 1.1 4.9
实施例4 0.03 0.42 0.52 12.5 1.9 5.5
实施例5 0.04 0.25 0.65 13.7 2.5 4.5
表2列出了本案实施例1-5中各步骤的工艺参数和工具接头的力学性能。
表2.
从表2可以看出，采用本技术方案所述的方法制得的超级13Cr工具接头可以达到110ksi的力学性能。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超级13Cr工具接头的制造方法，其包括下列步骤：
（1）制得坯料；
（2）锻造坯料；
（3）将锻造后的坯料加热到600-700℃进行去应力退火；
（4）淬火；
（5）回火。
2.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，控制超级13Cr工具接头的化学元素质量百分配比为：C0.01～0.05%，Si≤0.5%，Mn0.2～1.0%，Cr12～14%，Mo1～3%，Ni4～6%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，在步骤（2）中，锻造温度为1150-1200℃。
4.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，在步骤（4）中，淬火温度为950-1000℃。
5.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，在步骤（4）中，淬火为油淬。
6.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，在步骤（5）中，回火温度为600-650℃。
7.如权利要求1所述的超级13Cr工具接头的制造方法，其特征在于，在步骤（3）和（4）之间还具有将坯料进行粗加工的步骤。
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