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Die erfindung betrifft im allgemeinen eine Bohrloch-Ausklei-
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dung bzw. ein Bohrloch-Futterrohr, und insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung von Bohrloch-Auskleidungen, die sich durch eine höhere Widerstandsfähigkeit
gegenüber derjenigen Korrosionsbeanspruchung auszeichnet, die durch Schwefelwasserstoff
herbeigeführt wird.
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In den letzten Jahren wurden beachtliche Anstrengungen unternommen,
Auskleidungsstahle höherer Festigkeit zu entwickeln, die gegenüber einer Zerstörung
unter Belastungs- und Korrosionsbedingungen bessere Widerstandsfähigkeiten zeigen;
diese Bedingungen rühren daher, daß die Mantelstähle wie bei einer Verwendung in
saurem Öi Flüssigkeiten ausgesetzt sind, die Schwefelwasserstoff enthalten. Mit
ansteigendem Energieverbrauch und dem Rückgang von Süßöl-Reserven, die sich leicht
erreichen ließen, ist die Notwendigkeit nach widerstandsfähigen Stahlsorten, die
gegenüber einer Rißbildung durch Schwefelwasserstoff höhere Festigkeit zeigen, immer
deutlicher geworden.
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Die jetzt erforschten Ölfelder erfordern eine Bohrtätigkeit bis in
Tiefen von über 6100 m (20,000 feet) hinab, wobei die Bodenlochdrücke 1700 kg/cm2
(24,000 psi) und die Temperaturen 2000C (4000) übersteigen; in diesen Bereichen
wird im Rohöl oft Schwefelwasserstoff gefunden. Unter diesen Bedingungen wird die
Bohrloch-Stahlauskleidung im fortschreitenden Maße in der Anwesenheit von Schwefelwasserstoff
spröde, bekommt schließlich Risse und bricht unter den Belastungen, denen die Auskleidung
ausgesetzt ist.
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Viele metallurgische Faktoren beeinflussen das Verhalten von Stahl,
bei Sulfidbeanspruchung Risse zu bilden. Unter diesen Faktoren sind Mikrostruktur,
Zusammensetzung des Stahls und seine lestigkeitshöhe. All diese Faktoren hängen
untereinander zusammen und müssen sehr genau reregelt werden. Geringe Abweichungen
von den optimalen Grenzen nur eines einzigen Faktors, wic beispielsweise der Temperatur
der Hitzebehandlung, beeinträchtigt auf nachteilige Weise die Sulfid-Rißfestigkeit
selbst
wenn andere faktoren wie die Zusammensetzung unverändert bleiben.
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Vor dieser Erfindung kam man allgemein zu dem Schlu, daß Auskleidungsstehlsoreten
mit hohen Streckgrenzenwerten von ungefähr 63 kg/mm² (90,000 psi) oder noch höher
gegnüber einer Schwefelwasserstoff-Belastungs-Rißbildung empfindlicher als Stahlsorten
geringerer Festigkeit sind. Die Mikrostrukturen, die sich in abgeschreckten und
getemperten Martensit-Stahlsorten entwickelten, erwiesen sich gegenüber einer Sulfid-Beanspruchungs-Rißbildung
widerstandsfähiger als jene, die für den ursprünglichen oder normalisierten Zustand
repräsentativ sind, oder sogar widerstandsfester als die Milcrostrukturen, die sich
durch Normalisieren und Tempern entwickelt haben. Die chemische Zusammensetzung
verringert die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißbildung durch Schwefelwasserstoff
dadurch, daß sie die metallurgischen Eigenschaften des Stahls wie Härtbarkeit, Umwandlungseigenschaften
und Verhalten bzw. Reaktion beim Tempern ändert, was seinerseits Änderungen in der
Festigkeit und in der Mikrostruktur mit sich bringt.
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Obwohl Forscher die Notwendigkeit nach Auskleidungsstahlsorten höherer
Festigkeit erkannt haben, gibt es im gegenwärtigen Stand der Technik keine Stahl
zusammensetzung und kein passendes Hitzebehandlungsverfahren, das es möglich machen
würde, die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit gegenüber
einer Rißbildung durch Schwefelwasserstoffangriff zu verbessern.
