一種鉆桿接頭及其制備方法
【專利摘要】本發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標準成分相同。公開一種鉆桿接頭制備方法：冶煉管坯；對管坯進行模鍛成型處理；對鍛件進行調質處理。本發明通過將鉆桿接頭中元素質量成分進行調整，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致事故發生的可能性；此外，本發明制造成本低，可在大量勘探作業中使用，節省生產和使用開支。
【專利說明】一種鉆桿接頭及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油勘探及煤層氣勘探領域，特別涉及一種鉆桿接頭及其制備方法。【背景技術】
[0002]鉆桿是石油天然氣勘探與開發中的重要工具。常用的鉆桿是以API (AmericanPetroleum Institute，美國石油協會)為標準的E75、X95、G105和S135四個鋼級，字母后的數字表示鉆桿材料的最小屈服強度，隨著油氣資源的不斷開發和利用，大量含硫的酸性油氣田正在被開發，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生脆性斷裂事故，鉆桿材料越硬，對硫化氫的敏感性越高，發生腐蝕的風險越大。
[0003]現有技術中，在含硫酸油氣田的開發過程中，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硫化氫腐蝕，導致鉆桿接頭開裂，引起失效事故發生；而對于抗硫鉆桿，造價過高，不適于大量使用。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:
[0005]現有技術中的鉆桿接頭雖然采用了 G105型號的鉆桿接頭，但在實際應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重腐蝕時會使接頭斷裂導致鉆柱落井，引發井下事故，對油田生產帶來巨大損失；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的使用，因此現有的鉆桿接頭不能滿足實際的使用需要。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術的鉆桿接頭不滿足使用需要的問題，本發明實施例提供了一種鉆桿接頭。所述技術方案如下:`
[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標準成分相同。
[0008]進一步地，所述鉆桿接頭內徑尺寸比API標準鉆桿接頭內徑尺寸小6-10%。
[0009]作為優選，所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑比API標準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標準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行高溫調質處理，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]作為優選，所述步驟2還包括擴徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進行擴徑，使得所述鉆桿接頭模型直徑相比API標準鉆桿接頭模型直徑擴大25-33%。
[0015]進一步地，所述制備方法還包括步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭進行精加工處理。
[0016]作為優選，所述步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭的內徑尺寸進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內徑尺寸相比API標準的鉆桿接頭內徑尺寸縮小6-10%。
[0017]進一步地，所述步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑比API標準的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴大4-6%。
[0018]作為優選，所述制備方法還包括步驟5:將所述鉆桿接頭進行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧進行滾壓處理。
[0019]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0020]本發明實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量成分進行調整，將碳元素含量變為0.25-0.32%，鑰元素含量變為0.30-0.38%，硫元素和磷元素含量分別不大于0.01%和0.015%，相比API標準，本發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致發生井下事故的可能性；此外，本發明制造成本低，可在大量勘探作業中使用，大大節省生產和使用開支。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發明實施例提供的鉆桿接頭制備方法的流程圖；
[0023]圖2是本發明又一實施例提供的鉆桿接頭結構示意圖。
[0024]其中:I外螺紋接頭，
[0025]2內螺紋接頭，
[0026]3 螺紋，
[0027]4齒底倒角圓弧，
[0028]D接頭內徑尺寸，
[0029]d臺肩倒角直徑。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。[0031]實施例一
[0032]如圖2所示，本發明實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標準成分相同。
[0033]其中，本發明實施例對API標準鉆桿接頭中的碳元素、鑰元素、硫元素和磷元素在含量上進行修改，并以API標準G105鉆桿接頭的元素含量作為參照，因此本發明實施例中其它元素含量與API標準鉆桿接頭的元素含量一致,例如娃元素質量成分約0.20-0.26%,鉻元素質量成分約1.00-1.20%，錳元素質量成分約0.75-0.95%等。將鉆桿接頭內的元素質量成分如此設置，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到所要求的鉆桿接頭的強度，若碳含量高于0.32%,則鉆桿接頭易受到硫化氫腐蝕，因此，作為優選，碳元素質量成分約為0.3% ;鑰元素能夠細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，作為優選，鑰元素質量百分含量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，能夠有效解決現有技術中鉆桿接頭縱向開裂的問題。
[0034]本發明實施例通過將API標準鉆桿接頭中元素質量成分進行調整，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；而鑰元素可以細化晶粒，獲得更細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致發生井下事故的可能性；此外，本發明制造成本低，可在大量勘探作業中使用，大大節省生產和使用開支。
[0035]如圖2所示，進一步地，所述鉆桿接頭內徑尺寸D比API標準鉆桿接頭內徑尺寸小
