DE1957375B2 - Austenitische chrom-nickel-stickstoff-stahllegierung fuer nichtmagnetisierbare schwerstangen und gestaengeteile - Google Patents

Austenitische chrom-nickel-stickstoff-stahllegierung fuer nichtmagnetisierbare schwerstangen und gestaengeteile

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DE1957375B2 DE19691957375 DE1957375A DE1957375B2 DE 1957375 B2 DE1957375 B2 DE 1957375B2 DE 19691957375 DE19691957375 DE 19691957375 DE 1957375 A DE1957375 A DE 1957375A DE 1957375 B2 DE1957375 B2 DE 1957375B2
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/16—Drill collars

Description

Bei den für Tiefbohrungen notwendigen Bohrgestängen werden für Richtbohrungen nichtmagnetisierbare Schwerstangen und Gestängeteile benötigt, um eine Beeinflussung der Meßgeräte, die in die Bohrung der Gestänge eingeführt werden, zu vermeiden.
Für solche unmagnetische Schwersiangen wurden zunächst ausschließlich Metallegierungen auf der Basis 65% Nickel, 25% Kupfer, maximal 5% Aluminium verwendet, weil sich diese als verläßlich unmagnetisch erwiesen haben und auch die erforderlichen Festigkeitseigenschaften besitzen.
Neben diesen naturgemäßen teuren Legierungen wurde zur Erzielung wirtschaftlicherer Produkte vorgeschlagen, zur Herstellung nichtmagnetisierbarer Schwerstangen auch austenitische Stähle zu verwenden. Dabei sind jedoch bei Schwerstangen aus den üblichen 18/8 Chrom-Nickel-Stählen vielfach Schwierigkeiten wegen des ungünstigen unmagnetischen Verhaltens eingetreten. Außerdem waren die Festigkeitseigenschaften wegen der niedrig liegenden Streckgrenze dieser Werkstoffe ungünstig. Nicht zuletzt neigen diese Stähle auch sehr zum Fressen, so daß sich bei der Verwendung im Bohrstrang erhebliche Schwierigkeiten ergeben können. Diesem Merkmal trachtete man dadurch auszuweichen, daß die Gewindeteile aus magnetischen Vergütungsstählen, wie sie für normale Schwerstangen Verwendung finden, angefertigt und diese Endstücke sodann an den unmagnetischen Mittelteil angeschweißt wurden. Eine solche Schwerstange mit Anschweißenden besitzt den Machteil, daß sie nicht über die ganze Länge unmagnetisch ist und daher für die Verwendung nicht den vollen Wert einer nur aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellten Schwerstange aufweist.
Zur Beseitigung dieses nicht befriedigenden Zustandes ist es bekanntgeworden, für nichtmagnetisierbare Schwerstangen Stähle zu verwenden, die sehr stabil austenitisch sind und sich darüber hinaus besonders gut verfestigen lassen. Dies trifft besonders für Mangan-Austenite zu. Da reine Manganstähle nicht wirtschaft-
lieh bearbeitbar sind, wurden austenitische Stähle auf de: Basis Mangan-Chrom herangezogen. Bei der Herstellung von homogenen, aus einem Stück bestehenden Schwerstangen aus diesen Stählen wird dabei so vorgegangen, daß getrachtet wird, durch ein sogenanntes Warm-Kaltverformen im Temperaturbereich von zirka 500-8000C höhere Festigkeiten zu erreichen. Bei diesem Vorgang werden die Schwerstangen üblicherweise zuerst über die ganze Länge warm-kaltverformt und abschließend die Enden, die die Verbindungsgewinde erhalten, noch zusätzlich einer Verformung unterzogen, um diesen höher beanspruchten Teilen der Schwerstange die notwendigen Festigkeitseigenschaften zu geben.
Für Schwerstangen, die auf diese Weise hergestellt werden, ergeben sich beispielsweise folgende Festigkeitwerte:
Für den Mittelteil
Streckengrenze
(0,2%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Für die Endteile mit Gewinde
Streckgrenze
(0,2%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Dehnung (I=4d)
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe)
mind. 55 kp/mm2
mind. 75 kp/mm2
mind. 70 kp/mm2
mind. 85 kp/mm2
zirka 30%
zirkal5mkp/cm2
Solche Schwerstangen entsprechen in ihren Eigenschaften den üblichen Anforderungen im ölfeld. Sie haben aber den Nachteil, daß sie gegen die Korrosionsangriffe von aggressiven Chloridlösungen, die in Bohrlöchern öfters auftreten, nicht immer genügend beständig sind und unter Umständen zu Erscheinungen von Spannungsrißkorrosion neigen. Es können dadurch Brüche eintreten, die dann den Ausfall solcher unmagnetischer Schwerstangen verursachen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr die Verwendung einer an sich bekannten austenitischen Chrom-Nickel-Stickstoff-Stahllegierung mit maximal 0,07% Kohlenstoff, bis 1,00% Silizium, 0,50 bis 2,00% Mangan, 20,00 bis 25,00% Chrom, 10,00 bis 15,00% Nickel. 0,05 bis 0,50% Stickstoff, Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementen als Werkstoff zur Herstellung von nichtmagnetisierbaren und gegen Spannungsrißkorrosion beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen, die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte (0,2%-Dehngrenze) bis 70 kp/mm2 und darüber gebracht werden und im Bereich der Enden eine Mindeststreckgrenze (0,2%-Dehngrenze) von 70 kp/mm2 aufweisen.
