本發(fā)明涉及鉆桿的制造技術(shù)，尤其是一種高韌性石油鉆桿及其制造方法，屬于石油鉆桿技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

深層油氣資源的勘探開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)油田油氣資源戰(zhàn)略接替的主要途徑。大力發(fā)展深井超深井鉆井技術(shù)，既是勘探開發(fā)的需要，也是積極適應(yīng)鉆井工程技術(shù)服務(wù)市場競爭的需要。

有關(guān)資料表明，中國的石油可采資源量目前預(yù)計(jì)為150億噸，待發(fā)現(xiàn)和探明85億噸左右，占可采石油資源探明程度的57％。這部分待探明的石油資源主要分布在塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、吐哈四個盆地，是中國石油產(chǎn)量的主要接替區(qū)；同時，這部分資源量的73％埋藏在5000米以下。實(shí)現(xiàn)新地區(qū)、新領(lǐng)域、新層位尤其是深層的油氣突破，尋找和擴(kuò)大油田含油氣范圍及領(lǐng)域，成為順利實(shí)現(xiàn)中國石油資源接替目標(biāo)的主要手段，深井超深井鉆井技術(shù)的快速、規(guī)模發(fā)展則是這一手段最重要的實(shí)現(xiàn)方式。

石油鉆桿是油田鉆井的主要工具，結(jié)構(gòu)中包括鉆桿管體和鉆桿管體兩端的鉆桿接頭。在油氣的開采過程中，要求采用高強(qiáng)度鉆桿，鉆桿管體必須能夠承受巨大的內(nèi)外壓、扭曲、彎曲、和振動。目前api5dp中的標(biāo)準(zhǔn)s鋼級鉆桿，其屈服強(qiáng)度在931-1138mpa之間，沖擊功要求(20℃、7.5x10mm)大于43j，但其在實(shí)際使用中常出現(xiàn)刺穿、腐蝕、疲勞斷裂等現(xiàn)象，失效比較嚴(yán)重。因此急需開發(fā)一種高韌性、高強(qiáng)度的鉆桿，要求沖擊韌性達(dá)到(20℃、7.5x10mm)大于64j以上，符合“先漏后破”的失效準(zhǔn)則，從而避免鉆桿在深井、超深井作業(yè)時出現(xiàn)疲勞斷裂的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高韌性石油鉆桿及其制造方法，通過降低了鋼種中cr、mo、ni等貴金屬的用量，在強(qiáng)度不變的情況下，大大降低生產(chǎn)成本；通過成分調(diào)整和合理的熱處理工藝，大大提高鉆桿的韌性，能夠滿足深井、超深井作業(yè)工況需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種高韌性石油鉆桿，該鉆桿管體的鋼種成分和質(zhì)量百分比組成為：c：0.21％-0.27％，si：0.25％-0.40％，mn：1.05％-1.25％，cr：0.90％-1.15％，mo：0.30％-0.50％，ni：≤0.1％，v：0.04％-0.10％，cu：0-0.10％，s：≤0.005％，p：≤0.015％，余量為fe，單位為質(zhì)量百分比。

本發(fā)明還提供了上述高韌性石油鉆桿的制造方法，包括下述步驟：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：將鋼管管端500mm以內(nèi)加熱至1200-1300℃，采用機(jī)械鐓粗加厚兩端，制成鉆桿管體；加熱方式采用中頻爐加熱；

(2)制成的鉆桿管體進(jìn)行整體熱處理，熱處理工藝為淬火+高溫回火；

(3)焊接；

該鉆桿管體的鋼種成分和質(zhì)量百分比組成為：c：0.21％-0.27％，si：0.25％-0.40％，mn：1.05％-1.25％，cr：0.90％-1.15％，mo：0.30％-0.50％，ni：≤0.1％，v：0.04％-0.10％，cu：0-0.10％，s：≤0.005％，p：≤0.015％，余量為fe，單位為質(zhì)量百分比。

