CN114921719A - 含硫油气田使用的高强度钻杆 - Google Patents

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吴新伟
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Abstract

本发明涉及含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，管体的化学成分重量百分比为C 0.25%～0.34%，Si≤0.5%，Mn 0.4%～1%,P≤0.015%,S≤0.005%,Cr 0.8%～1.3%,Mo 0.4%～0.9%，Cu0.1%～0.2%,其余为Fe。本申请制备的钻杆用于含H2S环境的油气资源开采作业过程中，可以防止钻杆发生氢脆断裂事故。

Description

含硫油气田使用的高强度钻杆
技术领域
本发明涉及含硫油气田使用的高强度钻杆。
背景技术
世界上高含H2S和CO2的油气资源，储量巨大。根据世界能源组织2018年的数据统计，除美国和加拿大以外的地区，H2S体积含量大于10%的天然气储量超过9.8x104亿方，而CO2体积含量大于10%的超过1.8x105亿方.到目前为止，全世界已经发现400多个高含H2S和CO2且具有工业开采价值的油气田，它们主要分布在加、法、德、俄、中等国家以及北美和中东地区。
早在上世纪50年代，国外就开始对高含H2S和CO2油气田进行大规模开发，加拿大是这方面的先驱。经过半个多世纪的发展，国外对高含硫酸性油气田的开发已经总结了大量经验，形成了一系列安全、可行的做法。
21世纪初，国内对高酸性油气田的开采还缺乏足够的经验，表现为工程技术不配套、安全管理体系不够完善等方面。2003年发生的“12.23井喷”事件就是一个惨痛的例子。
随着油气资源不断的开采，浅层油气资源日益减少，我们不得不到更深的地层、海洋、页岩中去探索油气资源。在我国四川盆地的油气矿藏中，含有较高的H2S。川东川西等多数油气田含有一定量的H2S，它们有的以分子态存在于油气中，有的以HS～ ,S2～存在于水中。在油气开采作业中，钻杆不可避免的要接触泥浆，地层等含水介质，在这些区块的作业环境中，H2S腐蚀是不可避免的。常规的石油钻杆采用高强度合金钢加工成型，该材料在H2S环境下作业时容易发生氢脆断裂， 氢脆断裂有以下特点：1、断裂应力较低，低于材料的屈服强度，也会发生断裂；2断裂突然发生，断裂前无明显征兆；3原材料化学成分，有害元素等夹杂物含量的不均匀，也会导致钻杆局部发生氢脆，而产生断裂。所以说开发一种适合含硫油气田使用的钻杆是行业内的一大难题。
发明内容
本发明提供含硫油气田使用的高强度钻杆，解决技术问题是用于含H2S环境的油气资源开采作业过程中，防止钻杆发生氢脆断裂事故。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种含硫油气田使用的高强度钻杆，管体的化学成分重量百分比为C 0.25%～0.34%，Si ≤0.5%，Mn 0.4%～1%,P≤0.015%,S≤0.005%,Cr 0.8%～1.3%,Mo 0.4%～0.9%，Cu0.1%～0.2%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
所述调质处理包括淬火、回火和保温。
所述回火为两次。
所述淬火温度为920～930℃，时间为20min。
所述回火中一次回火温度为710～720℃，时间为40min；二次回火温度为480～500℃，时间为20min。
所述保温温度为480～500℃，时间为20min。
发明具有以下有益技术效果：
本申请制备的钻杆用于含H2S环境的油气资源开采作业过程中，可以防止钻杆发生氢脆断裂事故。
具体实施方式
下面结合具体实例进一步说明本发明。
实施例1
一种含硫油气田使用的高强度钻杆，管体的化学成分重量百分比为C 0.32%，Si0.2%，Mn 0.5%,P0.01% ,Cr 0.9%,Mo 0.5%，Cu0.1%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
所述调质处理包括淬火、回火和保温。
所述回火为两次。
所述淬火温度为925±5℃，时间为20min。
所述回火中一次回火温度为715±5℃，时间为40min；二次回火温度为490±5℃，时间为20min。
所述保温温度为490±5℃，时间为20min。
实施例2
一种含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，管体的化学成分重量百分比为C0.28%，Si 0.3%，Mn 0.7% ,S 0.001%,Cr1.2%,Mo 0.7%，Cu0.2%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
所述调质处理包括淬火、回火和保温。
所述回火为两次。
