CN103614613A - 一种钻杆接头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻杆接头，钻杆接头的元素成分包括铁元素，合金元素和微量元素，微量元素包括以下的质量成分：碳元素含量0.25-0.32%，钼元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%；其它元素含量与API标准成分相同。公开一种钻杆接头制备方法：冶炼管坯；对管坯进行模锻成型处理；对锻件进行调质处理。本发明通过将钻杆接头中元素质量成分进行调整，减小碳元素含量，可降低钻杆接头的硬度，从而减小硫化氢对钻杆接头的腐蚀效果；钼元素可提高钻杆接头的耐腐蚀性并且能够提高钻杆接头的韧性，使得钻杆接头的抗冲击性能提高，减小因钻杆接头断裂而导致事故发生的可能性；此外，本发明制造成本低，可在大量勘探作业中使用，节省生产和使用开支。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探及煤层气勘探领域，特别涉及一种钻杆接头及其制备方法。
背景技术
钻杆是石油天然气勘探与开发中的重要工具。常用的钻杆是以API（American Petroleum Institute，美国石油协会）为标准的E75、X95、G105和S135四个钢级，字母后的数字表示钻杆材料的最小屈服强度，随着油气资源的不断开发和利用，大量含硫的酸性油气田正在被开发，由于硫化氢会对钢材料造成腐蚀和氢致开裂，使钻杆在勘探过程中发生脆性断裂事故，钻杆材料越硬，对硫化氢的敏感性越高，发生腐蚀的风险越大。
现有技术中，在含硫酸油气田的开发过程中，常常使用低钢级的G105钻杆或抗硫钻杆。钢制G105钻杆所用的钻杆接头是与之相匹配的G105钻杆接头，但是由于G105钻杆接头的硬度较高，使得钻杆接头在使用过程中易出现硫化氢腐蚀，导致钻杆接头开裂，引起失效事故发生；而对于抗硫钻杆，造价过高，不适于大量使用。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中的钻杆接头虽然采用了G105型号的钻杆接头，但在实际应用中由于硬度较高仍然易被硫化氢腐蚀，并且此类型号的钻杆接头韧性差，使得钻杆接头的抗冲击性能差，易使得钻杆接头刺漏失效，并且钻杆接头在受到严重腐蚀时会使接头断裂导致钻柱落井，引发井下事故，对油田生产带来巨大损失；而抗硫钻杆虽然抗腐蚀性能较好，但成本较高，不适于大量勘探作业的使用，因此现有的钻杆接头不能满足实际的使用需要。
发明内容
为了解决现有技术的钻杆接头不满足使用需要的问题，本发明实施例提供了一种钻杆接头。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种钻杆接头，所述钻杆接头的元素成分包括铁元素，合金元素和微量元素，所述微量元素包括以下的质量成分：碳元素含量0.25-0.32%，钼元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%；其它元素含量与API标准成分相同。
进一步地，所述钻杆接头内径尺寸比API标准钻杆接头内径尺寸小6-10%。
作为优选，所述钻杆接头的台肩倒角直径比API标准钻杆接头的台肩倒角直径大4-6%。
另一方面，提供了一种钻杆接头的制备方法，所述钻杆接头的制备方法包括以下步骤：
步骤1：微量元素成分按照碳元素为0.25-0.32%，钼元素为0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%，其它元素含量与API标准成分相同冶炼所述钻杆接头的管坯；
步骤2：将冶炼的所述管坯进行模锻成型处理，初步形成钻杆接头模型；
步骤3：将模锻成型后的所述钻杆接头锻件进行高温调质处理，使得所述钻杆接头锻件中的回火索氏体组织大于或等于95%，组织晶粒度大于或等于8级。
作为优选，所述步骤2还包括扩径加工工艺，具体为：将所述钻杆接头模型进行扩径，使得所述钻杆接头模型直径相比API标准钻杆接头模型直径扩大25-33%。
进一步地，所述制备方法还包括步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头进行精加工处理。
作为优选，所述步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的内径尺寸进行精加工处理，使得所述钻杆接头内径尺寸相比API标准的钻杆接头内径尺寸缩小6-10%。
进一步地，所述步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的台肩倒角直径进行精加工处理，使得所述钻杆接头的台肩倒角直径比API标准的钻杆接头的台肩倒角直径扩大4-6%。
