专利名称：一种120钢级钻杆及其制造工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油钻井工程特别是中深井钻的钻具及其制 造工艺方法，属石油钻井工程及机械加工技术类。
背景技术：
石油钻杆是石油钻井过程中的重要工具和易耗品，随着石油天然气
行业的发展和浅层油气层的逐渐减少和枯竭，钻井深度逐渐由2000m 左右增加到4000m左右，部分井深达到4000m以上，探井深度达到 5000-7000m，甚至达到lOOOOm。由于钻井深度的增加，钻井施工过程 使用的钻机、钻具均需随之升级，取代原有的浅层钻井设备和工具。目 前，现场在石油钻井施工时使用的钻杆通常采用美国石油协会(API) 的制造标准，其中，G105和S135钢级钻杆适用的钻井深度分别为4000 土500m和4500m。这两种钢级钻杆的管体外型尺寸和材料基本相同，只 是通过对热处理参数进行调整得到不同的屈服强度G105钻杆为 105-135Ksi (724-931Mpa) ， S135钻杆为135-165Ksi (931-1138Mpa)。对 于钻井工程的实际工况而言，G105钢级钻杆强度较低，而S135钻杆强 度虽超过135Ksi，但其公接头内孔直径较小，过流截面小，在钻井过 程中易发生脆性断裂，生产实际需要推出一种既有足够强度又有良好防 脆性断裂性能的新型钢级钻杆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有足够强度和良好防脆性断裂性能的120钢级钻杆及其制造工艺方法。
本发明目的技术方案如下。此种120钢级钻杆管体采用27CrMnMo， 接头材料采用AISI4137HM，其中，接头化学成分及质量百分比分别为C 《0.40%， S《0.015%， P《0.010%， N《0.009%， B《0.005%，公母接头 尺寸与G105钻具相同，机械性能分别为屈服强度130-150Ksi，延伸 率>17%，布氏硬度HB290-330,纵向冲击功80J，横向冲击功60J，端 面收縮率》45%，晶粒度等级7级。此种钻杆的制造工艺方法和实施步 骤如下
1、管体制造选用优质改进型合金材料27CrMnMo4s/1作为钻杆管 体材料，将其两端烧红(1100-1200°C)后，利用加厚压力机和专门设 计的模具，采用内外加厚方式将两端150mm范围内的管体外径加大、内 径缩小到美国石油协会标准APISpec5D要求，管体一端L2m范围内感 应圈三次逐步加热，防止管体加热过快造成管体爆裂，三次加热的目的 是每次加热时间都不长，以提高生产线的进度；管端镦粗两次镦粗到标 准规定尺寸，两次镦粗的目的在于一方面防止一步到位造成管端或过渡 带裂纹，同时提高生产线速度；掉头用同样方式镦粗管体另一端；将加 厚过的管体通过900-920'C淬火和600-62(TC回火热处理，使其最低屈 服强度达到120-135Ksi (827-931Mpa);为了获得均匀的热处理效果， 避免管体弯曲变形，利用天然气整体炉式加热、整体式水淬，温度必须 均匀，炉内多处采用实时摄像头监控，炉内全部支架和传动系统采用耐 高温不锈钢制造;对热处理后的管体经校直处理和步进式缓慢冷却后进 行电磁探伤，找出裂纹或挤压缺陷；对管体端部同样进行校直、加工，然后用磁粉或超声波探伤，发现微型裂纹采取补救办法或锯掉重新加
厚；
2、 接头制造选用优质改进型合金材料AISI4137HM作为钻杆接头 材料，要求每件单独锻造成型，不得将长料锯断作为原料，后者金属锻 造过程中形成的细长晶粒沿轴向方向延伸，加工过程中会被切断，不利 于保持接头机械性能；热处理采用880-920'C淬火和600-620。C回火工 艺，毛坯粗加工后，热处理过程中适当碳氮共渗，防止接头表面的金属 层碳元素流失，然后在精加工过程中将渗碳层加工掉，以避免接头裸露 表面脆硬，使得机械性能更加均匀；对螺纹表面镀铜，用以防止螺纹在 大扭矩下发生粘合现象；按ASTMA370方法进行冲击功试验，10xlOmm 试件的纵向冲击功超过90J，横向冲击功超过70J，冲击功要求远远高 于API Spec7要求，以保证接头性能满足P120钻杆大水眼方面的强度 要求；
3、 对焊；采用大型惯性摩擦机进行钻杆管体和接头的对焊，焊缝 采取890-92(TC淬火和590-61(TC回火处理，使最低屈服强度达到 105Ksi (724Mpa)。由于焊缝部位是两种金属的融合线，壁厚一般为管 体的两倍，为了保证焊区在使用过程中不发生硬性脆裂，强度要求可比 管体略低一些；对焊后主要工作如下冲压钻杆内孔焊缝溢出物，在焊 缝处于红热状态时，用设在对焊机上的冲头将钻杆内孔中的金属溢出物 冲掉；焊缝退火，降低焊缝硬度；外圆焊缝机加工，用车床将钻杆外圆 焊缝处的金属溢出物车去；焊缝淬火和回火处理，使钻杆机械性能达到 标准要求，可抽样进行试验检测；内外焊缝修模，使用机械砂轮进行打磨，使管体端部与接头端部同心；焊缝检测，进行超声波探伤和磁粉探 伤；焊耐磨带，用以减少钻杆接头直接承受的摩擦力，延长使用寿命； 钻杆内表面涂覆内涂层，用以防止钻杆内壁腐蚀或被高压泥浆直接冲 刷，延长钻杆使用寿命；钻杆外表面喷油漆、标识；重量、长度测量， 准备质量证明文件；钻杆加工完毕，待发运使用。