所述淬火温度为925±5℃，时间为20min。
所述回火中一次回火温度为715±5℃，时间为40min；二次回火温度为490±5℃，时间为20min。
所述保温温度为490±5℃，时间为20min。
实施例3
一种含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，管体的化学成分重量百分比为C0.30%，Si 0.1%，Mn 0.9% ,Cr 1.1%,Mo 0.5%，Cu0.15%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
所述调质处理包括淬火、回火和保温。
所述回火为两次。
所述淬火温度为925±5℃，时间为20min。
所述回火中一次回火温度为715±5℃，时间为40min；二次回火温度为490±5℃，时间为20min。
所述保温温度为490±5℃，时间为20min。
实施例4
一种含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，管体的化学成分重量百分比为C0.31%，Mn 0.7%,P 0.015%,Cr 1.0%,Mo 0.9%，Cu0.1%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
所述调质处理包括淬火、回火和保温。
所述回火为两次。
所述淬火温度为925±5℃，时间为20min。
所述回火中一次回火温度为715±5℃，时间为40min；二次回火温度为490±5℃，时间为20min。
所述保温温度为490±5℃，时间为20min。
对比例1
除回火次数为一次，回火温度为715±5℃，时间为40min外，其它均与实施例1一致。
对比例2
除回火次数为一次，回火温度为490±5℃，时间为40min外，其它均与实施例1一致。
下面结合实验数据进一步说明本发明的有益效果：
实验一
供试材料
1材料与方法：
1.1试验地点：威玛公司管体加厚热处理车间。
1.2实验检测：屈服强度（MPa）、抗拉强度（MPa）和冲击功（J），以及硫化氢应力腐蚀测试。
1.4实验设计：其管体按照NACE TM 0177中A 法，溶液A进行检验，采用8.9mm试样进行耐腐蚀检测，预加载应力为703MPa（85%Ys min）,测试时间为720小时，测试结果为试样没有产生氢脆裂纹而发生断裂，结论是抗硫化氢试验合格。
1.5检测方法：机械性能按照ASTM A370进行检测，硫化氢应力腐蚀试验按照NACETM 0177 A法A溶液检测。
2结果与分析
见表1
表1
屈服强度Rt0.6（MPa） 抗拉强度Rm（MPa） 冲击功（J） 硫化氢应力腐蚀试验
对比例1 780 890 180/190/195 140小时发生断裂
对比例2 950 1060 100/98/105 20小时发生断裂
实施例1 840 960 150/160/165 720小时无裂纹
实施例2 860 975 150/145/147 720小时无裂纹
实施例3 845 970 160/145/149 720小时无裂纹
实施例4 882 1000 140/155/157 720小时无裂纹
注：冲击试样是10*10*55mm,试验温度是20℃ 。
本申请通过对钻杆的管体的材料进行限定，并通过一次淬火，二次回火，一次保温的工艺对管体进行调质，从而制备出的管体能够防止氢脆裂纹而发生断裂。

Claims (6)

1.含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，管体的化学成分重量百分比为C 0.25%～0.34%，Si ≤0.5%，Mn 0.4%～1%,P≤0.015%,S≤0.005%,Cr 0.8%～1.3%,Mo 0.4%～0.9%，Cu0.1%～0.2%,其余为Fe;所述管体采用调质处理来提高性能。
2.如权利要求1所述的含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，所述调质处理包括淬火、回火和保温。
3.如权利要求1所述的含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，所述回火为两次。
4.如权利要求2所述的含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，所述淬火温度为920～930℃，时间为20min。
5.如权利要求1所述的含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，所述回火中一次回火温度为710～720℃，时间为40min；二次回火温度为480～500℃，时间为20min。
6.如权利要求1所述的含硫油气田使用的高强度钻杆，其特征在于，所述保温温度为480～500℃，时间为20min。
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