一種鉆桿接頭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆桿接頭，鉆桿接頭的元素成分包括鐵元素，合金元素和微量元素，微量元素包括以下的質(zhì)量成分：碳元素含量0.25-0.32%，鉬元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015%；其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同。公開一種鉆桿接頭制備方法：冶煉管坯；對管坯進(jìn)行模鍛成型處理；對鍛件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。本發(fā)明通過將鉆桿接頭中元素質(zhì)量成分進(jìn)行調(diào)整，減小碳元素含量，可降低鉆桿接頭的硬度，從而減小硫化氫對鉆桿接頭的腐蝕效果；鉬元素可提高鉆桿接頭的耐腐蝕性并且能夠提高鉆桿接頭的韌性，使得鉆桿接頭的抗沖擊性能提高，減小因鉆桿接頭斷裂而導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性；此外，本發(fā)明制造成本低，可在大量勘探作業(yè)中使用，節(jié)省生產(chǎn)和使用開支。
【專利說明】一種鉆桿接頭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油勘探及煤層氣勘探領(lǐng)域，特別涉及一種鉆桿接頭及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鉆桿是石油天然氣勘探與開發(fā)中的重要工具。常用的鉆桿是以API (AmericanPetroleum Institute，美國石油協(xié)會)為標(biāo)準(zhǔn)的E75、X95、G105和S135四個(gè)鋼級，字母后的數(shù)字表示鉆桿材料的最小屈服強(qiáng)度，隨著油氣資源的不斷開發(fā)和利用，大量含硫的酸性油氣田正在被開發(fā)，由于硫化氫會對鋼材料造成腐蝕和氫致開裂，使鉆桿在勘探過程中發(fā)生脆性斷裂事故，鉆桿材料越硬，對硫化氫的敏感性越高，發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)越大。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在含硫酸油氣田的開發(fā)過程中，常常使用低鋼級的G105鉆桿或抗硫鉆桿。鋼制G105鉆桿所用的鉆桿接頭是與之相匹配的G105鉆桿接頭，但是由于G105鉆桿接頭的硬度較高，使得鉆桿接頭在使用過程中易出現(xiàn)硫化氫腐蝕，導(dǎo)致鉆桿接頭開裂，引起失效事故發(fā)生；而對于抗硫鉆桿，造價(jià)過高，不適于大量使用。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的鉆桿接頭雖然采用了 G105型號的鉆桿接頭，但在實(shí)際應(yīng)用中由于硬度較高仍然易被硫化氫腐蝕，并且此類型號的鉆桿接頭韌性差，使得鉆桿接頭的抗沖擊性能差，易使得鉆桿接頭刺漏失效，并且鉆桿接頭在受到嚴(yán)重腐蝕時(shí)會使接頭斷裂導(dǎo)致鉆柱落井，引發(fā)井下事故，對油田生產(chǎn)帶來巨大損失；而抗硫鉆桿雖然抗腐蝕性能較好，但成本較高，不適于大量勘探作業(yè)的使用，因此現(xiàn)有的鉆桿接頭不能滿足實(shí)際的使用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鉆桿接頭不滿足使用需要的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鉆桿接頭。所述技術(shù)方案如下:`
[0007]一方面，提供了一種鉆桿接頭，所述鉆桿接頭的元素成分包括鐵元素，合金元素和微量元素，所述微量元素包括以下的質(zhì)量成分:碳元素含量0.25-0.32%,鑰元素含量
0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015% ;其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同。
[0008]進(jìn)一步地，所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸小6-10%。
[0009]作為優(yōu)選，所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的臺肩倒角直徑大4-6% ο
[0010]另一方面，提供了一種鉆桿接頭的制備方法，所述鉆桿接頭的制備方法包括以下步驟:
[0011]步驟1:微量元素成分按照碳元素為0.25-0.32%，鑰元素為0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%,磷元素含量不大于0.015%,其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同冶煉所述鉆桿接頭的管還;
[0012]步驟2:將冶煉的所述管坯進(jìn)行模鍛成型處理，初步形成鉆桿接頭模型；[0013]步驟3:將模鍛成型后的所述鉆桿接頭鍛件進(jìn)行高溫調(diào)質(zhì)處理，使得所述鉆桿接頭鍛件中的回火索氏體組織大于或等于95%，組織晶粒度大于或等于8級。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟2還包括擴(kuò)徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進(jìn)行擴(kuò)徑，使得所述鉆桿接頭模型直徑相比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭模型直徑擴(kuò)大25-33%。
