[发明专利]一种适用于腐蚀酸性环境下的高韧性钻杆及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于石油天然气开采的钻杆及其加工方法，特别是一种适用于腐蚀酸性环境下的高韧性钻杆，属于石油钻杆技术领域。

背景技术

随着石油天然气开采需求的增加，很多石油天然气的开发项目都集中到了深井、超深井、高腐蚀性井中，特别是在对含氢、硫等腐蚀性较强的油气井中，需要性能更好的钻杆来完成钻采任务。根据埃克森美孚公司的预测，容易开采的普通井比例将由2003年的80％下降到2010年的57％，说明石油天然气已转向开采难度大的非常规资源的开发。这表明了必须不断地研究开发新型的满足钻采新技术的钻杆产品才能满足开采条件日益苛刻的钻井作业要求。

自1958年我国首次在四川盆地发现含硫化氢天然气以来，硫化氢含量从微含硫化氢（刚能检测到）到气体中硫化氢含量占92％左右。硫化氢对钻具有极强的腐蚀作用，可造成钻具“氢脆”破坏事故，缩短钻具使用寿命，降低含硫井开发的经济性和安全性。钻具的脆性断裂正是由于钢材中吸收了氢原子，氢原子扩散以及在高应力部位的聚集引起的。Fe在阴极区吸收阴极产物氢原子。由于氢原子在金属表面的吸附，使金属表面氢原子浓度大增，使其逐步向金属内部渗入占据金属原子空穴而引起氢脆。在有H₂S存在的情况下发生钻具脆断的可能性会大幅提升。传统的API钢质钻具几乎没有抵抗含硫、氢应力腐蚀开裂的能力。因此，研究适用于含硫、氢等酸性条件下的钻杆成为十分重要的问题。

中国专利CN1715438A，发明了一种抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，解决了现有钻杆用钢耐CO₂、Cl^—腐蚀性能不好的缺陷。该专利考虑了在CO₂和Cl^—存在的情况下的钻杆的使用，但是对S、P等有害元素没有严格控制，使得该钢种在抗硫化氢应力腐蚀性能并不理想，不适用于含氢、含硫环境下的石油天然气的开采。中国专利CN1390972A  2003.1.15给出了一种低合金超高强度钢种，具有较高的强度，但是不适用于在酸性环境下使用；中国专利CN1361306A给出了一种抗硫化氢应力腐蚀石油套管及其生产方法，但该套管经热轧成型后，其强度和韧性不能得到很好的保证；美国专利US4570708也给出了一种抗酸性环境的套管生产方法，对碳钢采用冷加工方式，其强度和韧性也不能得到很好的保证。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计一种适用于腐蚀酸性环境下的高韧性钻杆，以满足酸性油气田的开采，属于石油钻杆技术领域。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种适用于腐蚀酸性环境下的高韧性钻杆，所述高韧性钻杆由下述重量百分比的成分组成：C 0.01-0.35%，Si 0.02-0.5%，Mn 0.1-1.8%，Ca 0.0005-0.008%，Ti 0.003-0.1%，Zr 0.003-0.1%，P 0-0.015%，S 0-0.003%，Cu 0.2-0.6%，Ni 0.1-1.0%，Cr 0.2-3.0%，Mo 0.1-1.0%，Nb 0.01-0.15%，V 0.01-0.15%，其余成分为Fe。

进一步地，所述高韧性钻杆由下述重量百分比的成分组成：C 0.1-0.15%，Si 0.05-0.2%，Mn 0.5-0.8%，Ca 0.0006-0.005%，Ti 0.005-0.08%，Zr 0.005-0.08%，P 0-0.01%，S 0-0.003%，Cu 0.2-0.3%，Ni 0.1-0.5%，Cr 1.2-2.0%，Mo 0.1-0.5%，Nb 0.01-0.1%，V 0.01-0.06%，其余成分为Fe。

又，所述高韧性钻杆由下述重量百分比的成分组成：C 0.2-0.35%，Si 0.05-0.3%，Mn 1-1.2%，Ca：0.0008-0.008%，Ti 0.005-0.1%，Zr 0.005-0.1%，P 0-0.015%，S 0-0.003%，Cu 0.3-0.5%，Ni 0.1-1.0%，Cr 2.0-3.0%，Mo 0.1-1.0%，Nb 0.05-0.15%，V 0.05-0.10%，其余成分为Fe。

上述一种适用于腐蚀酸性环境下的高韧性钻杆的加工方法，所述高韧性钻杆的加工采用热加工方式，热轧钢制成钻杆本体后，对其进行淬火和正火热处理，淬火温度为850～880℃，保温时间不少于30分钟，淬火介质为水；正火温度600～650℃，保温时间不少于45分钟。