步驟(2)中，淬火工藝為：淬火爐溫度為850℃-880℃，保溫30-50分鐘，采用10℃-30℃的水進(jìn)行淬火，淬火時間不少于28秒。

步驟(2)中，回火工藝為：回火爐溫度為610℃-630℃，保溫60-90分鐘，自然冷卻至室溫。

步驟(3)中鉆桿管體與接頭通過摩擦壓接焊的方式進(jìn)行焊接，形成鉆桿。

1、本發(fā)明通過cr、mn、mo元素的配比調(diào)整，來提高鉆桿的韌性和焊接性能，不僅實(shí)現(xiàn)了低成本、高韌性，而且焊接性能有了很大的提升。

2、針對鉆桿成分的調(diào)整，設(shè)計(jì)合理的熱處理工藝，通過淬火溫度、回火溫度、保溫時間的合理搭配，使鉆桿管體能夠整體充分均勻達(dá)到奧氏體，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，充分發(fā)揮了鋼種的潛力，使鉆桿的性能達(dá)到最優(yōu)，對鉆桿性能起到了決定性作用。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過降低了鋼種中cr、mo、ni等貴金屬的用量，在強(qiáng)度不變的情況下，大大降低生產(chǎn)成本；通過成分調(diào)整和合理的熱處理工藝，大大提高鉆桿的韌性，能夠滿足深井、超深井作業(yè)工況需求。

本發(fā)明的鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到950-1030mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1050mpa，斷后延伸率大于18％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)大于90j；鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到800-900mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于900mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)大于54j，鉆桿管體性能高，沖擊韌性好，鉆桿焊接部的沖擊韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通產(chǎn)品性能，抗疲勞性能優(yōu)良。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

鉆桿管體的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比組成為，c：0.23％，si：0.27％，mn：1.11％，cr：0.97％，mo：0.40％，ni：0.03％，v：0.06％，cu：0.07％，s：0.002％，p：0.006％，余量為fe。其制造方法按照下列步驟進(jìn)行：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：

將無縫鋼管的一端500mm以內(nèi)加熱至1220℃，加熱方式采用3臺中頻爐的方式，加厚完成后將另一端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體。

(2)將制成的鉆桿管體進(jìn)行整體淬火：

將鉆桿管體在升溫至860℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫35分鐘后出爐，在內(nèi)噴外淋淬火機(jī)上淬火，采用的淬火液溫度在23℃，淬火時間32秒；

(3)回火：

將鉆桿管體輸送到升溫至610℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫65分鐘，再將鉆桿管體出爐，自然冷卻至室溫。

(4)摩擦焊接；

將鉆桿管體加厚端車削到要求的內(nèi)外徑，與鉆桿接頭通過摩擦壓接焊的方式組合在一起形成鉆桿。

經(jīng)以上熱處理步驟，鉆桿的機(jī)械性能如下：

鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到970mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1070mpa，斷后延伸率23％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)為102j；

鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到850mpa，抗拉強(qiáng)度大于965mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)為61j。

實(shí)施例2

鉆桿管體的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比組成為，c：0.26％，si：0.35％，mn：1.18％，cr：1.15％，mo：0.46％，ni：0.03％，v：0.07％，cu：0.06％，s：0.002％，p：0.010％，余量為fe。其制造方法按照下列步驟進(jìn)行：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：

將無縫鋼管的1端500mm以內(nèi)加熱至1280℃，加熱方式采用3臺中頻爐的方式，1端加厚完成后將另1端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體。

(2)將制成的鉆桿管體進(jìn)行整體淬火：

將鉆桿管體在升溫至880℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫45分鐘后出爐，在內(nèi)噴外淋淬火機(jī)上淬火，采用的淬火液溫度在18℃，淬火時間30秒；

(3)回火：

將鉆桿管體輸送到升溫至630℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫85分鐘，再將鉆桿管體出爐，自然冷卻至室溫。

(4)摩擦焊接；

將鉆桿管體加厚端車削到要求的內(nèi)外徑，與鉆桿接頭通過摩擦壓接焊的方式組合在一起形成鉆桿。

經(jīng)以上熱處理步驟，鉆桿的機(jī)械性能如下：

鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到1020mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1110mpa，斷后延伸率21％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)為96j；

鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到880mpa，抗拉強(qiáng)度大于975mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)為58j。

實(shí)施例3

鉆桿管體的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比組成為，c：0.25％，si：0.30％，mn：1.10％，cr：1.08％，mo：0.42％，ni：0.02％，v：0.06％，cu：0.03％，s：0.003％，p：0.012％，余量為fe。其制造方法按照下列步驟進(jìn)行：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：