[0015]進(jìn)一步地，所述制備方法還包括步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的內(nèi)徑尺寸進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸縮小6-10%。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴(kuò)大4-6%。
[0018]作為優(yōu)選，所述制備方法還包括步驟5:將所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧進(jìn)行滾壓處理。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0020]本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆桿接頭及其制備方法，通過將鉆桿接頭中元素質(zhì)量成分進(jìn)行調(diào)整，將碳元素含量變?yōu)?.25-0.32%，鑰元素含量變?yōu)?.30-0.38%，硫元素和磷元素含量分別不大于0.01%和0.015%，相比API標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明減小鉆桿接頭中碳、硫和磷元素含量，可降低鉆桿接頭的硬度和非金屬雜質(zhì)含量，從而減小硫化氫對鉆桿接頭的腐蝕效果；而鑰元素可提高鉆桿接頭的耐腐蝕性并且能夠提高鉆桿接頭的韌性，綜合上述元素的限定，使得鉆桿接頭的抗沖擊性能提高，大大減小了因鉆桿接頭斷裂而導(dǎo)致發(fā)生井下事故的可能性；此外，本發(fā)明制造成本低，可在大量勘探作業(yè)中使用，大大節(jié)省生產(chǎn)和使用開支。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆桿接頭制備方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]其中:I外螺紋接頭，
[0025]2內(nèi)螺紋接頭，
[0026]3 螺紋，
[0027]4齒底倒角圓弧，
[0028]D接頭內(nèi)徑尺寸，
[0029]d臺肩倒角直徑。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0031]實(shí)施例一
[0032]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鉆桿接頭，所述鉆桿接頭的元素成分包括鐵元素，合金元素和微量元素，所述微量元素包括以下的質(zhì)量成分:碳元素含量0.25-0.32%，鑰元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于
0.015% ;其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同。
[0033]其中，本發(fā)明實(shí)施例對API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭中的碳元素、鑰元素、硫元素和磷元素在含量上進(jìn)行修改，并以API標(biāo)準(zhǔn)G105鉆桿接頭的元素含量作為參照，因此本發(fā)明實(shí)施例中其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的元素含量一致,例如娃元素質(zhì)量成分約0.20-0.26%,鉻元素質(zhì)量成分約1.00-1.20%，錳元素質(zhì)量成分約0.75-0.95%等。將鉆桿接頭內(nèi)的元素質(zhì)量成分如此設(shè)置，通過降低碳含量，可降低鉆桿接頭的硬度，使得鉆桿接頭不易被硫化氫腐蝕，若碳含量過低則不能達(dá)到所要求的鉆桿接頭的強(qiáng)度，若碳含量高于0.32%,則鉆桿接頭易受到硫化氫腐蝕，因此，作為優(yōu)選，碳元素質(zhì)量成分約為0.3% ;鑰元素能夠細(xì)化鉆桿接頭組織晶粒，使得鉆桿接頭組織精密度更高，從而提高鉆桿接頭的耐腐蝕性和韌性，作為優(yōu)選，鑰元素質(zhì)量百分含量0.35%，硫、磷元素對鋼會造成熱脆性和冷脆性，屬于鋼中有害元素，因此要降低硫、磷元素在鋼中的含量。綜合限定上述元素范圍，不僅能夠使鉆桿接頭滿足強(qiáng)度要求降低硫化氫對鉆桿接頭的影響，而且提高鉆桿接頭的韌性，增加了鉆桿接頭抗沖擊能力，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中鉆桿接頭縱向開裂的問題。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例通過將API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭中元素質(zhì)量成分進(jìn)行調(diào)整，減小鉆桿接頭中碳、硫和磷元素含量，可降低鉆桿接頭的硬度和非金屬雜質(zhì)含量，從而減小硫化氫對鉆桿接頭的腐蝕效果；而鑰元素可以細(xì)化晶粒，獲得更細(xì)的鉆桿接頭組織成分，從而提高鉆桿接頭的耐腐蝕性并且能夠提高鉆桿接頭的韌性，綜合上述元素的限定，使得鉆桿接頭的抗沖擊性能提高，大大減小了因鉆桿接頭斷裂而導(dǎo)致發(fā)生井下事故的可能性；此外，本發(fā)明制造成本低，可在大量勘探作業(yè)中使用，大大節(jié)省生產(chǎn)和使用開支。