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Ein bekannter Vorschlag, die Korrosionswiderstandsfähigkeit gegenüber
Schwefelwasserstoffangriff bei Auskleidungsstahl zu verbessern, wird in der US-PS
2 895 861 beschrieben. In dieser Patentschrift wird vorgeschlagen, niedrig legierte
Stahlsorten, die Chrom, Molybdän, Vanadium, Silizium und
Mangan
aufweisen, zu verwenden und diese Stahlsorten einer Hitzebehandlung zu unterwerfen,
die eine Austenitisierung bei erhöhter Temperatur im Bereich von 975°C bis 1100°C
(1787 bis 20120 ), ein AbEihlen mit einer Geschwindigkeit, die wenigstens gleich
dem einer Luft-Abkühlung entspricht, und einer Temperung bei einer Temperatur im
Bereich von 7250 C bis 8000 C (13.7 bis 14720 i') einschließt.
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In der US-PS 2 895 861 wird beschrieben, daß die Streckgrenze des
Stahls nicht größer als 65 kg/mm2 (92,500 psi) sein sollte. Aus der Patentschrift
geht hervor, daß Temperungs-Temperaturen unter 725° C (1337°F) und Streckfestigkeiten
größer als 65 kg/mm² (92,500 psi) im Fall der speziell beschriebenen Stahlsorten,
die auf erwähnte Weise austenitisiert und gekühlt werden, wegen des nachteiligen
Effekts auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber Sulfidbeanspruchungsrißbildung vermieden
werden sollen.
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Ein anderer gegenüber Korrosion durch Schwefelwasserstoffangriff widerstandsfähiger
Stahl wird in der US-PS 2 825 669 beschrieben. Der niedrig legierte Stahl dieser
Patentschrift enthält zusätzlich zu einem Kohlenstoffanteil extrem enger Toleranz
als wesentliche Bestandteile geringe Anteile von Mangan, Chrom, Aluminium und Silizium.
Die Zusammensetzung kann auch als nicht wesentliche oder beliebige Bestandteile
Molybdän, Vanadium und Titan beinhalten. Der Stahl wird dadurch vorvergütet bzw.
vorgetempert, daß er bei ungefähr 7400 C - 7800 C (1363 - 14360 F) für den offensichtlichen
Zweck durchgeführt wird, daß die Karbidaggregate durch die Perritkerne hindurch
diffundieren und sich verteilen können, bevor die Karbide durch eine nachfolgende
Hochtemperatur-Austenitisierungsbehandlung aufgelöst werden. Nach dieser Patentsehrift
kann der Stahl in dem nach der Dispersions- oder Diffusionsbehandlung erhaltenen
Zustand verwendet werden, oder er kann einer beliebigen Austenitisierung, Abschreck-
und Temperungsbehandlung ausgesetzt werden. Der Stahl wird bei hohen Temperaturen
im Bereich von 970 - 10800 C (1778 - 19760 l)
austenitisiert. Die
Abschreck-Behandlung, der der Stahl nach der Austenitisierung ausgesetzt ist, kann
zu einer Mikrostruktur führen, die Martensit und andere Umwandlungsprodukte wie
beispielsweise Bainit usw. enthält. Wie im Falle der US.PS 2 895 861 schließen die
Beispiel der US-PS 2 825 669 stahlsorten ein, die hitzebehandelt wurden, um Streckfestigkeiten
zu erzeugen, deren Werte kleiner als ungefähr 63 kg/mm (90,000 psi) sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Auskleidungsstahl zu schaffen,
der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht besitzt und insbesondere
sowohl einen hohen Festigkleitsgrad als auch verstärke Widerstandsfähigkeit gegenüber
der Korrosionsrißbildung durch Sulfidbeanspruchun aufweist.