作为优选，所述制备方法还包括步骤5：将所述钻杆接头进行精加工处理后，对所述钻杆接头齿底倒角圆弧进行滚压处理。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的钻杆接头及其制备方法，通过将钻杆接头中元素质量成分进行调整，将碳元素含量变为0.25-0.32%，钼元素含量变为0.30-0.38%，硫元素和磷元素含量分别不大于0.01%和0.015%，相比API标准，本发明减小钻杆接头中碳、硫和磷元素含量，可降低钻杆接头的硬度和非金属杂质含量，从而减小硫化氢对钻杆接头的腐蚀效果；而钼元素可提高钻杆接头的耐腐蚀性并且能够提高钻杆接头的韧性，综合上述元素的限定，使得钻杆接头的抗冲击性能提高，大大减小了因钻杆接头断裂而导致发生井下事故的可能性；此外，本发明制造成本低，可在大量勘探作业中使用，大大节省生产和使用开支。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的钻杆接头制备方法的流程图；
图2是本发明又一实施例提供的钻杆接头结构示意图。
其中：1外螺纹接头，
2内螺纹接头，
3螺纹，
4齿底倒角圆弧，
D接头内径尺寸，
d台肩倒角直径。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如图2所示，本发明实施例提供了一种钻杆接头，所述钻杆接头的元素成分包括铁元素，合金元素和微量元素，所述微量元素包括以下的质量成分：碳元素含量0.25-0.32%，钼元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%；其它元素含量与API标准成分相同。
其中，本发明实施例对API标准钻杆接头中的碳元素、钼元素、硫元素和磷元素在含量上进行修改，并以API标准G105钻杆接头的元素含量作为参照，因此本发明实施例中其它元素含量与API标准钻杆接头的元素含量一致，例如硅元素质量成分约0.20-0.26%，铬元素质量成分约1.00-1.20%，锰元素质量成分约0.75-0.95%等。将钻杆接头内的元素质量成分如此设置，通过降低碳含量，可降低钻杆接头的硬度，使得钻杆接头不易被硫化氢腐蚀，若碳含量过低则不能达到所要求的钻杆接头的强度，若碳含量高于0.32%，则钻杆接头易受到硫化氢腐蚀，因此，作为优选，碳元素质量成分约为0.3%；钼元素能够细化钻杆接头组织晶粒，使得钻杆接头组织精密度更高，从而提高钻杆接头的耐腐蚀性和韧性，作为优选，钼元素质量百分含量0.35%，硫、磷元素对钢会造成热脆性和冷脆性，属于钢中有害元素，因此要降低硫、磷元素在钢中的含量。综合限定上述元素范围，不仅能够使钻杆接头满足强度要求降低硫化氢对钻杆接头的影响，而且提高钻杆接头的韧性，增加了钻杆接头抗冲击能力，能够有效解决现有技术中钻杆接头纵向开裂的问题。
本发明实施例通过将API标准钻杆接头中元素质量成分进行调整，减小钻杆接头中碳、硫和磷元素含量，可降低钻杆接头的硬度和非金属杂质含量，从而减小硫化氢对钻杆接头的腐蚀效果；而钼元素可以细化晶粒，获得更细的钻杆接头组织成分，从而提高钻杆接头的耐腐蚀性并且能够提高钻杆接头的韧性，综合上述元素的限定，使得钻杆接头的抗冲击性能提高，大大减小了因钻杆接头断裂而导致发生井下事故的可能性；此外，本发明制造成本低，可在大量勘探作业中使用，大大节省生产和使用开支。
如图2所示，进一步地，所述钻杆接头内径尺寸D比API标准钻杆接头内径尺寸小6-10%。
如图2所示，作为优选，所述钻杆接头的台肩倒角直径d比API标准钻杆接头的台肩倒角直径大4-6%。
其中，钻杆接头内径尺寸D相比API标准的钻杆接头内径尺寸缩小6-10%，钻杆接头的台肩倒角直径d相比API标准的钻杆接头的台肩倒角直径扩大4-6%，可使得钻杆接头的壁厚得到提高，从而能够提高钻杆接头的抗拉强度和抗扭强度，使得钻杆接头在硬度降低的同时，钻杆接头的抗拉强度和抗扭强度能够符合G105标准的强度要求，保持G105钻杆接头的实物性能，并且，在结构上的细小改动不影响钻杆接头的使用，因此能够与现有技术中的G105钻杆接头进行互换，增加了钻杆接头的实用效果。
实施例二
如图1所示，本发明实施例提供了一种钻杆接头的制备方法，所述钻杆接头的制备方法包括以下步骤：
步骤1：微量元素成分按照碳元素为0.25-0.32%，钼元素为0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%，其它元素含量与API标准成分相同冶炼所述钻杆接头的管坯；
步骤2：将冶炼的所述管坯进行模锻成型处理，初步形成所述钻杆接头模型；
步骤3：将模锻成型后的所述钻杆接头锻件进行高温调质处理，使得所述钻杆接头锻件中的回火索氏体组织大于或等于95%，组织晶粒度大于或等于8级。
其中，本发明实施例中的钻杆接头与以上实施例中的钻杆接头结构均相同，在此不再赘述。
本发明实施例通过步骤1中改变相应元素成分，使钻杆接头的管坯材料的硬度降低，韧性提高；通过步骤2进行模锻成型处理得到所需的钻杆接头模型；通过步骤3，使得钻杆接头模型材料屈服强度能够达到100-115kpsi，钻杆接头在－20℃的纵向全尺寸夏比冲击功能大于或等于110J，横向全尺寸夏比冲击功能大于或等于80J，并减少钻杆接头周向残余应力，如此可预防钻杆接头应力腐蚀开裂现象的发生，综合上述步骤，本发明实施例有效降低钻杆接头材料硬度，提高材料的横向冲击韧性和组织晶粒度，减少钻杆接头的纵向和周向残余应力，从而有效地提高钻杆接头抗应力腐蚀和防止接头开裂的能力。