[0035]如圖2所示，進(jìn)一步地，所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸D比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸小
6-10%ο
[0036]如圖2所示，作為優(yōu)選，所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的臺肩倒角直徑大4-6%。
[0037]其中，鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸D相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸縮小6-10%，鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴(kuò)大4-6%，可使得鉆桿接頭的壁厚得到提高，從而能夠提高鉆桿接頭的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，使得鉆桿接頭在硬度降低的同時(shí)，鉆桿接頭的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度能夠符合G105標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度要求，保持G105鉆桿接頭的實(shí)物性能，并且，在結(jié)構(gòu)上的細(xì)小改動不影響鉆桿接頭的使用，因此能夠與現(xiàn)有技術(shù)中的G105鉆桿接頭進(jìn)行互換，增加了鉆桿接頭的實(shí)用效果。
[0038]實(shí)施例二
[0039]如圖1所示，本發(fā) 明實(shí)施例提供了一種鉆桿接頭的制備方法，所述鉆桿接頭的制備方法包括以下步驟:
[0040]步驟1:微量元素成分按照碳元素為0.25-0.32%，鑰元素為0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%,磷元素含量不大于0.015%,其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同冶煉所述鉆桿接頭的管坯；[0041]步驟2:將冶煉的所述管坯進(jìn)行模鍛成型處理，初步形成所述鉆桿接頭模型；
[0042]步驟3:將模鍛成型后的所述鉆桿接頭鍛件進(jìn)行高溫調(diào)質(zhì)處理，使得所述鉆桿接頭鍛件中的回火索氏體組織大于或等于95%，組織晶粒度大于或等于8級。
[0043]其中，本發(fā)明實(shí)施例中的鉆桿接頭與以上實(shí)施例中的鉆桿接頭結(jié)構(gòu)均相同，在此不再贅述。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例通過步驟I中改變相應(yīng)元素成分，使鉆桿接頭的管坯材料的硬度降低，韌性提高；通過步驟2進(jìn)行模鍛成型處理得到所需的鉆桿接頭模型；通過步驟3，使得鉆桿接頭模型材料屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到100-115kpsi，鉆桿接頭在一 20°C的縱向全尺寸夏比沖擊功能大于或等于110J，橫向全尺寸夏比沖擊功能大于或等于80J，并減少鉆桿接頭周向殘余應(yīng)力，如此可預(yù)防鉆桿接頭應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象的發(fā)生，綜合上述步驟，本發(fā)明實(shí)施例有效降低鉆桿接頭材料硬度，提高材料的橫向沖擊韌性和組織晶粒度，減少鉆桿接頭的縱向和周向殘余應(yīng)力，從而有效地提高鉆桿接頭抗應(yīng)力腐蝕和防止接頭開裂的能力。
[0045]作為優(yōu)選，所述步驟2還包括擴(kuò)徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進(jìn)行擴(kuò)徑，使得所述鉆桿接頭模型直徑相比模鍛前鉆桿接頭坯料直徑擴(kuò)大25-33%。其中，在進(jìn)行模鍛處理時(shí)，可對鉆桿接頭進(jìn)行一次或多次擴(kuò)徑工藝，使鉆桿接頭模型直徑滿足所限定的擴(kuò)徑范圍，在所限定的擴(kuò)徑范 圍內(nèi)，結(jié)合步驟I中對元素的范圍限定，使得鉆桿接頭能在縱向和橫向均獲得較好的金屬流動性能，從而能夠獲得較好的縱向和橫向韌性，使得鉆桿接頭的抗沖擊性能得到提高，有效解決鉆桿接頭縱向容易開裂的問題。在鉆桿接頭鍛件經(jīng)過后續(xù)加工處理后，成型的鉆桿接頭直徑與API標(biāo)準(zhǔn)直徑一致，從而可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有鉆桿接頭進(jìn)行互換，增加鉆桿接頭的實(shí)用性。
[0046]進(jìn)一步地，所述制備方法還包括步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理。
[0047]如圖2所示，作為優(yōu)選，所述步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的內(nèi)徑尺寸D進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸D相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸縮小6-10%ο
[0048]如圖2所示，進(jìn)一步地，所述步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴(kuò)大4-6%。