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Es hat sich gezeigt, daß eine unerwartete Verbesserung der Widerstandsfähigkeit
gegenüber Rißbildung durch Julfidbeanspruchung in einem niedrig legierten Stahl
des Typs erreicht werden kann, der in den oben angeführten US-PS 2 895 8oi und 2
825 669 vorgeschlagen wurde, indem eine Abschreck- und Tmeperungshitzebehandlung
bei kritischen Temperaturen ausgeführt wird, um damit Festigkeits- und IIärtegrade
innerhalb spezifizierter Bereiche und eine völlig temperierte martensitische Hikrostruktur
zu erhalten. Obwohl Zusammensetzung, Hitzbehandlungsprozedur und Mikrostrukturm,
wie sie später noch beschrieben werden, bereits vom einzelnen her betrachtet bekannt
sind, ist die spezielle erfindungsgemäße Kombination oder Wechselbeziehung dieser
Faktoren neuartig und bewirkt einen zusammenwirkenden Effekt, der gegenüber dem
bekannten Auskleidungsstahl in bezug auf Praxis und Zusammensetzung eine Verbesserung
darstellt.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zur herstellung von Bohrloch-Auskleidungen
dar, welche gegenüber einer Beanspruchung durch Schwefelwasserstoff eine verbesserte
Korrosionswiderstandsfähigkeit
zeigen; die Rohrlockauskelidungen
werden aus einem Stahl gefertigt, der im wesentlichen (Angaben in Gewichtsanteilen)
aus 0,15 bis 0,35 % Kohlenstoff, 0,25 bis 0,75 % Mangan, 0,05 bis 0,50 '% Silizium,
1,0 bis 5,0 ,§ Chrom, 0,30 bis 1,0 wo Molybdän, 0,05 bis 0,55 % Vanadium, 0 bis
0,25 % Niobium, 0 bis 1,0 % Aluminium und im Rest aus Eisen besteht. Das Verfahren
besteht darin, beim Stahl bei Temperaturen im Bereich von 843,3 bis 926,70 C (1550
bis 17000 F) eine Austenitisierung durchzuführen, , den Stahl abzuschrecken um eine
Mikrostruktur zu erhalten, die im wesentlichen aus Martensit gebildet wird, und
den Stahl bei Temperaturen im Bereich von 648,9 bis 760,00 C (1200 bis 14000 F)
zu tempern, um eine S:treckfestigkeit in einer Höhe von 63,3 bis 101,9 kg/mm2 oo,oOO
bis 145,000 psi) und eine Maximalhärte von 35 Rc zu erhalten.
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Weiterhin sieht die Erfindung einen neuen Bohrloch-Auskleidungsstahl
vor, der gegenüber eine Beanspruchung durch Schwefelwasserstoff eine verbesserte
Korrosionswiderstandsfähigkeit zeigt, im wesentlichen aus (alle Angabe in Gewichtsprozenten)
0,15 bis 0,35 % Kohlenstoff, 0,25 bis 0,75 % Mangan, 0,05 bis 0,50 % Silizium, 1,0
bis 5,0 % Chrom, 0,30 bis 1,0 % Molybdän, 0,05 bis 0,55 % Vanadium, 0 bis 0,25 {,o'
Niobium, 0 bis 1,0 Vo Aluminium und für den Rest aus Eisen besteht, eine Streckfestigkeit
von 63,3 bis 101,9 kg/mm2 (90,000 bis 145,000 psi), eine Maximalhärte von 35 Rc,
und eine Mikrostruktur besitzt, die im wesentlichen aus getempertem Martensit besteht.
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Obwohl die Zusammensetzung des neuen Stahls derjenigen ähnlich ist,
die in den US-PS 2 895 861 und 2 825 669 vorgeschlagen wirde, wird der erfindungsgemäße
Stahl bei niedrigeren Temperaturen im Bereich von 843,3 bis 926,70 C (1550 bis 17000
F) im Vergleich mit denjenigen Temperaturen austenitisiert, die im Falle der oben
angeführten Patentschriften von 970 bis 11000 C (1778 bis 20120 F) reichen. Man
nimmt an, daß eine
Ursache für die verbesserte Rißbildungswiderstsndsfähigkeit
gegenüber einer Sulfidbeanspruchung, durch die sich der erfindungsgemäße stahl auszeichnet,
darin liegt, daß die niedrigere Temperatur für die Austenitisierung eine Auflösung
der Molybdän-, Chrom- und Vanadium-Karbide verhindert.
