本發(fā)明涉及鉆探用鉆桿材料領(lǐng)用，特別涉及一種高強(qiáng)韌性鈦合金鉆桿料的墩粗方法。

背景技術(shù)：

世界上有很多石油天然氣為酸性油氣田，具有很強(qiáng)的腐蝕性，其中硫化氫是重要的腐蝕介質(zhì)。普通api鉆桿只能滿(mǎn)足在不含有腐蝕介質(zhì)的油氣井管中，或含有輕微腐蝕介質(zhì)的油氣井中，不適合在含有h2s、鹽類(lèi)等混合溶液的油氣井中采用。因此開(kāi)發(fā)研究高性能的抗硫化氫腐蝕鉆桿就成為研究的重要課題。目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)鉆桿所用的材質(zhì)大多數(shù)為碳鋼管，隨著油井開(kāi)采的深度不斷增加，地質(zhì)環(huán)境逐漸惡劣，對(duì)鉆桿的腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重，鈦合金鉆桿的作用和優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。

鈦合金具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，隨著鈦合金應(yīng)用水平的不斷提高，鈦合金的韌性也日益得到重視。鈦合金的沖擊韌性一般不高。例如常見(jiàn)的高強(qiáng)度鈦合金，例如tc4、ti6246等鈦合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是其韌性較低，妨礙了其在鉆桿方面的應(yīng)用。另一方面，由于鈦合金具有抗高溫、高強(qiáng)度、難變形、加工成形難度極大等特點(diǎn)，造成了鈦合金管的研制和加工技術(shù)難度大，特別是墩粗工藝速度較快，變形困難。因此，開(kāi)發(fā)一種高強(qiáng)韌性鈦合金鉆桿料的墩粗方法就成了急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)韌性鈦合金鉆桿料的墩粗方法，目的是實(shí)現(xiàn)鈦合金鉆桿料的墩粗成型，并保證其屈服強(qiáng)度滿(mǎn)足110ksi要求，沖擊韌性良好，并具有良好的抗h2s、co2腐蝕的性能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)韌性鈦合金鉆桿料的墩粗方法，鈦合金鉆桿成分重量百分比為：al：5～7、nb：2.0～3.0、zr：0.5～2.0、mo：0.7-1.2、fe：0.02-0.05、si：0.01-0.03、ti：余量，利用上述組合物鉆桿料的墩粗方法是：步驟一、涂抹玻璃粉；步驟二、感應(yīng)加熱；步驟三、一次墩粗；步驟四、二次加熱；步驟五、二次墩粗；步驟六、整管熱處理。

所述涂抹玻璃粉：管材內(nèi)、外均勻涂抹玻璃粉，厚度控制在1～2mm厚，涂抹結(jié)束時(shí)間控制在下一步驟前1～1.5h；所述感應(yīng)加熱：管端送入感應(yīng)爐加熱，加熱溫度970～990℃，加熱時(shí)間5min；所述一次墩粗：將上述加熱后的管材快速送入墩粗機(jī)，進(jìn)行一次墩粗，加厚縮短量為110～130mm；所述二次加熱：一次墩粗后的管材重新送入感應(yīng)加熱爐，加熱溫度900～920℃，加熱時(shí)間5min；所述二次墩粗：將上述加熱后的管材快速送入墩粗機(jī)，進(jìn)行二次墩粗，加厚縮短量為60～75mm；所述熱處理：二次墩粗后的管材經(jīng)溫度為900～950℃、保溫時(shí)間為60min進(jìn)行退火處理。

所述管材內(nèi)、外均勻涂抹玻璃粉在鈦合金管兩端各500mm范圍內(nèi)；所述感應(yīng)加熱在加熱后通過(guò)自動(dòng)控制機(jī)架送入墩粗壓機(jī)，過(guò)程時(shí)間控制在30s內(nèi)；所述二次加熱在加熱后通過(guò)自動(dòng)控制機(jī)架送入墩粗壓機(jī)，過(guò)程時(shí)間控制在30s內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：該鈦合金鉆桿料墩粗后滿(mǎn)足api標(biāo)準(zhǔn)對(duì)110ksi鉆桿產(chǎn)品的要求，力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度>758mpa，沖擊韌性>41j，延伸率>11％，可在h2s分壓：5mpa，co2分壓：11mpa，nacl濃度：100000ppmcl，單質(zhì)硫：3g/l的苛刻腐蝕環(huán)境中使用，表現(xiàn)出的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕的能力遠(yuǎn)高于普通api鉆桿，可以做為替代碳鋼在油氣開(kāi)采應(yīng)用的最佳材料，滿(mǎn)足腐蝕環(huán)境的油田需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明鈦合金鉆桿料墩粗態(tài)金相組織示意圖；

圖2為本發(fā)明鈦合金鉆桿料熱處理態(tài)態(tài)金相組織示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但并不局限于對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

