[发明专利]一种含稀土的高强韧钻杆及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井用钻杆及其制备工艺，尤其涉及一种含稀土的高强韧钻杆及其制备工艺。 

背景技术

随着世界石油工业的发展，石油钻井的深度越来越深。目前已有8000多米深的井。井深增加，钻井过程中钻杆承受的应力也越来越复杂，有拉、压、弯、扭、剪切及其复合，交变载荷等等。同时随着钻采技术的进步，钻井时采用的钻速等钻井参数越来越高，钻柱失效的风险随之大大增加。这就需要加强研究，开发可以适用于更加严酷的工况和性能更高的材料，才能满足工作的要求。 

根据资料统计，油田钻具失效数量每年有1000例左右，钻杆失效事故占钻柱总失效事故的50%～60%,主要失效形式是管体刺穿，其次是管体断裂、接头螺纹刺漏后的断裂。而造成这些失效形式的原因是钻杆材料在交变载荷下疲劳容易遭到破坏。 

发明内容

本发明针对现有钻杆材料在交变载荷下疲劳容易遭到破坏的不足，提供一种含稀土的高强韧钻杆及其制备工艺，所述含稀土的高强韧钻杆能把疲劳裂纹的萌生时间变得足够长，从而很大程度上提高钻杆的抗疲劳破坏能力。 

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含稀土的高强韧钻杆的化学成分及其质量百分比含量为：C0.25%～0.35%，S≤0.008%，P≤0.01%， Cr0.5%～1.0%，Ni0.7%～0.9%，Mn1.0%～1.2%，Mo1.0%～1.3%，Si0.1%～0.3%，Ce0.7%～0.9%，Nb≤0.07%，V0.06%～0.10%，Al0.06%～0.10%，Cu0.2%～0.3%，余量为Fe和杂质。 

本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种含稀土的高强韧钻杆的制备工艺包括以下步骤： 

步骤10：按化学成分及其质量百分比含量为：C0.25%～0.35%，S≤0.008%，P≤0.01%，Cr0.5%～1.0%，Ni0.7%～0.9%，Mn1.0%～1.2%，Mo1.0%～1.3%，Si0.1%～0.3%，Ce0.7%～0.9%，Nb≤0.07%，V0.06%～0.10%，Al0.06%～0.10%，Cu0.2%～0.3%，余量为Fe和杂质的含稀土的高强韧钻杆的成分于1620℃～1680℃下进行熔炼； 

步骤20：在真空度≤-0.1Pa条件，于1550℃～1610℃下进行炉外精炼； 

步骤30：进行连铸； 

步骤40：于1120℃～1200℃下挤压管坯或穿轧管坯； 

步骤50：于820℃～880℃下进行管体的轧制后，于770℃～830℃下进行热张力扩径； 

步骤60：于720℃～780℃下进行热张力减径达到规定尺寸要求后进行冷却并矫直； 

步骤70：于1120℃～1180℃墩粗加厚； 

步骤80：于930℃～970℃下奥氏体化25～45min后进行水淬火； 

步骤90：于600℃～640℃下回火20～45min。 

进一步，所述步骤60中热张力减径后通过空气自然冷却至室温。 

进一步，所述步骤60中热张力减径后通过水冷至700℃后再空气自然冷却至室温。 

进一步，所述步骤90中回火30min后钻杆内材料的组织为回火索氏体组织。 

本发明的有益效果是：本发明含稀土的高强韧钻杆在满足所有API标准的力学性能的基础下，抗疲劳性能得到提高，更加适合日益严酷的设备服役工况，减少钻杆失效的发生；通过添加稀土元素Ce，同时控制材料其他合金成分和热加工工艺可以保证钻杆材料的强度达到150kpsi钢级，冲击韧性不低于100J，钻杆加厚区与非加厚区的力学性能一致；同时通过调整钻杆中的化学成分及其质量百分比含量，使得本发明高强韧钻杆能把疲劳裂纹的萌生时间变得足够长，从而很大程度上提高钻杆的抗疲劳破坏能力；本发明含稀土的高强韧钻杆的在加工过程中可以避免表面缺陷的产生，使得钻杆的强韧性更好，材料的抗疲劳性能更高。 

附图说明

图1为本发明含稀土的高强韧钻杆的制备工艺的流程图； 

图2为本发明含稀土的高强韧钻杆实施例1的扫描电镜示意图； 

图3为本发明含稀土的高强韧钻杆实施例2的扫描电镜示意图； 

图4为本发明含稀土的高强韧钻杆实施例3的扫描电镜示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。