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Die niedrigere Temperatur für die Austenitisierung führt auch zu einer
feineren Korngröße. Als weiterer Unterschied zu den oben angeführten Patentschriften
ist es bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kritisch, daß der Stahl abgeschrec1t
erden soll, um eine Mikrostruktur, die im wewesentlichen aus Martensit besteht,
zu erhalten.
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Ein anderer Unterschied liegt darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren
eine Temperung bei niedrigeren Temperaturen beinhaltet, um clamit eine ßtreckfestigkeit
von wenigstens 63,3 kg/mm' ( 90,000 psi) zu erhalten. All diese Faktoren stellen
für die Ausbildung der verbesserten Eigenschaften, welche die Erfindung kennzeichnen,
kritische Parameter dar.
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Die Korrosiionsfestigkeit der neuen erfindungsgemäßen Auskleidungsstahlsorten
gegenüber einer Schwof elwasserstolfbeanspruchung wurde dadurch abgeschätzt, daß
gekerbte, durch einen vorspringenden Träger belastete Probestücke einer Schwefelwasserstofflösung
mit einem pIf-Wert von 3 ausgesetzt wurden.
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Die Testversuche liefen für eine Zeitdauer von 300 Stunden; eine Überlebungsbelastungshöhe
(die mit Sigma 50 bezeichnet wird) wurde statisch ermittelt. Die Überlebungsbelastungs
höhe stellt einen Zentralwert für diejenige Beanspruchung dar, über der 50 % der
Probestücke in 300 Stunden ausfielen und unterhalb der 50 % der Probestücke in 300
Stunden den Beanspruchungen gewachsen waren. Die erfindungsgemäßen, mit dieser Methode
getesteten Auskleidungsstahlsorten zeigen bezüglich der Sigma-50-tJberlebungsbelastung
Werte, die von ungefähr 80,85 kg/mm²(115,000 psi) aufwärts liegen.
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Zusätzliche Vorteile und ein genaueres Verständnis der Erfindung
lassen sich der folgenden detaillierten Beschreibung spezieller erfindungsgemäßer
Beispiele entnehmen.
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Die Probestücke für den Test wurden aus vier Stahlschmelzen gemacht,
deren Zusammensetzungen in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben ist. Alle Probestücke
wurden bei einer Temperatur von 926,?o C (17000 F) austenitisiert, abgeschreckt
und bei Temperaturen im Bereich von 621,1 bis 704,4° C (1150 bis 1300°F) getempert.
Die Probestücke wurden so getempert, daß Härte werte im Bereich von 24,5 bis 40,5
Rockwell C und Streckgrenzen im Bereich von 88,31 bis 116,01 kg/mm2 (125.6 bis 165
ksi) vorlagen. Die Temperungstemperaturen, die mechanischen Eigenschaften und die
Sigma-50-Werte für die Überlebungsbelastung werden in der Tabelle II wiedergegeben.
Es sei bemerkt, daß für die Offenbarung die nicht umgerechneten ursprünglichen Maßangaben
maßgebend sind.
