[发明专利]一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金和合金的热处理方式领域。

背景技术

根据美国石油协会《钻杆规范》（API 5DP-2009 第1版），钻杆分为E、X、G、S四种钢级。该标准规定了钻杆管体室温纵向全尺寸冲击韧性≥54J。该标准规定了钻杆为带有对焊接头的钻杆管体，钻杆管体为管体两端有加厚段的无缝钢管。本发明涉及到钻杆管体及其制造方法，属于石油钻杆领域。

随着新疆油田、深海区域的不断开发，深井、超深井的比例不断增大，这些均对钻杆的性能提出了更高的要求。随着国内输油输气管线的开发，穿越工程越来越多，对超高强度钻杆需求日渐增多。这两个市场对钻杆总的要求就是提高强度，保证冲击韧性不降低。

发明内容

本发明提供了一种应用于超深井工况的钻杆管体及其制造方法，本发明的目的是通过合理控制钢种元素含量和制造参数，相比较与现有钢种，减少了Mo、Ni、V等贵金属的使用（按照百分含量，减少20%-50%），调整了Cr元素含量，从而提高了钻杆管体的强度和冲击韧性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种应用于超深井工况的钻杆管体，该钻杆管体的钢种成分及含量为：C：0.22-0.28，Si：0.20-0.35，Mn：0.45-0.65，Cr：0.95-1.15，Mo：0.75-0.85，Ni：≤0.08，V：0.05-0.10，Cu：0-0.05，S：≤0.005，P：≤0.015，余量为Fe，单位为质量百分比。

所述钻杆管体的屈服强度达到1200-1300MPa，抗拉强度大于1250MPa，断后延伸率大于18%，20℃下的V型缺口冲击功大于80J，晶粒度小于等于9级。

一种应用于超深井工况的钻杆管体的制造方法，包括如下步骤：

第一步，制作钻杆管体

将按照权利要求1中的钢种成分制备的无缝钢管的两端部500mm以内加热至1200-1300℃，清除表面的氧化皮，然后采用三次成型方式将两管端加厚形成钻杆管体；

第二步，淬火

将上述第一步得到的钻杆管体升温至890℃-930℃，保温100-120分钟后出炉，15秒钟内进入10℃-30℃的淬火液，淬火时间不少于30秒；

第三步，回火

a）一次回火：将上述第二步得到的钻杆管体升温至550℃-580℃，保温90-120分钟后出炉，自然冷却至室温；

b）二次回火：将一次回火得到的钻杆管体继续升温至570℃-600℃，保温120-150分钟后出炉，自然冷却至室温，得到最终的钻杆管体。

上述第一步中采用高压水除鳞技术清除无缝钢管表面的氧化皮。

上述第一步中采用机械式镦粗机将无缝钢管两端加厚。

所述第一步中三次成型方式的具体工艺步骤为：首先进行一次成型，然后进行连续的二三次成型，每次成型在1-2s的时间内完成加厚。

采用上述技术方案取得的技术进步为：本发明通过合理控制钢种元素含量，减少了钢种Mo、Ni、V等贵金属的使用，降低了钻杆管体的炼钢成本；同时通过调整热处理工艺的各种参数，特别是二次回火工艺的加入，两次回火工艺相配合，有效提高了钻杆管体的强度，同时也获得了比较高的冲击韧性；制作钻杆管体时两端加厚方式的应用保证了加厚端和管体的组织基本一致，为超深井作业和管道穿越作业提供了良好的解决方案。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。

按照本发明对钻杆管体的化学成分配比，钢种成分及含量为：C：0.22-0.28，Si：0.20-0.35，Mn：0.45-0.65，Cr：0.95-1.15，Mo：0.75-0.85，Ni：≤0.08，V：0.05-0.10，Cu：0-0.05，S：≤0.005，P：≤0.015，余量为Fe，单位为质量百分比。

将上述成分的钢种经冶炼、轧制后，制成Φ168.3x10.92mm，长9200-9500mm的无缝钢管，再按照如下步骤进行制造：

第一步，制作钻杆管体

将无缝钢管的两端部500mm以内的部分采用2台中频炉、1台管端均热炉的加热方式加热至1200-1300℃，加热完成后采用高压水除鳞技术清除无缝钢管表面的氧化皮，然后通过机械式镦粗机采用三次成型方式将管端加厚制成钻杆管体。具体操作时，两端部分开进行，一端完成后再进行另一端。

第二步，整体淬火