將無縫鋼管的1端500mm以內(nèi)加熱至1250℃，加熱方式采用3臺中頻爐的方式，1端加厚完成后將另1端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體。

(2)將制成的鉆桿管體進(jìn)行整體淬火：

將鉆桿管體在升溫至870℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫40分鐘后出爐，在內(nèi)噴外淋淬火機(jī)上淬火，采用的淬火液溫度在20℃，淬火時間32秒；

(3)回火：

將鉆桿管體輸送到升溫至620℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫75分鐘，再將鉆桿管體出爐，自然冷卻至室溫。

(4)摩擦焊接；

將鉆桿管體加厚端車削到要求的內(nèi)外徑，與鉆桿接頭通過摩擦壓接焊的方式組合在一起形成鉆桿。

經(jīng)以上熱處理步驟，鉆桿的機(jī)械性能如下：

鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到980mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1090mpa，斷后延伸率20％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)為104j；

鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到840mpa，抗拉強(qiáng)度大于965mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)為62j。

實(shí)施例4

鉆桿管體的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比組成為，c：0.21％，si：0.25％，mn：1.05％，cr：1.00％，mo：0.50％，ni：0.06％，v：0.04％，cu：0.10％，s：0.002％，p：0.006％，余量為fe。其制造方法按照下列步驟進(jìn)行：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：

將無縫鋼管的一端500mm以內(nèi)加熱至1200℃，加熱方式采用3臺中頻爐的方式，加厚完成后將另一端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體。

(2)將制成的鉆桿管體進(jìn)行整體淬火：

將鉆桿管體在升溫至850℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫30分鐘后出爐，在內(nèi)噴外淋淬火機(jī)上淬火，采用的淬火液溫度在10℃，淬火時間31秒；

(3)回火：

將鉆桿管體輸送到升溫至615℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫60分鐘，再將鉆桿管體出爐，自然冷卻至室溫。

(4)摩擦焊接；

將鉆桿管體加厚端車削到要求的內(nèi)外徑，與鉆桿接頭通過摩擦壓接焊的方式組合在一起形成鉆桿。

經(jīng)以上熱處理步驟，鉆桿的機(jī)械性能如下：

鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到970mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1070mpa，斷后延伸率23％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)為100j；

鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到850mpa，抗拉強(qiáng)度大于965mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)為61j。

實(shí)施例5

鉆桿管體的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比組成為，c：0.27％，si：0.40％，mn：1.25％，cr：0.90％，mo：0.30％，ni：0.10％，v：0.10％，cu：0.02％，s：0.003％，p：0.005％，余量為fe。其制造方法按照下列步驟進(jìn)行：

(1)將無縫鋼管兩端加厚：

將無縫鋼管的一端500mm以內(nèi)加熱至1300℃，加熱方式采用3臺中頻爐的方式，加厚完成后將另一端按照同樣方式加厚，制成鉆桿管體。

(2)將制成的鉆桿管體進(jìn)行整體淬火：

將鉆桿管體在升溫至860℃的步進(jìn)式淬火爐內(nèi)，保溫50分鐘后出爐，在內(nèi)噴外淋淬火機(jī)上淬火，采用的淬火液溫度在30℃，淬火時間33秒；

(3)回火：

將鉆桿管體輸送到升溫至625℃的步進(jìn)式回火爐內(nèi)，保溫90分鐘，再將鉆桿管體出爐，自然冷卻至室溫。

(4)摩擦焊接；

將鉆桿管體加厚端車削到要求的內(nèi)外徑，與鉆桿接頭通過摩擦壓接焊的方式組合在一起形成鉆桿。

經(jīng)以上熱處理步驟，鉆桿的機(jī)械性能如下：

鉆桿管體屈服強(qiáng)度達(dá)到970mpa之間，抗拉強(qiáng)度大于1070mpa，斷后延伸率23％，v型缺口沖擊功(-20℃、7.5x10mm)為101j；

鉆桿焊接部屈服強(qiáng)度達(dá)到850mpa，抗拉強(qiáng)度大于965mpa，v型缺口沖擊功(-20℃、10x10mm)為60j。