作为优选，所述步骤2还包括扩径加工工艺，具体为：将所述钻杆接头模型进行扩径，使得所述钻杆接头模型直径相比模锻前钻杆接头坯料直径扩大25-33%。其中，在进行模锻处理时，可对钻杆接头进行一次或多次扩径工艺，使钻杆接头模型直径满足所限定的扩径范围，在所限定的扩径范围内，结合步骤1中对元素的范围限定，使得钻杆接头能在纵向和横向均获得较好的金属流动性能，从而能够获得较好的纵向和横向韧性，使得钻杆接头的抗冲击性能得到提高，有效解决钻杆接头纵向容易开裂的问题。在钻杆接头锻件经过后续加工处理后，成型的钻杆接头直径与API标准直径一致，从而可实现与现有钻杆接头进行互换，增加钻杆接头的实用性。
进一步地，所述制备方法还包括步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头进行精加工处理。
如图2所示，作为优选，所述步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的内径尺寸D进行精加工处理，使得所述钻杆接头内径尺寸D相比API标准的钻杆接头内径尺寸缩小6-10%。
如图2所示，进一步地，所述步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的台肩倒角直径d进行精加工处理，使得所述钻杆接头的台肩倒角直径d比API标准的钻杆接头的台肩倒角直径扩大4-6%。
其中，通过步骤4将钻杆接头内径尺寸D相比API标准的钻杆接头内径尺寸缩小6-10%，将钻杆接头的台肩倒角直径d相比API标准的钻杆接头的台肩倒角直径扩大4-6%，可使得钻杆接头的壁厚得到提高，从而能够提高钻杆接头的抗拉强度和抗扭强度，使得钻杆接头在硬度降低的同时，钻杆接头的抗拉强度和抗扭强度能够符合G105标准的强度要求，保持G105钻杆接头的实物性能，并且，在结构上的细小改动不影响钻杆接头的使用，因此能够与现有技术中的G105钻杆接头进行互换，增加了钻杆接头的实用效果。
如图2所示，作为优选，所述制备方法还包括步骤5：将所述钻杆接头进行精加工处理后，对所述钻杆接头齿底倒角圆弧4进行滚压处理，如此可预防钻杆接头螺纹失效。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻杆接头，所述钻杆接头的元素成分包括铁元素，合金元素和微量元素，其特征在于，所述微量元素包括以下的质量成分：碳元素含量0.25-0.32%，钼元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%；其它元素含量与API标准成分相同。
2.根据权利要求1所述的钻杆接头，其特征在于，所述钻杆接头内径尺寸比API标准钻杆接头内径尺寸小6-10%。
3.根据权利要求1所述的钻杆接头，其特征在于，所述钻杆接头的台肩倒角直径比API标准钻杆接头的台肩倒角直径大4-6%。
4.一种权利要求1-3任一项所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述钻杆接头的制备方法包括以下步骤：
步骤1：微量元素成分按照碳元素为0.25-0.32%，钼元素为0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%，其它元素成分按照API标准成分冶炼所述钻杆接头的管坯；
步骤2：将冶炼的所述管坯进行模锻成型处理，初步形成钻杆接头模型；
步骤3：将模锻成型后的所述钻杆接头锻件进行高温调质处理，使得所述钻杆接头锻件中的回火索氏体组织大于或等于95%，组织晶粒度大于或等于8级。
5.根据权利要求4所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述步骤2为扩径加工工艺，具体为：将所述钻杆接头模型进行扩径，使得所述钻杆接头模型直径相比扩径前坯料直径扩大25-33%。
6.根据权利要求4所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤4，具体为：将调质处理后的所述钻杆接头进行精加工处理。
7.根据权利要求6所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的内径尺寸进行精加工处理，使得所述钻杆接头内径尺寸相比API标准的钻杆接头内径尺寸缩小6-10%。
8.根据权利要求6所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体为：将调质处理后的所述钻杆接头的台肩倒角直径进行精加工处理，使得所述钻杆接头的台肩倒角直径相比API标准的钻杆接头的台肩倒角直径扩大4-6%。
9.根据权利要求6-8任一项所述的钻杆接头的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤5：将所述钻杆接头进行精加工处理后，对所述钻杆接头齿底倒角圆弧进行滚压处理。
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