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Tabelle I chemische Zusammensetzungen Schmelze C Mn Si P S Cr Mo
V Al Nb Nummer X439 0,24 0,54 0,25 0,015 0,021 1,8 0,8 0,23 0,037-X440 0,24 0,53
0,28 0,016 0,021 1,9 0,63 0,24 0,040-X 441 0,25 0,53 0,27 0,015 0,022 1,90 0,66
0,24 0,045 0,047 X 442 0,26 0,53 0,29 0,014 0,020 1,90 0,66 0,24 0,015 0,12
Tabelle
II
| Schmelze/ Temperatur der Streckgrenez Zugfestigkeit Querscchnitts-
Dehnung |
| Beispiel Temperung verminderung |
| (Einschushnürrung) |
| °C °F (kg/mm²) (ksi) (kg/mm²) (ksi) (%) (% bei 25,4 mm) |
| X439 / 1 621 1150 117,34 166.9 129,86 184.7 61,7 17,0 |
| 114,67 163,1 128,03 182.1 61,3 17,0 |
| Mittelwert MW 165.0 MW 128,94 MW 183.4 MW 61,5 MW 17,0 |
| X439 / 2 649 1200 107,01 152.2 116,92 166.3 64,1 17,0 |
| 105,88 150.6 115,94 164.9 63,7 17,0 |
| MW 106,44 MW 151.4 MW 116,43 MW 165.6 MW 63,9 MW 17,0 |
| X439 / 3 677 1250 92,45 131.5 101,66 144.6 66,4 20,0 |
| 91,75 130.5 100,96 143.6 66,8 20,0 |
| MW 92,10 MW 131.0 MW 101,31 MW 144.1 MW 66,6 MW 20,0 |
| X439 / 4 704 1300 - - - - - - |
| X440 / 5 621 1150 113,90 162.0 127,75 181.7 63,3 19,0 |
| 13,90 162.0 127,47 181.3 63,3 18,0 |
| MW 113,90 MW 162.0 MW 127,61 MW 181.5 MW 63,3 MW 18,5 |
| X440 / 7 677 1250 88,24 125.5 98,01 139.4 68,2 20,0 |
| 88,38 125.7 98,29 139.8 67,8 20,0 |
| MW 88,31 MW 125.6 MW 98,15 MW 139.6 MW 68,0 MW 20,0 |
1.Fortsetzbg Tabelle II
| Schmelze/ Charpy-V-Krebtest Härte Sigma 50 |
| Beispiel (kg/cm² (feet-lbs (Rockwell RC) (kg/mm²) (ksi) |
| bei 21°C bei +70°F |
| X439/1 14.0 40,5 |
| 17.0 - |
| MW 15.5 MW 40,5 17,08 24.3 |
| X439/2 29.0 37,5 |
| 30.0 - |
| MW 29.5 MW 37,5 33,96 48.3 |
| X439/3 35.0 32,0 |
| 38.0 - |
| MW 36.5 MW 32,0 117,72 158.9 |
| X439/4 - 25,5 137,10 195.0 |
| X440/5 16.0 40,0 |
| 18.0 |
| MW 17.0 MW 40,0 17,08 24.3 |
| X440/6 31.0 37,0 |
| 33.0 37,0 |
| MW 32.0 MW 37,0 36,07 51.3 |
| X440/7 40.0 31,0 |
| 43.0 - |
| MW 41.5 MW 31,0 110,24 156.8 |
| X440/8 - 24,5 140,75 200.2 |
2. Fortsetzung Tabele II Austenitisierungstemperatur: 927°C (1700°F)
Mechanische Eigenschaften und Rißfestigkeit gegen Sulfidbeanspruchung
| Schmelze:Bsp. Temeperatur der Streckgrenze Zugsfestigkeit Querschnitts-
Dehnung Härte Sigma 50 |
| Temperung (kg/mm²) (ksi) (kg/mm²) (ksi) verminderung (% bei
(Rock- (kg/mm²) (ksi) |
| (°C) (°F) (Einschnürung) (25 mm) well |
| (%) (Rc) |
| X 441/a) 621 1150 116,2 165.3 128,8 183.2 60,7 17,5 40,0 21,9
31.1 |
| b) 649 1200 107,0 152.2 116,7 166.0 65,2 18,0 36,4 52,0 74.0 |
| c) 677 1250 92,0 130.8 99,5 141.5 68,9 20,0 31,3 145,8 207.4 |
| d) 704 1300 78,7 112.0 87.5 124.4 69,7 21,5 25,4 137,2 195.2 |
| X 442/e) 621 1150 116,8 166.1 128,9 183.4 61,5 17,0 40,3 14,8
21.1 |
| f) 649 1200 107,3 152.6 116,5 165.7 64,1 18,0 36,5 31,2 44.4 |
| g) 677 1250 92,3 131.3 99,8 142.0 66,6 19,5 30,9 88,6 126.0 |
| h) 704 1300 80,1 113.9 87,7 124.8 69,6 21,0 26,6 125,1 177.9 |
Wie speziell aus der Tabelle II deutlich wird, werden die Beispiele
3,4,7 und 8 erfindungsgemäß in dem Maße hitzebehandelt, daß eine Härte kleiner als
