超深井钻杆接头用钢的连续冷却转变研究

在热模拟机上测定一种钻杆接头用钢在不同冷速下膨胀曲线,绘制静态CCT曲线,分析不同的温度和冷却速度对应不同的转变产物和组织,为制订高强韧性钻杆接头用钢材料生产及调质工艺提供依据。根据测定的Ac3相变温度,制定材料的拉伸、冲击热处理工艺,试验研究表明:890±5℃淬火,保温35 min,水冷;660±5℃回火,保温60 min,空冷。在该热处理工艺条件下,钻杆接头材料的强韧性匹配最佳。

高可靠性铝合金钻杆及其在超深井和水平井中的应用

在我国颁布铝合金钻杆国家标准的前提下,归纳了铝合金钻杆用于超深井和水平井钻井的众多优点;分析了新标准铝合金钻杆与钢接头的连接方式:梯形丝扣连接、设置内支撑端面和锥形配合面、通过高温装配工艺实现过盈配合;介绍了在超深井和水平井中应用高可靠性铝合金钻杆可显著减少大钩载荷、转盘扭矩和泵压损失以及提高钻杆强度储备的效果。

表面预处理和润滑条件对硫氮共渗35CrMo磨损性能的影响

目的提高35CrMo钻杆接头和对磨套管的耐磨性能。方法采用超声表面加工处理和硫氮共渗处理技术对钻杆接头常用的35CrMo钢进行处理,研究了超声表面预处理和润滑条件对其耐磨性能的影响。利用光学三维形貌仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别研究了试样的表面形貌、粗糙度、成分和相结构,采用环块磨损试验机在油基钻井液润滑和无钻井液润滑的条件下,考察了经过不同载荷超声表面加工预处理的35CrMo钻杆接头及其对磨套管的磨损性能。结果超声表面加工预处理可使35CrMo钢及其硫氮共渗处理后的表面粗糙度显著降低约80%以上。经超声表面加工预处理后,35CrMo钢硫氮共渗钻杆接头在油基钻井液润滑和干摩擦条件下的磨损率均进一步降低。在无钻井液润滑的条件下,500 N载荷超声表面加工预处理后,硫氮共渗35CrMo钢钻杆接头对磨油管磨损表面形貌的改善更显著,表面粘着和犁沟均减少。结论 35CrMo钢钻杆接头在硫氮共渗前采用超声表面加工进行预处理,可以获得更低的表面粗糙度和更高的表面硬度,在有无钻井液润滑条件下均可提高钻杆接头和套管的耐磨性能。

42CrMo钢三棱螺旋钻杆接头断裂原因分析

某42CrMo钢三棱螺旋钻杆接头在进行煤层钻采过程中发生断裂。采用宏观观查、化学成分分析、力学性能测试、硬度测试、金相检验、应力分布有限元模拟等方法对钻杆接头断裂的原因进行了分析。结果表明:该42CrMo钢三棱螺旋钻杆热处理时因回火温度过低,使其硬度偏高,造成冲击吸收能量偏低,韧性较差,在扭转、弯曲等交变载荷作用下,于螺纹牙底的应力集中处发生早期疲劳断裂。

铝合金钻杆的优越性及其在地探深孔中的应用前景

在归纳铝合金钻杆众多优点的基础上,介绍铝合金钻杆与钢接头的连接方式、过盈配合,举例分析铝合金钻杆可显著减少深孔钻进大钩载荷、转盘扭矩和泵压损失的效果,探讨了铝合金钻杆在地探深孔中的应用前景。

钻杆接头材料35CrMo硫氮复合处理层的干摩擦学性能研究

应用离子渗氮与离子渗硫技术,在钻杆接头材料35CrMo钢表面制备了硫氮复合处理层。采用M-200环块磨损试验机,对比研究了原始渗氮表面与硫氮复合表面在干摩擦条件下的抗磨损性能。结果表明,在干摩擦的条件下,由于摩擦副的接触表面缺乏润滑,硬度较高的渗氮层会加剧接触表面的磨损。而硫氮复合处理层由于在表面存在一层硫化亚铁固体润滑层,在磨损过程中可以起到一定的润滑作用,因此其在干摩擦条件下具备更好的抗磨损性能。

超声表面加工和硫氮共渗复合处理对35CrMo钢表面性能的影响

为了同时减少钻杆接头和对磨套管的磨损,采用超声表面加工技术和硫氮共渗技术对钻杆接头材料35CrMo钢进行复合处理。利用光学三维形貌仪、扫描电子显微镜、EDS能谱仪、显微硬度计和X射线衍射仪分别研究了试样的表面形貌、粗糙度、成分、硬度和相结构,并在水基钻井液润滑条件下采用环块磨损试验机考察了35CrMo钢和套管对磨副的磨损性能。结果表明,超声表面加工可以使35CrMo钢和硫氮共渗复合处理改性层的表面粗糙度均显著降低,进一步提高硫氮共渗改性层硬度,显著改善35CrMo钢的耐磨性能,并使对磨副套管的磨损率明显降低,钻杆接头和套管的磨损表面形貌也得到显著改善。

