石油钻具的热处理工艺改进

2022-09-10

一、工作条件及损坏形式

在地质钻探过程中, 钻机通过钻具 (包括钻杆、岩心管和各种管接头) 将转矩和轴向压力传到钻头, 从而对地层进行钻探, 钻具除了外表不断与孔壁岩层发生摩擦外, 还遭受巨大的弯曲、扭转及冲击力的作用。不合格的石油钻具在其恶劣的工作条件下极易发生损坏, 其损坏的形式主要有有: (1) 断裂。 (2) 丝扣处磨损变形, (3) 管壁裂缝和产生洞眼。 (4) 管壁磨损, 弯曲太大。

二、石油钻具的热处理存在问题分析

1. 来料质量

来料质量主要包括三个方面:表面质量、成分偏析以及杂质物不均。石油钻具质量不高, 首要表现为钻具裂纹, 钻具裂纹通常在经过炼钢、锻造以及锻造后热处理。经加工等工序后, 大大提高钻具热处理前的质量。采用分区加热的方法基本上可以消除成分偏析所带来的不利影响。

2. 工件外形

石油钻具几何外形呈空心厚壁管状, 管道主要壁厚度均小于内孔直径, 长度为9500mm, , 淬火时易开裂。

3. 设备

设备主要包括2个方面:仪表指示以及井式加热炉井式水槽。仪表指示:所有指示仪器均按照规定严格执行送检制度, 定期校表, 要将系统误差控制在5℃之内。井式加热炉在进行加热时, 使工件存在的温度差和井式水槽树立, 淬火时工件上下端存在时间差, 是设备本身局限所造成的, 无法改变[1]。

4. 工艺

工艺主要包括两部分:冷却时间、水温, 根据来料质量以及工件外形, 参照有关技术规范, 在保证石油钻具整体性能的条件下, 所选择的冷却时间为下限, 温度为35℃, 上下浮动为5℃, 符合规定要求。

通过仔细的分析, 石油钻具热处理存在问题是主要原因在于工艺、设备与工件外形之间的存在的矛盾。

三、钻具的热处理工艺改进

1. 石油钻具的制造工艺路线

钻杆、岩心管的制造过程:切料一调质一高频表面淬火一检验。

接箍、锁接头的制造过程:切料—调质一机加工一表面淬火一检验一氧化处理。

2. 钻具的调质处理

钻具调质处理工艺示于表1

3. 钻具高频感应淬火

(1) 钻具高频感应淬火工艺, 钻具高频感应淬火工艺要根据相关的国家规定参数, 严格执行, 确保能够完全符合标准。

(2) 淬火用设备, 锁接头、接箍采用60k W高频感应淬火设备, 钻杆、岩心管采用100k W高频感应淬火设备。为了适应不同弯曲度管材的连续淬火, 需采用特殊的感应器导线, 并在淬火机床上加相应的装置[2]。

4. 锁接头火焰表面淬火

锁接头火焰表面淬火的有关参数如下:

(1) 工艺参数:加热温度850—870℃, 自喷水冷。氧气压力0.7一0.8MPa, 乙炔压力0.05-0.15MPa, 水压、水量调到既不熄火又能淬硬为准。

(2) 专用喷嘴:如φ57mm接头用29*2—φ0.8mm孔;φ65mm接头用3l*2一φ0.8mm孔;钉5mm接头用35*2—φ0.8mm孔。

(3) 水孔:31*3—φ1mm排孔。

(4) 火距:10mm。

(5) 机床转速冲:φ57mm接头一1r/min;

φ65mm接头——0.85r/min;

φ75mm接头一一0.74r/min:

工件横放顶紧, 火焰对准淬火段 (中标尺寸部位不淬火) 。锁接头公体用专用喷嘴一个, 母体用专用喷嘴两个。

5. 高强度钻杆热处理

使用材料为35Mn Mo VTi钢。采用正火处理, 加热860—900℃, 空冷, 组织为贝氏体。最后进行600—650℃回火。

6. 取心器外管热处理

取心器外管用40Mn2Mo VNb钢制造, 要求两端200mm范围内调质, 硬度为260—300HBS。

调质可采用感应加热, 在卧式淬火机床上用多圈感应器将取心器外管两端200mm范围内加热至870-C, 立即进入的喷油器, 使取心器外管内外壁同时受到喷油的冷却, 硬度达50HRC以上, 然后放人电炉中回火。温度670℃一690℃, 时间4h, 回火后空冷。

高频感应淬火的电参数为:屏压11k V, 槽压10k V, 屏流8A, 栅流2A。

操作要点:采用间断加热 (中间断电两次) , 总加热时间约70s。工件转速为80一150r/min, 加热温度控制在860—900~C。

7. 齿瓦热处理

齿瓦用T7钢制造, 齿部硬度要求为55—60HRC。制造工艺过程:锻造一退火一机加工一热处理。退火可在箱式炉中进行。加热温度760℃, 保温3h;随炉降温至630℃, 保温2h;再随炉降温至500℃, 出炉空冷。

淬火用盐炉加热, 温度790℃。加热时间按15s/mm (工件断面) 计算。用碱水或盐水淬冷[3]。

经过一系列的改进措施后, 石油钻具生产中的许多矛盾迎刃而解, 改进后的石油钻具力学性能相比之前得到了极大的改善。结语

石油钻具的热处理工艺的改进对于提高和保障石油探测和开采有着重要的作用, 因此, 改进石油钻具的热处理工艺有着重大的现实意义, 石油钻具的热处理工艺问题是整个热处理行业普遍存在的现象, 调整处理工艺、提高热处理工艺的科技水平是保障石油钻具的有效方法。

摘要：在石油探测开采过程中, 石油钻具有着非同一般的作用, 然而在石油热工具处理阶段, 由于处理工艺的不完善, 导致石油工具在恶劣的工作条件下极易发生损坏。对于施工的探测开采工作带来极大的不便, 因此, 加强石油钻具的热处理工艺的改进有着积极的现实意义, 本文主要就石油钻具的热处理工艺的改进进行简单的阐述分析。

关键词：石油钻具,热处理工艺,工艺改进