[发明专利]一种高韧性石油钻杆及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻杆的制造技术，尤其是一种高韧性石油钻杆及其制造方法，属于石油钻杆技术领域。

背景技术

深层油气资源的勘探开发，是实现油田油气资源战略接替的主要途径。大力发展深井超深井钻井技术，既是勘探开发的需要，也是积极适应钻井工程技术服务市场竞争的需要。

有关资料表明，中国的石油可采资源量目前预计为150亿吨，待发现和探明85亿吨左右，占可采石油资源探明程度的57％。这部分待探明的石油资源主要分布在塔里木、准噶尔、柴达木、吐哈四个盆地，是中国石油产量的主要接替区；同时，这部分资源量的73％埋藏在5000米以下。实现新地区、新领域、新层位尤其是深层的油气突破，寻找和扩大油田含油气范围及领域，成为顺利实现中国石油资源接替目标的主要手段，深井超深井钻井技术的快速、规模发展则是这一手段最重要的实现方式。

石油钻杆是油田钻井的主要工具，结构中包括钻杆管体和钻杆管体两端的钻杆接头。在油气的开采过程中，要求采用高强度钻杆，钻杆管体必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲、和振动。目前API 5DP中的标准S钢级钻杆，其屈服强度在931-1138MPa之间，冲击功要求(20℃、7.5x10mm)大于43J，但其在实际使用中常出现刺穿、腐蚀、疲劳断裂等现象，失效比较严重。因此急需开发一种高韧性、高强度的钻杆，要求冲击韧性达到(20℃、7.5x10mm)大于64J以上，符合“先漏后破”的失效准则，从而避免钻杆在深井、超深井作业时出现疲劳断裂的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性石油钻杆及其制造方法，通过降低了钢种中Cr、Mo、Ni等贵金属的用量，在强度不变的情况下，大大降低生产成本；通过成分调整和合理的热处理工艺，大大提高钻杆的韧性，能够满足深井、超深井作业工况需求。

本发明的技术方案为：

一种高韧性石油钻杆，该钻杆管体的钢种成分和质量百分比组成为：C：0.21％-0.27％，Si：0.25％-0.40％，Mn：1.05％-1.25％，Cr：0.90％-1.15％，Mo：0.30％-0.50％，Ni：≤0.1％，V：0.04％-0.10％，Cu：0-0.10％，S：≤0.005％，P：≤0.015％，余量为Fe，单位为质量百分比。

本发明还提供了上述高韧性石油钻杆的制造方法，包括下述步骤：

(1)将无缝钢管两端加厚：将钢管管端500mm以内加热至1200-1300℃，采用机械镦粗加厚两端，制成钻杆管体；加热方式采用中频炉加热；

(2)制成的钻杆管体进行整体热处理，热处理工艺为淬火+高温回火；

(3)焊接；

该钻杆管体的钢种成分和质量百分比组成为：C：0.21％-0.27％，Si：0.25％-0.40％，Mn：1.05％-1.25％，Cr：0.90％-1.15％，Mo：0.30％-0.50％，Ni：≤0.1％，V：0.04％-0.10％，Cu：0-0.10％，S：≤0.005％，P：≤0.015％，余量为Fe，单位为质量百分比。

步骤(2)中，淬火工艺为：淬火炉温度为850℃-880℃，保温30-50分钟，采用10℃-30℃的水进行淬火，淬火时间不少于28秒。

步骤(2)中，回火工艺为：回火炉温度为610℃-630℃，保温60-90分钟，自然冷却至室温。

步骤(3)中钻杆管体与接头通过摩擦压接焊的方式进行焊接，形成钻杆。

1、本发明通过Cr、Mn、Mo元素的配比调整，来提高钻杆的韧性和焊接性能，不仅实现了低成本、高韧性，而且焊接性能有了很大的提升。

2、针对钻杆成分的调整，设计合理的热处理工艺，通过淬火温度、回火温度、保温时间的合理搭配，使钻杆管体能够整体充分均匀达到奥氏体，产品性能稳定，充分发挥了钢种的潜力，使钻杆的性能达到最优，对钻杆性能起到了决定性作用。

本发明的有益效果：

本发明通过降低了钢种中Cr、Mo、Ni等贵金属的用量，在强度不变的情况下，大大降低生产成本；通过成分调整和合理的热处理工艺，大大提高钻杆的韧性，能够满足深井、超深井作业工况需求。