6-10%ο
[0036]如圖2所示，作為優選，所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d比API標準鉆桿接頭的臺肩倒角直徑大4-6%。
[0037]其中，鉆桿接頭內徑尺寸D相比API標準的鉆桿接頭內徑尺寸縮小6-10%，鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d相比API標準的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴大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度和抗扭強度，使得鉆桿接頭在硬度降低的同時，鉆桿接頭的抗拉強度和抗扭強度能夠符合G105標準的強度要求，保持G105鉆桿接頭的實物性能，并且，在結構上的細小改動不影響鉆桿接頭的使用，因此能夠與現有技術中的G105鉆桿接頭進行互換，增加了鉆桿接頭的實用效果。
[0038]實施例二
[0039]如圖1所示，本發 明實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標準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行高溫調質處理，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，本發明實施例中的鉆桿接頭與以上實施例中的鉆桿接頭結構均相同，在此不再贅述。
[0044]本發明實施例通過步驟I中改變相應元素成分，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度能夠達到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力，如此可預防鉆桿接頭應力腐蝕開裂現象的發生，綜合上述步驟，本發明實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力，從而有效地提高鉆桿接頭抗應力腐蝕和防止接頭開裂的能力。
[0045]作為優選，所述步驟2還包括擴徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進行擴徑，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大25-33%。其中，在進行模鍛處理時，可對鉆桿接頭進行一次或多次擴徑工藝，使鉆桿接頭模型直徑滿足所限定的擴徑范圍，在所限定的擴徑范 圍內，結合步驟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。在鉆桿接頭鍛件經過后續加工處理后，成型的鉆桿接頭直徑與API標準直徑一致，從而可實現與現有鉆桿接頭進行互換，增加鉆桿接頭的實用性。
[0046]進一步地，所述制備方法還包括步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭進行精加工處理。
[0047]如圖2所示，作為優選，所述步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭的內徑尺寸D進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內徑尺寸D相比API標準的鉆桿接頭內徑尺寸縮小6-10%ο
[0048]如圖2所示，進一步地，所述步驟4，具體為:將調質處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d比API標準的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴大4-6%。
[0049]其中，通過步驟4將鉆桿接頭內徑尺寸D相比API標準的鉆桿接頭內徑尺寸縮小6-10%，將鉆桿接頭的臺肩倒角直徑d相比API標準的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴大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度和抗扭強度，使得鉆桿接頭在硬度降低的同時，鉆桿接頭的抗拉強度和抗扭強度能夠符合G105標準的強度要求，保持G105鉆桿接頭的實物性能，并且，在結構上的細小改動不影響鉆桿接頭的使用，因此能夠與現有技術中的G105鉆桿接頭進行互換，增加了鉆桿接頭的實用效果。
[0050]如圖2所示，作為優選，所述制備方法還包括步驟5:將所述鉆桿接頭進行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧4進行滾壓處理，如此可預防鉆桿接頭螺紋失效。[0051 ] 上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0052]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
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標準成分相同。
2.根據權利要求1所述的鉆桿接頭，其特征在于，所述鉆桿接頭內徑尺寸比API標準鉆桿接頭內徑尺寸小6-10%。
3.根據權利要求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標準鉆桿接頭的臺肩倒角直徑大4-6%。
4.一種權利要求1-3任一項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標準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行高溫調質處理，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.根據權利要求4所述的鉆桿接頭的制備方法，其特征在于，所述步驟2為擴徑加工工藝，具體為:將所述鉆桿接頭模型進行擴徑，使得所述鉆桿接頭模型直徑相比擴徑前坯料直徑擴大25-33%。
6.根據權利要求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:將調質處理后的所述鉆桿接頭進行精加工處理。
7.根據權利要求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:將調質處理后的所述鉆桿接頭的內徑尺寸進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭內徑尺寸相比API標準的鉆桿接頭內徑尺寸縮小6-10%。
8.根據權利要求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:將調質處理后的所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑進行精加工處理，使得所述鉆桿接頭的臺肩倒角直徑相比API標準的鉆桿接頭的臺肩倒角直徑擴大4-6%。
9.根據權利要求6-8任一項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:將所述鉆桿接頭進行精加工處理后，對所述鉆桿接頭齒底倒角圓弧進行滾壓處理。
【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 優先權日:2013年11月13日
【發明者】劉永剛, 李方坡 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所