CN112575260A - 一种抗硫化氢腐蚀的钻铤 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其中所述的本体一端设有内螺纹，所述的本体另一端设有外螺纹，远离外螺纹所述的本体一端设有吊卡槽；优点为：本发明强度高、硬度大、防腐蚀，保证操作人员安全，节约成本；解决含硫化氢区域环境下钻具用钢材的防腐蚀问题，避免由于硫化氢腐蚀带来的钻具断裂事故。
Description
技术领域
本发明涉及钻铤领域，尤其是涉及一种抗硫化氢腐蚀的钻铤。
背景技术
石油是工业的血液，是经济发展所必须的支柱能源。我们国家石油开采的可持续发展关系到国家能源安全，涉及到整个社会的良性运转。然而石油却是不可再生的，有限的资源。随着工业发展的步伐，石油开采逐渐向深井、超深井、腐蚀性地层等恶劣工况进军。针对于腐蚀性地层，常规的API标准生产的钻具已经不能满足防腐的性能要求，在钻井过程中极易发生断裂失效的质量事故，造成人员伤亡，巨大的经济损失等。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种抗硫化氢腐蚀的钻铤。
本发明新的技术方案是：一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，包括本体、内螺纹、外螺纹及吊卡槽，所述的本体一端设有内螺纹，所述的本体另一端设有外螺纹，远离外螺纹所述的本体一端设有吊卡槽。
所述的吊卡槽距内螺纹的端面为0.5米。
所述的钻铤屈服强度为758-862MPa，抗拉强度为862-1000MPa，延伸率≥15%，冲击功≥90J，平均硬度值HRC≤30，单个最大硬度值HRC≤32。
所述的本体原材料重量百分比为：C 0.25%-0.30%，Si 0.15%-0.35% ，Mn 0.6%-0.8%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.25% ，Cr 1.0%-1.2%，Mo0.3%-0.35%，V0.06%-0.1%，Nb0.03%-0.09%，Ti0.005%-0.015%，Ni≤0.1%，Sn≤0.02%，As≤0.02%，Sb≤0.020%，Pb≤0.0080%，Bi≤0.020%，Ca≤0.005%，H≤0.0002%，V≤0.1%。
所述的本体的制备流程为：
1）按照权利要求4的重量百分比配制原材料，将原材料进行钢水的冶炼；
2）冶炼后的钢水进行电炉（或转炉）→炉外精炼→真空脱气→连铸坯→热轧圆钢。
调质工艺参数为：淬火920℃±10℃，保温1小时，回火670℃
±5℃，保温1.5小时。
本发明的有益效果为：本发明强度高、硬度大、防腐蚀，保证操作人员安全，节约成本；解决含硫化氢区域环境下钻具用钢材的防腐蚀问题，避免由于硫化氢腐蚀带来的钻具断裂事故。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1、本体，2、内螺纹，3、外螺纹，4、吊卡槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，包括本体1、内螺纹2、外螺纹3及吊卡槽4，所述的本体1一端设有内螺纹2，所述的本体1另一端设有外螺纹3，远离外螺纹3所述的本体1一端设有吊卡槽4。
所述的吊卡槽4距内螺纹2的端面为0.5米。
所述的钻铤屈服强度为758-862MPa，抗拉强度为862-1000MPa，延伸率≥15%，冲击功≥90J，平均硬度值HRC≤30，单个最大硬度值HRC≤32。
Mo在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素，当钼含量较低时，与铁、碳形成符合的渗碳体，含量较高时可形成钼的特殊碳化物，可提高钝化膜的强度，增强耐局部腐蚀性，如点蚀、缝隙腐蚀，特别是在酸性环境下，还有一定的固溶强化作用，Mo降低钢中奥氏体的稳定性，且降低N在钢中的溶解度，不能添加过多，适宜的Mo重量百分含量控制在≤1.0％，本钻铤中钼重量百分含量为0.3-0.35％。
Cr能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，可以提高钢的抗氧化性，增加耐腐蚀性，是中强碳化物形成元素，钢中的Cr一部分置换Fe形成合金渗碳体，提高其稳定性；一部分融入铁素体中，产生固溶强化，提高铁素体的强度和硬度。含量低时会形成Cr的合金渗碳体（Fe、Cr）3C，而随着Cr含量的增加，钢中的碳化物逐步变为Cr23C6和Cr7C3。由于Cr在奥氏体中的扩散速度比较小，加之阻碍碳的扩散，因而可提高奥氏体的稳定性，使C曲线由移，降低临界冷却速度，提高淬透性。Cr也因降低相变温度，从而可使碳化物在较低温度析出，使组织和碳化物细化。Cr的重量百分含量最佳控制范围在1-1.2％。
Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中均含有一定量的锰。Mn固溶于铁素体和奥氏体中，能扩大奥氏体区，使临界温度升高。Mn可以极大降低钢的马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残留奥氏体含量。Mn钢经过调质处理，组织均匀、细化、避免了渗碳层中的碳化物聚集成块。但增大了钢的过热敏感性和回火脆性。随着Mn含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，零件开裂倾向增大。Mn的重量百分含量最佳控制范围在0.6-0.8％。
