[发明专利]抗硫化氢油气田钻材新钢种

说明书

抗硫化氢油气田钻材新钢种，属于材料科学领域。

在现代工业和科学技术的发展中，金属材料在使用中呈现环境脆化的现象日益增多，钢材在潮湿的硫化氢介质中发生的应力腐蚀破坏是一个明显例子。在我国迅速发展的石油和天然气开采中，也遇到了硫化氢应力腐蚀破坏问题，井中潮湿的硫化氢气体与钢材表面发生腐蚀反应而生成活泼氢原子渗入钢材内部，使钢材脆化而突然断裂。研究抗硫化氢应力腐蚀钻材用钢是我国石油开发中一项急待解决的问题。

七十年代世界各国油气井开发条件开始改变，钻采6000至7000米或更深的井所占比例越来越大。在酸性油气田中，深井和超深井的主要障碍是压力、硫化氢介质腐蚀和温度。而油管是固定在井口悬挂在井中的主要设备，井越深其长度越长，自重随之增加，扭力越大，加上高压、腐蚀及温度，因此研究超深油管自然要从强度、塑性、韧性和抗硫化氢腐蚀几个方面去综合考虑。

本发明的目的是针对上述问题设计研究一种高强度、高韧性、抗硫化氢腐蚀，适合于深井和超深井使用的钻材新钢种。

本材料主要通过成份设计、冶炼、浇注与顶管及热处理工艺而得。

一、要得到高强度、高韧性的综合力学性能和良好的抗硫化氢腐蚀性能必须从选择合金原素入手，对合金元素的选择和量的控制的目的是有意识的去改变钢的基本相组织-铁素体和碳化物的性质，即让合金碳化物弥散分布在铁素体基体上，使铁素体强度增加，加入上封闭型元素，选用一定的热处理规范获得高温回火索氏体。这种组织热力学性质最稳定;从而达到抗硫化氢性能最佳的效果。

在一定的合金范围内和调质热处理条件下，当前已被多数人公认的抗硫化氢应力腐蚀破裂性能的原素有铬、钼、钒、钛、铌、硼、铝、铬、钼能提高钢的淬透性、增加钢的强度、铬量在1.0%左右对抑制硫化氢滞后破坏起很大作用，钼量在0.5%以内对调质钢的抗硫化氢腐蚀也是有益的。加入适量的钒、钛、铌、硼、铝利用这些元素的沉淀强化、晶粒细化强化和增加钢淬火后的回火稳定性等作用，来保证高强度钢的抗硫化氢应力腐蚀能力。若本钢种要推广为结构钢使用可以将铝量控制在小于或等于0.5%，碳量控制在小于或等于0.25%。本发明的成份设计如下：碳（c）0.27～0.35%，硅（Si）0.2～0.35%，锰（Mn）0.45～0.65%，铬（Cr）0.9～1.2%，钼（Mo）0.3～0.7%，钒（V0.05～0.15%，钛（Ti）0.06～0.12%，铝（Al）0.4～0.75%，硫，磷（S，P）小于或等于0.035%，其余为铁。

二.这种钻材是采用与普通低合金无缝钢管生产相同的工艺和设备进行。主要有扒补炉，装料、熔化，精炼、浇注与顶管及热处理工艺工序。

三、在顶管工艺中按所提供的管坏顶出相应尺寸的无缝钢管，然后在连续调质机上进行热处理。热处理规范如下式表示：

890℃～920℃×30′_水+680℃～720℃×120′_回上式的意思是把无缝钢管加热到890℃～920℃保温30分钟立即进行水淬，之后再加热到680℃～720℃保温2小时后空冷。

热处理工艺之后即得本发明指的钻材新钢种

本新钢种性能与国内外一些厂家相比的指标列入下表1（见表1）：

实施例一：

化学成份为碳（C）0.34%，硅（Si）0.28%、锰（Mn）0.53%，磷（P）0.021%，硫（S）0.033%，铬（Cr）1.11%，钼（Mo）0.33%，钒（V）0.10%，钛（Ti）0.098%，铝（Al）0.75%，

采用工频碱性炉冶炼。

热处理规范为900℃×30′_水+690℃×120′_回，即把钢管加热到900℃，保温30分钟，立即进行水淬，随后加热到690℃保温120分钟后空冷。达到的技术指标：屈服强度σ＝79公斤/毫米²，抗拉强度σ_b＝93.25公斤/毫米²，延伸率δ＝17%，面收率φ＝59.5%，冲击韧性α_K＝14.5公斤-米/厘米²。在2300至3000百万分之一浓度（PPM）硫化氢溶液里在恒应力σ×0.8作用下断裂时间远大于720小时。

与现有技术相比本新钢种具有的优点是强度高，抗硫化氢腐蚀性能强，屈服强度（σ）和冲击韧性（α_K）都超过美国共和钢铁公司和加拿大曼13斯曼钢厂的指标。