S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能

36CrNiMo4A钢制S135钻杆的工具接头和管体采用摩擦方式进行焊接 ,对摩擦焊接头进行了适当热处理。对钻杆工具接头、管体、焊合区三点弯曲试样的断裂韧度进行了测试 ,分析了弯曲试样的微观组织和断裂形貌以及接头焊合区韧性损伤的原因。结果表明 ,S135钻杆经摩擦焊接和热处理后 ,改善和提高了摩擦焊接头焊合区的组织和性能 ,其断裂韧度值JIC达到 4 8kJ/m2 ,钻杆钻井深度超过 5 30 0m ,满足了使用要求。

铝合金钻杆与钢接头可靠连接过盈量的计算及组装工艺

铝合金钻杆具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点，但其耐磨性较低。实际使用时，将铝合金钻杆杆体与钢接头组装在一起形成钻杆柱，由钢接头来承受拧卸操作。由于铝合金与钢在弹性模量、热膨胀系数、屈服强度等方面的差异，经常出现连接不可靠的情况。针对饱147 mm ×13 mm的内加厚铝合金钻杆进行过盈量的理论计算，得出满足传递载荷及材料不产生塑性变形的过盈量范围是0.712～1.009 mm。同时对钻杆杆体及钢接头的组装工艺进行介绍。

AISI4137H钻杆接头用钢开发生产实践

通过优化设计钢的化学成分,合理制定冶炼、连铸、轧制工艺中各项关键控制参数,成功开发了AISI4137H石油钻杆接头用钢。产品实物质量检验表明,钢材组织致密,中心疏松0.5~1.0级;晶粒细小,晶粒度7~8级;洁净度高、淬透性好、力学性能稳定,最小强度值高出标准要求30 MPa以上,-20℃低温冲击功84~108 J,满足钻杆接头用钢标准及使用要求。

锻压工艺对钻杆接头性能的影响

采用不同的模具预热温度和始锻温度进行了30Cr Mn Si V钻杆接头的锻压试验,并进行了钻杆冲击和磨损性能的测试与分析。结果表明:在试验条件下,随模具预热温度从210℃逐渐增大到330℃或者随始锻温度从1120℃逐渐增大到1240℃,钻杆接头的冲击性能和耐磨损性能均先提高后下降。钻杆接头的模具预热温度和始锻温度分别优选为300、1210℃。与210℃模具预热锻造的接头相比,300℃模具预热温度锻造的钻杆接头的冲击吸收功增大47%,磨损体积减小84%。与1120℃始锻温度锻造的接头相比,1210℃始锻温度锻造的钻杆接头冲击吸收功增大71%,磨损体积减小85%。

组装工艺对铝合金钻杆性能的影响及自动化组装装置研制

为了满足日益增长的深部钻探对钻杆的性能要求,需要研制可以适应极端工况的轻质高强度钻杆。铝合金钻杆具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点,但耐磨性和螺纹强度不足。在实际使用过程中,铝合金钻杆需配合钢接头一起使用,主要由钢接头承受拧卸力。目前国内外的铝合金钻杆组装技术主要有预扭矩法、热组装技术和冷组装技术。热组装技术在实际应用中表现出更适合深孔钻井铝合金钻杆的特性,但组装过程中的高温会降低铝合金杆体螺纹部位的强度。本文对铝合金钻杆杆体与钢接头热组装过程中的实际温度进行了测量试验,试验结果表明外冷却可以避免铝合金钻杆杆体螺纹部位较长时间处于较高温度,而内冷却可以使螺纹部位的最高温度降低25℃左右。对螺纹连接部位做轴向拉伸有限元分析,通过公式拟合得出螺纹根部最大应力与轴向拉力之间的关系,公式计算表明热组装过程中存在的高温会使铝合金钻杆最大轴向拉力下降约65 kN。由试验与模拟结果可见内外冷却机构对于热组装装置的重要性,作者结合前期工作,介绍一套全尺寸铝合金钻杆杆体和钢接头自动化过盈热组装装置的研制。

套管伸缩器及定位钢管桩在滨海浮船平台绳索取心钻进中的应用

随着探矿领域不断扩展,滨海探矿项目越来越多。在滨海水上钻探中,由于受海浪、涨落潮、暗流、大风等不稳定因素影响,存在钻具横向、竖向定位控制困难等问题。采用"浮船+钢管桩+伸缩器套管"工法能较好地解决这2个难题。结合工程实践,介绍了套管伸缩器及定位钢管桩在滨海绳索取心钻探中的组合应用。

AISI4137H钻杆接头用钢的生产实践

通过优化设计钢的化学成分,合理制定冶炼、连铸、轧制工艺中各项关键控制参数,成功开发AISI4137H石油钻杆接头用钢。产品实物质量检验表明,本钢材组织致密、晶粒细小、洁净度高、淬透性好、力学性能稳定,满足钻杆接头用钢高洁净度、高均匀性、优良综合性能的要求。

钻杆接头用含铌钒37CrMnMo钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对含铌钒37CrMnMo钢进行等温单道次热压缩试验,研究了在不同变形温度和应变速率下钢的热变形行为及组织演变规律,并根据真应力-真应变曲线建立了该钢的热变形方程和热加工图。结果表明:在相同变形条件下,流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而降低;在高温、低应变速率条件下,试验钢的动态再结晶行为较显著;试验钢的热变形激活能为339.448 kJ/mol,基于动态材料模型和Prasad失稳准则确定了应变量为0.7时该钢的最佳热加工参数为1055~1250℃、0.05~0.12 s^(-1)和1130~1250℃、0.12~2.79 s^(-1)。