35 Rc und eine Streckgrenze von 63,3 bis 101,9 kg/mm2 (90 bis 145 ksi) vorliegen.
Die Beispiele 1 und 2 wurden auf die höheren Härtewerte von 40,5 Rc bzw.
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37,5 R und zu höheren Streckgrenzen von im Durchschnitt 116,0 c 2
bzw. 106,2 kg/mm² (165 ksi and 151 ksi) getempert. Die überlebungsbelastungshöhe
für Beispiel 1 war nur 17,1 kg/mm² (24.3 ksi) und für Beispiel 2 nur 34,0 kg/mm²
(48.3 ksi) wenn dies mit einer Überlebungsbelastungshöhe von 111,7 kg/mm² (152.9
ksi) im Beispiel 3 und 137,1 kg/mm² (195 ksi) für Beispiel 4 verglichen wird. Die
Beispiele 5 und 6 wurden ebenfalls auf die hohen Härtewerte von 40 R6 bzw. 37 R6
und auf die Streckgrenzen von 113,9 kg/mm² bzw.
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2 104,5 kg/mm (162 ksi and 148.6 ksi) getempert. Die Uberlebungsbelastungshöhe
war für Beispiel 5 17,1 kg/mm2 (24.3 ksi) und für Beispiel 6 36,1 kg/mm2 (51,3 ksi),
was mit den entsprechenden Werten für Beispiel 7 von 110?2 kg/mm2 (156.8 ksi) und
140,8kg/mm2 (200.2 ksi) für Beispiel 8 verglichen werden sollte.
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Die Beispiele a) und b) der Schmelze X 441 mit Nb-Anteil zeigten bei
621°C bzw. 649°C (1150; 1200°F) Temperungstemperaturen Streckgrenzwerte von 116,2
bzw. 107,0 kg/mm² (165.3; 152.2 ksi). Dabei ergab sich für Beispiel a) eine Überlebungsbelastungshöhe
von 21,9 kg/mm² (31,1 ksi) und eine Härte Rc = 40,0 und für Beispiel b) eine Uberlebungsbelastunqshöhe
von 52,0 kg/mm2 (74.0 ksi) und eine Härte Rc= 36,4, was mit den entsprechenden höheren
Werten 145,8 kg/mm² (207,4 ksi) und 137,2 kg/mm² (195.2 ksi) für die Überlebungsbelastungshöhe
der Beispiele c) bzw. d) verglichen werden sollte, die eine Rockwellhärte Rc von
22,0 bzw. 17,9 2 kg/mm² (31.3; 25.4 ksi) und Streckgrenzwerte von 92,0 bzw.
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79,3 kg/mm² (130,8; 112.8 ksi) zeigten. Die Beispiele e) und f) der
Schmelze X 442 mit Nb-Anteil wurden
bei den Temperungstemperaturen
621 bzw. 6490C (1150; 12000F) getempert; dabei ergaben sich Rockwellhärten von 28,3
bzw.
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25,7 kg/mm² (40,3; 36,5 ksi), während die Streckgrenzen der beiden
Beispiele e) und f) Werte von 116,8 und 107,3 kg/mm2 (166.1; 152.6 ksi) zeigten.