本发明提供的120钢级钻杆具有良好的机械性能，强度和防脆性断 裂性能，适用于4000-5000m深井钻井，由于接头内孔扩大，有利于钻 进过程中的水力破岩作用，并可充分发挥大功率钻井泵的作用，提高机 械钻速；本发明提供的钻杆制造工艺方法易于实施，实用可靠，效果良 好。
附图为本发明的结构和制造工艺示意图。
具体实施例方式
以下结合附图加以说明。
如图所示，本发明提供的120钢级钻杆由公接头1、钻杆管体2和 母接头3组成，图中，标号"4"、 "5"分别为公接头l、母接头3与钻 杆管杆2对焊的焊缝。该钻杆的各部件和总体制造加工工艺过程如前所 述。
权利要求
1、一种120钢级钻杆，其特征在于此种120钢级钻杆管体采用27CrMnMo，接头材料采用AISI4137HM，其中，接头化学成分及质量百分比分别为C≤0.40％，S≤0.015％，P≤0.010％，N≤0.009％，B≤0.005％，公母接头尺寸与G105钻具相同，机械性能分别为屈服强度130-150Ksi，延伸率≥17％，布氏硬度HB290-330，纵向冲击功80J，横向冲击功60J，端面收缩率≥45％，晶粒度等级7级。
2、 一种120钢板钻杆及其制造工艺方法，其特征在于此种钻杆 的制造工艺方法和实施步骤如下(1)、管体制造选用优质改进型合金材料27CrMnMo4s/1作为钻 杆管体材料，将其两端烧红(1100-1200°C)后，利用加厚压力机和专 门设计的模具，采用内外加厚方式将两端150mm范围内的管体外径加 大、内径縮小到美国石油协会标准API Spec5D要求，管体一端1.2m 范围内感应圈三次逐步加热，防止管体加热过快造成管体爆裂，提高生 产线的进度；管端镦粗两次镦粗到标准规定尺寸；掉头用同样方式镦粗 管体另一端；将加厚过的管体通过900-92(TC淬火和600-620'C回火热 处理，使其最低屈服强度达到120-135Ksi;利用天然气整体炉式加热、 整体式水淬，温度必须均匀，炉内多处采用实时摄像头监控，炉内全部 支架和传动系统采用耐高温不锈钢制造；对热处理后的管体经校直处理 和步进式缓慢冷却后进行电磁探伤，找出裂纹或挤压缺陷；对管体端部 同样进行校直、加工，然后用磁粉或超声波探伤，发现微型裂纹采取补 救办法或锯掉重新加厚；(2) 、接头制造选用优质改进型合金材料AISI4137HM作为钻杆 接头材料，要求每件单独锻造成型，不得将长料锯断作为原料；热处理 采用880-920。C淬火和600-62(TC回火工艺，毛坯粗加工后，热处理过 程中适当碳氮共渗，防止接头表面的金属层碳元素流失，然后在精加工 过程中将渗碳层加工掉，以避免接头裸露表面脆硬，使得机械性能更加 均匀；对螺纹表面镀铜，.用以防止螺纹在大扭矩下发生粘合现象；按 ASTMA370方法进行冲击功试验，10xlOmm试件的纵向冲击功超过90J, 橫向冲击功超过70J，冲击功要求远远高于API Spec7要求，以保证接 头性能满足P120钻杆大水眼方面的强度要求；(3) 、对焊；采用大型惯性摩擦机进行钻杆管体和接头的对焊，焊 缝采取890-92(TC淬火和590-610。C回火处理，使最低屈服强度达到 105Ksi;对焊后主要工作如下冲压钻杆内孔焊缝溢出物，在焊缝处于 红热状态时，用设在对焊机上的冲头将钻杆内孔中的金属溢出物冲掉； 焊缝退火，降低焊缝硬度；外圆焊缝机加工，用车床将钻杆外圆焊缝处 的金属溢出物车去；焊缝淬火和回火处理，使钻杆机械性能达到标准要 求，可抽样进行试验检测；内外焊缝修模，使用机械砂轮进行打磨，使 管体端部与接头端部同心；焊缝检测，进行超声波探伤和磁粉探伤；焊 耐磨带，用以减少钻杆接头直接承受的摩擦力，延长使用寿命；钻杆内 表面涂覆内涂层，用以防止钻杆内壁腐蚀或被高压泥浆直接冲刷，延长 钻杆使用寿命；钻杆外表面喷油漆、标识；重量、长度测量，准备质量 证明文件；钻杆加工完毕，待发运使用。
全文摘要
本发明涉及一种120钢级钻杆及其制造工艺方法，此种120钢级钻杆管体采用27CrMnMo，接头材料采用AISI4137HM，其中，接头化学成分及质量百分比分别为C≤0.40％，S≤0.015％，P≤0.010％，N≤0.009％，B≤0.005％，公母接头尺寸与G105钻具相同，机械性能分别为屈服强度130-150Ksi，延伸率≥17％，布氏硬度HB290-330，纵向冲击功80J，横向冲击功60J，端面收缩率≥45％。此种钻杆的制造工艺方法包括管体制造、接头制造、对焊等工艺等步骤。本发明提供的120钢级钻杆具有良好的机械性能，适用于4000-5000m深井钻井，由于接头内孔扩大，有利于钻进过程中的水力破岩作用，并可充分发挥大功率钻井泵的作用，提高机械钻速；本发明提供的钻杆制造工艺方法，易于实施，实用可靠，效果良好。
文档编号E21B17/00GK101581200SQ20091001175
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者枫 姜, 张树轩, 朱俊昌, 刚 李, 娜 李, 森 李, 陆成山, 隋志新 申请人:盘锦辽河油田派普钻具制造有限公司