Bei Schwerstangen aus den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stählen zeigte sich überraschend, daß sie auch nach stärkster Verformung unter ausgesprochen sensibilisierenden Bedingungen bei Prüfung unter einer Spannung in Höhe der Streckgrenze beim Angriff von kochendem künstlichem Meerwasser nach einem ' Zeitraum von zirka 5000 Stunden nicht zur Spannungsrißkorrosion neigen. Außerdem gelingt es, mit diesen Stählen durch das Warm-Kaltverformen unerwartet günstige Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Erfindungsgemäße Schwerstangen aus Stählen mit maximal 0,05% Kohlenstoff, 0,35 bis 0,60% Silizium, 1,00 bis 1,10% Mangan, 21,50 bis 23,00% Chrom, 12,00 bis
13,00% Nickel, 0,27 bis 032% Stickstoff, Rest Eisen, ergaben folgende Gütewerte:
a) Für den Mittelteil 58,6 kp/mm2 84,5 kp/mm2
Streckgrenze 78,2 kp/mm2 92,4 kp/mm2
(0,2%-Dehngrenze) 44% 27,0%
Zugfestigkeit 73% 65,0%
Dehnung (7=4d)
Einschnürung 21 mkp/cm2 15,6 mkp/cm
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe) Probe 1 Probe 2
b) Für die Enden
87,7
Stnxkgrenze 95,2
(0,2%-Dehngrenze) 28,0
Zugfestigkeit 64,0
Dehnung(/=4d)
Einschnürung 15,0
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe)
Die Permeabilität dieser Schwerstangen ergaben Werte unter 1,005 Gauß/Oerstedt bei einem Feld von lOOOerstedt
Wie aus diesen Zahlenangaben ersichtlich ist, können mit dem erfindungsgemäßen Stahl ohne Schwierigkeiten die bei Mangan-Chrom-Austeniten erreichbaren Festigkeitseigenschaften eingehalten werden. Diese Festigkeiten schränken die Neigung zum Fressen beim Verschrauben der Schwerstangen bedeutend ein. Auch die magnetischen Eigenschaften liegen sehr günstig.
Von wesentlicher Bedeutung für die Erzeugung sind schließlich auch die günstigen Bearbeitungseigenschaften der erfindungsgemäßen Stähle, die es ohne weiteres zulassen, die Bohrung des Hohls dieser meist bis zu 10 m langen Schwerstangen wirtschaftlich herzustellen.
Schwerstangen nach der Erfindung besitzen neben ihrer Nichtmagnetisierbarkeit auch die geforderten hohen Festigkeitswerte und widerstehen darüber hinaus der bei Tiefbohrungen auftretenden Spannungsrißkorrosion. Erst bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stähle besteht Sicherheit, daß keine Brüche durch Spannungsrißkorrosion beim Angriff von Ckioiidlösungen, wie sie in Tiefbohrungen vorkommen können, eintreten.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verwendung von an sich bekannten austenitischen Chrom-! ,'ickel-Stickstoff-Stahllegierungen mit
    bis 0,07% Kohlenstoff,
    bis 1,00% Silizium,
    0,50 bis 2,00% Mangan,
    20,00 bis 25,00% Chrom,
    10,00 bis 15,00% Nickel,
    0,05 bis 0,50% Stickstoff,
    Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementen
    als Werkstoff zur Herstellung von nichtmagnetisierbaren und gegen Spannungsrißkorrosion beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen, die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte (0,2%-Dehngrenze) bis 70kp/mm2 und darüber gebracht werden und im Bereich der Enden eine Mindeststreckgrenze (0,2%-Dehngrenze) von 70 kp/mm2 aufweisen.
DE1957375A 1968-12-02 1969-11-14 Verwendung einer austenitischen Chrom-Nickel-Sticksoff-Stahllegierung für nichtmagnetisierbare Schwerstangen und Gestängeteile Expired DE1957375C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT1168568A AT308793B (de) 1968-12-02 1968-12-02 Austenitische Chrom-Nickel-Stickstoff-Stahllegierung für nichtmagnetisierbare Schwerstangen und Gestängeteile

Publications (3)

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DE1957375A1 DE1957375A1 (de) 1970-06-18
DE1957375B2 true DE1957375B2 (de) 1977-01-13
DE1957375C3 DE1957375C3 (de) 1982-04-29

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DE1957375A Expired DE1957375C3 (de) 1968-12-02 1969-11-14 Verwendung einer austenitischen Chrom-Nickel-Sticksoff-Stahllegierung für nichtmagnetisierbare Schwerstangen und Gestängeteile

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FR (1) FR2024996A1 (de)
GB (1) GB1247567A (de)
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