[0049]其中，通過步驟4將鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸D相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸縮小6-10%，將鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴(kuò)大4-6%，可使得鉆桿接頭的壁厚得到提高，從而能夠提高鉆桿接頭的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，使得鉆桿接頭在硬度降低的同時(shí)，鉆桿接頭的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度能夠符合G105標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度要求，保持G105鉆桿接頭的實(shí)物性能，并且，在結(jié)構(gòu)上的細(xì)小改動不影響鉆桿接頭的使用，因此能夠與現(xiàn)有技術(shù)中的G105鉆桿接頭進(jìn)行互換，增加了鉆桿接頭的實(shí)用效果。
[0050]如圖2所示，作為優(yōu)選，所述制備方法還包括步驟5:將所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧4進(jìn)行滾壓處理，如此可預(yù)防鉆桿接頭螺紋失效。[0051 ] 上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆桿接頭，所述鉆桿接頭的元素成分包括鐵元素，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質(zhì)量成分:碳元素含量0.25-0.32%，鑰元素含量0.30-0.38%，硫元素含量不大于0.01%，磷元素含量不大于0.015% ;其它元素含量與API標(biāo)準(zhǔn)成分相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿接頭，其特征在于，所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸小6-10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆桿接頭，其特征在于，所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑比API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的臺肩倒角直徑大4-6%。
4.一種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述鉆桿接頭的制備方法包括以下步驟:
步驟1:微量元素成分按照碳元素為0.25-0.32%，鑰元素為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標(biāo)準(zhǔn)成分冶煉所述鉆桿接頭的管還; 步驟2:將冶煉的所述管坯進(jìn)行模鍛成型處理，初步形成鉆桿接頭模型； 步驟3:將模鍛成型后的所述鉆桿接頭鍛件進(jìn)行高溫調(diào)質(zhì)處理，使得所述鉆桿接頭鍛件中的回火索氏體組織大于或等于95%，組織晶粒度大于或等于8級。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述步驟2為擴(kuò)徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進(jìn)行擴(kuò)徑，使得所述鉆桿接頭模型直徑相比擴(kuò)徑前坯料直徑擴(kuò)大25-33%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括步驟4，具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述步驟4具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的內(nèi)徑尺寸進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭內(nèi)徑尺寸縮小6-10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述步驟4具體為:將調(diào)質(zhì)處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑進(jìn)行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑相比API標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴(kuò)大4-6%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括步驟5:將所述鉆桿接頭進(jìn)行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧進(jìn)行滾壓處理。
【文檔編號】E21B17/042GK103614613SQ201310571809
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】劉永剛, 李方坡 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所