Die Überlebungsbelastungshöhe 2 war dann beim Beispiel e) nur 14,8 kg/mm² (21.1
ksi) und beim Beispiel f) nur 31,2 kg/mm² (44,4 ksi). Dagegen besaßen die Beispiele
g) und h) der gleichen Schmelze, die bei den Temperaturen 677 bzw. 704°C (1250;
1300°F) getempert wurden, Streckgrenzwerte von 92,3 bzw. 80,1 kg/mm² (131.3; 113.9
ksi) und die hohen überlebungsbelastungshöhen von 88,6 bzw. 125.1 kg/mm2 (126.0;
177.9 ksi). Damit wird deutlich, daß die mechanischen Eigenschaften der Probestücke
aus der Stahlschmelze X 442 ähnliche Tendenzen wie die Probestücke der Stahlschmelze
X 441 zeigen.
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In der folgenden Tabelle II einer Auskleidungsstahllegierung G sind
die mechanischen Eigenschaften von Probestücken wiedergegeben, die bei Temperaturen
im Bereich von 6490C bis 7320C (12000F to 13500F) getempert wurden. Dieser Tabelle
läßt sich entnehmen, daß das erste Beispiel mit einer Temperungstemperatur von 6490C
(12000F) eine höhere Streckgrenze und eine höhere Rockwellhärte zeigt, als dies
erfindungsgemäß vorgesehen ist.
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Dabei zeigt sich bei diesem ersten Beispiel, daß die Überlebungsbelastungshöhe
nur 58,6 kg/mm² (69,1 ksi) betrug. Die Streckgrenze und die Härte des zweiten Probestücks
dieser Tabelle entsprechen Werten, die an den oberen erfindungsgemäß zulässigen
Grenzen liegen. In diesem Beispiel war die Überlebungsbelastungshöhe 74,7 kg/mm²
(106,3 ksi) und die Härte 34,8 Rc. Wie sich der Tabelle entnehmen läßt, liegen die
nächsten drei Beispiele mit den Temperungstemperaturen 691 0C, 7040C und 7320C (1275;
1300; 13500F) bezüglich der Streckgrenze und der Härte in den erfindungsgemäßen
Bereichen; ihre Oberlebungsbelastungshöhen reichen von 131,6 bis 140,3 kg/mm2 (187.2
ksi to 199.5 ksi).
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Tabelle III Chemische Zusammensetzung Auskleidungsstahl C Mn Si P
S Cr Mo V Al G 0,25 0,50 0,29 ,008 0,022 1,90 0,63 0,22 0,024 Mechanische Eigenschaften
und Rißfestigkeit gegenüber Sulfidbeanspruchung
| Kennzeichen Austenitisierungs- Temperungs- Streckgrenze Zugfestik-
Quer- Dehnung Härte Sigma 50 |
| temperaturen Temperatur (kg/mm²) (kei) keit schnitts- (% bei
Rock- (kg/mm²)kei) |
| (°C) (°F) (°C) (°D) (kg/mm²) (ksi) vermin- 25,4 mm) well |
| derung, (Rc) |
| Einschnü- |
| rung (%) |
| C-14 927 1700 649 1200 116,3 165.4 127,0 180.6 61,0 16,5 39,1
48,6 69.1 |
| C-58 927 1700 677 1250 102,5 145.8 110,9 157.7 64,3 17,5 34,8
74,7 106.3 |
| C-912 927 1700 691 1275 91,5 130.1 99,7 141.8 66,9 20,0 30,3
131,6 187.2 |
| C-1316 927 1700 704 1300 82,8 117.8 91,5 130.1 70,5 20,5 27,2
140,3 199.5 |
| C-1720 927 1700 732 1350 70,7 100.6 81,3 115.7 73,2 23,0 22,4
131,8 187.5 |
Bohrloch-Auskleidungen wurden aus einer anderen Stahlschmelze
gemacht, deren Zusammensetzung in der Tabelle IV gezeigt wird.
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Der Auskleidungsstahl wurde bei einer Temperatur von 926,70C (17000F)
austenitisiert und bei 690,60C (12750F) getempert.
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Verschiedene Mantelrohrgrößen, die machanischen Eigenschaften und
die überlebungsbelstungshöhe jeder Größe werden in der Tabelle IV wiedergegeben.