一種高強(qiáng)韌性鈦合金鉆桿料的墩粗方法，鈦合金鉆桿成分重量百分比為：al：5～7、nb：2.0～3.0、zr：0.5～2.0、mo：0.7-1.2、fe：0.02-0.05、si：0.01-0.03、ti：余量，利用上述組合物的鈦合金鉆桿料的管端墩粗方法是：步驟一、涂抹玻璃粉：管材內(nèi)、外均勻涂抹玻璃粉在鈦合金管兩端各500mm范圍內(nèi)，厚度控制在1～2mm厚，涂抹結(jié)束時(shí)間控制在下一步驟前1～1.5h；步驟二、感應(yīng)加熱：管端送入感應(yīng)爐加熱，加熱溫度970～990℃，加熱時(shí)間5min，在加熱后通過(guò)自動(dòng)控制機(jī)架送入墩粗壓機(jī)，過(guò)程時(shí)間控制在30s內(nèi)以防止過(guò)多降溫；步驟三、一次墩粗：將上述加熱后的管材快速送入墩粗機(jī)，進(jìn)行一次墩粗，加厚縮短量為110～130mm；步驟四、二次加熱：一次墩粗后的管材重新送入感應(yīng)加熱爐，加熱溫度900～920℃，加熱時(shí)間5min，在加熱后通過(guò)自動(dòng)控制機(jī)架送入墩粗壓機(jī)，過(guò)程時(shí)間控制在30s內(nèi)以防止過(guò)多降溫；步驟五、二次墩粗：將上述加熱后的管材快速送入墩粗機(jī)，進(jìn)行二次墩粗，加厚縮短量為60～75mm；步驟六、整管熱處理：二次墩粗后的管材經(jīng)溫度為900～950℃、保溫時(shí)間為60min進(jìn)行退火處理。

實(shí)施例1

涂抹玻璃粉：涂抹厚度控制在1mm左右，涂抹結(jié)束時(shí)間控制在下一步驟前1h；

感應(yīng)加熱：加熱溫度990℃，加熱時(shí)間5min；

一次墩粗：加厚縮短量為130mm；

二次加熱：加熱溫度920℃，加熱時(shí)間5min；

二次墩粗：加厚縮短量為75mm；

熱處理：二次墩粗后的管材經(jīng)溫度為950℃、保溫時(shí)間為60min進(jìn)行退火處理；

該實(shí)施例得到的鈦合金管可以達(dá)到以下指標(biāo)：

屈服強(qiáng)度797mpa；抗拉強(qiáng)度923mpa；延伸率15％；沖擊功49j。

實(shí)施例2

涂抹玻璃粉：涂抹厚度控制在2mm左右，涂抹結(jié)束時(shí)間控制在下一步驟前1.5h；

感應(yīng)加熱：加熱溫度970℃，加熱時(shí)間5min；

一次墩粗：加厚縮短量為110mm；

二次加熱：加熱溫度900℃，加熱時(shí)間5min；

二次墩粗：加厚縮短量為60mm；

熱處理：二次墩粗后的管材經(jīng)溫度為900℃、保溫時(shí)間為60min進(jìn)行退火處理；

該實(shí)施例得到的鈦合金管可以達(dá)到以下指標(biāo)：

屈服強(qiáng)度829mpa；抗拉強(qiáng)度963mpa；延伸率13％；沖擊功43j。

對(duì)比例1

石墨潤(rùn)滑：墩粗設(shè)備進(jìn)行噴涂石墨處理；

感應(yīng)加熱：加熱溫度1200℃，加熱時(shí)間5min；

一次墩粗：加厚縮短量為120mm；

二次加熱：加熱溫度1150℃，加熱時(shí)間5min；

二次墩粗：加厚縮短量為60mm；

熱處理：二次墩粗后的管材經(jīng)溫度為970℃、保溫時(shí)間為60min進(jìn)行退火處理；

該實(shí)施例得到的鈦合金管可以達(dá)到以下指標(biāo)：

屈服強(qiáng)度727mpa；抗拉強(qiáng)度860mpa；延伸率8％；沖擊功35j。

表1為本發(fā)明實(shí)例與對(duì)比例力學(xué)性能的比較?？梢钥闯霰景l(fā)明實(shí)例鈦合金鉆桿墩粗工藝與其他工藝相比，強(qiáng)度、韌性都能得到大幅度改善。本發(fā)明的鈦合金鉆桿料經(jīng)兩道次加熱墩粗、熱處理后，經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試符合110ksi鉆桿要求。

表1

硫化氫應(yīng)力腐蝕性能如下：

腐蝕掛片測(cè)試實(shí)驗(yàn)溫度160℃，h2s分壓5mpa，co2分壓11mpa，nacl濃度100000ppmcl，加入單質(zhì)硫3g/l，ph值為3，轉(zhuǎn)速均為3m/s。進(jìn)行168小時(shí)腐蝕試驗(yàn)后，計(jì)算腐蝕速率為0.0035mm/a。

如圖1所示為本發(fā)明鈦合金鉆桿料墩粗態(tài)金相組織示意圖；圖2所示為本發(fā)明鈦合金鉆桿料熱處理態(tài)態(tài)金相組織示意圖。

本發(fā)明實(shí)例鈦合金管具有良好的抗co2、h2s應(yīng)力腐蝕性能。