V在钢中细化晶粒，降低过热敏感性，增加回火稳定性和耐磨性，从而延长了钢材的使用寿命。钒和碳、氮、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。V在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在时，降低淬透性。V增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。V在调质钢中主要是提高钢的强度和屈服比，细化晶粒，降低过热敏感性。V的重量百分含量最佳控制范围在0-0.1％。
P易偏析到晶界，使钢产生低温脆性，是一种杂质元素，所以含量越低越好。P的重量百分含量上限为0.015％。
S对钢的热加工塑性和耐腐蚀性产生不良影响，且易产生硫化锰偏析，是一种杂质元素，所以其含量是越低越好。S的重量百分含量容许上限为0.005％。
除以上主要元素以外，还要严格控制As、Sn、Sb、Pb、Bi五元素的含量，其中As≤0.020%，Sn≤0.020%，Sb≤0.020%，Pb≤0.0080%，Bi≤0.020%。
最终优选的钻铤原材料化学成分重量百分比为C 0.25%-0.30%，Si 0.15%-0.35%，Mn 0.6%-0.8%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.25%，Cr1.0%-1.2%，Mo0.3%-0.35%，V0.06%-0.1%，Nb0.03%-0.09%，Ti0.005%-0.015%， Ni≤0.1%，Sn≤0.02%，As≤0.02%，Sb≤0.020%，Pb≤0.0080%，Bi≤0.020%，Ca≤0.005%，H≤0.0002%，V≤0.1%。
有了优选的钢材以后，要对钢材进行热处理，才能获得预期的优良的机械性能。热处理有正火、退火、调质等多种方式。由腐蚀环境进入钢材中的氢，在夹杂物和偏析带富集而产生阶梯状裂纹，称为氢诱发裂纹，也叫氢脆开裂裂纹（代号为HIC）。HIC裂纹一般在钢材中的非金属夹杂物和偏析带萌生，沿着珠光体带或低温转变产物马氏体、贝氏体带扩展。HIC主要在于低、中强度材料中发生，裂纹方向平行于钢材表面，HIC必须具有足够的硫化氢浓度时才能发生。因此，为防止酸性环境用材料发生氢脆开裂，必须严控P、S化学元素含量及非金属夹杂物含量，并进行有效的非金属夹杂物形态控制以减少成分偏析。热处理可以改善金属材料抗HIC性能，在研究钢材显微金相组织对材料抗硫化氢性能影响关系时，发现在铁素体上均匀分布细小球状碳化物组织的钢材，其抗HIC性能显著优于铁素体上上均匀分布的片状碳化物组织的钢材。这是因为淬火加高温回火形成的均匀弥散分布的细小球状碳化物组织在热力学上更趋于平衡状态，并使得酸性环境中所产生的氢在钢中的扩散系数增大，溶解度减小，从而使得钢材HIC敏感性减小。
钻铤原材料制造过程：按照钻铤原材料化学成分重量百分比进行钢水的冶炼，电炉（或转炉）→炉外精炼→真空脱气→连铸坯→热轧圆钢。这个制造过程是现有的圆钢制造的常规流程，每个工序的详细内容本专利不再赘述。
以外径165mm为例，调质工艺参数为：淬火920℃±10℃，保温1小时，回火670℃±5℃，保温1.5小时。通过该参数调质处理后的产品满足以下机械性能：屈服强度758-862MPa，抗拉强度862-1000MPa，延伸率≥15%，冲击功≥90J（试验温度20℃，试样尺寸10x10），平均硬度值HRC≤30，单个最大硬度值HRC≤32。
以上所述钻铤仅为本发明的实施方式而已，并非用以限定本发明的实施范围。如果改变外形机加工尺寸，可以加工成整体加重钻杆，转换接头，提升短节等钻具类产品。凡是依本发明专利范围的内容所做的等效变化与修改，均应属于本发明专利保护的范围。
Claims (6)
1.一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，包括本体（1）、内螺纹（2）、外螺纹（3）及吊卡槽（4），其特征在于：所述的本体（1）一端设有内螺纹（2），所述的本体（1）另一端设有外螺纹（3），远离外螺纹（3）所述的本体（1）一端设有吊卡槽（4）。
2.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其特征在于：所述的吊卡槽（4）距内螺纹（2）的端面为0.5米。
3.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其特征在于：所述的本体（1）屈服强度为758-862MPa，抗拉强度为862-1000MPa，延伸率≥15%，冲击功≥90J，平均硬度值HRC≤30，单个最大硬度值HRC≤32。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其特征在于：所述的本体（1）原材料重量百分比为：C 0.25%-0.30%，Si 0.15%-0.35% ，Mn 0.6%-0.8%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.25% ，Cr 1.0%-1.2%，Mo0.3%-0.35%，V0.06%-0.1%，Nb0.03%-0.09%，Ti0.005%-0.015%，Ni≤0.1%，Sn≤0.02%，As≤0.02%，Sb≤0.020%，Pb≤0.0080%，Bi≤0.020%，Ca≤0.005%，H≤0.0002%，V≤0.1%。
5.根据权利要求4所述的一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其特征在于：所述的本体（1）的制备流程为：
1）按照权利要求4的重量百分比配制原材料，将原材料进行钢水的冶炼；
2）冶炼后的钢水进行电炉（或转炉）→炉外精炼→真空脱气→连铸坯→热轧圆钢。
6.根据权利要求5所述的一种抗硫化氢腐蚀的钻铤，其特征在于：调质工艺参数为：淬火920℃±10℃，保温1小时，回火670℃
±5℃，保温1.5小时。
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