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Tabelle IV Schmelze C Mn Si P S Cu Ni Cr Mo V Al 62824 0,25 0,49
0,35 0,015 0,023 0,09 0,13 1,85 0,67 0,24 0,025
| Beispiel Kennziffer Mantelrohr- Streckgrenze Zugfestigkeit
Dehnung Härte Sigma 50 |
| größe |
| Durch- Wan- (% bei Rockwell (kg/mm²) (ksi) |
| messer dung (kg/mm²) (ksi) (kg/mm²) (ksi) 50,8 mm) (Rc) |
| 9 AA 7" 0.73" 97,02 138.0 104,41 148.5 19,0 33,4 116,85 166.2 |
| 177,8 mm 18,54 mm |
| 10 CC 7" 0.73" 89,99 128.0 99,84 142.0 20,0 32,3 112,49 160.0 |
| 177,8 mm 18,54 mm |
| 11 FF 7" 1.00" 99,84 142.0 108,27 154.0 19,0 34,4 82,26 117.0 |
| 177,8 mm 25,4 mm |
| 12 HH 7" 1.00" 103,35 147.0 113.19 161.0 19,0 35,3 54,21 77.1 |
| 177,8 mm 25,44 mm |
| 13 MM 7" 1.200" 86,48 123.0 116.01 165.0 19,0 35,1 55,82 79.4 |
| 177,8 mm 30,48 mm |
Die Beispiele 9, 10 und 11 der Tabelle IV zeigen Härtewerte und
Streckgrenzen, wie sie von der Erfindung beabsichtigt sind. Es läßt sich erkenne,
daß die Höhe für die Überlebungsbelastung von 82,3 kg/mm² (117 ksi) für Beispiel
11 bis 116.8 kg/mm² (166.2 ksi) für Beispiel 9 reicht. Das Beispiel 12 zeigt eine
höhere Streckgrenze von 103,4 kg/mm² (147 ksi) und eine größere Härte von 35,3 Rc.
Die Höhe für die Überlebungsbelastung von Beispiel 12 war nur 54,2 kG/mm2 (77.1
ksi), was mit 82,3 kg/mm2 (117 ksi) hir Beispiel 11 verglichen werden sollte. Beispiel
13 zeigte eine Streckgrenze, die innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs lag, hatte
jedoch eine größere Härte von 35,1 I?c Die höhe für die Überlebungsbeanspruchung
von Beispiel 13 war 55,8 kg/mm² (79.4 ksi), was mit den 82,3 kg/mm² (117 ksi) für
Beispiel 11 verglichen werden sollte.
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Aus dem vorher Gesagten läßt sich erkennen, daß es erfindungsgemäß
möglich ist, Auskleidungs-Stahlsorten hoher Festigkeit mit verbesserter Beanspruchungsfestigkeit
bei ochwefelwasserstoff-Korrosion zu erhalten, und daß diese verbesserten Eigenschaften
von den eng miteinander in Beziehung stehenden metallurgischen Faktoren Zusammensetzung,
Härte, Festigkeit und Ilikrostruktur herriihren.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Bohrloch-Auskleidungsstahl zeigt
eine verbesserte Korrosionsfestigkeit gegenüber Beanspruchungen durch Schwefel-Wasserstoff,
besitz-t eine Streckgrenze im Bereich von63,3 bis 101,9 kg/mm2 (90,000 to 145,000
psi), eine Maximalharte von 35 R und eine völlig c getemperte martensitische Mikrostruktur.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur herstellung eines derartigen Stahls mit einer
Abschreck- und Temperhitzebehandlung besteht aus einem Austenitisierungsvorgang
im Bereich von 843,3 bis 926,7°C (1550 bis 1700°F), Abschreckvorgang zur Nartensit-Struktur
und eine Temperung im Bereich von 648,9 bis 7600C,
womit sich eine
Streckgrenze von 63,3 bis 101,9 kg/mm (90,000 to 145,000 psi) und eine Maximalhärte
von 35 Rc ergibt.