绳索取心钻探管的强韧化研究

【摘要】：随着金刚石绳索取心钻进技术在地质、石油天然气等工业部门的广泛应用,绳索取心钻探的最大孔深也越来越深,原有的以45MnMoB钢为材料的地质标准DZ60钢级的钻探管杆及钻杆接头已不能完全满足其需要。采用42CrMo这种用于1200~2000m石油深井钻杆接头的调质钢可以提高绳索取心地质钻探中的最大孔深。因此,以获得符合绳索取心钻具要求的钻杆和钻杆接头为主要目的,通过对原45MnMoB材质的早期断裂失效的钻杆及钻杆接头进行分析,找出其失效的主要原因;根据失效分析,使用42CrMo钢代替45MnMoB钢作为钻杆接头材料,采用力学性能检测、金相及电子扫描显微分析及断口分析等研究手段,总结出42CrMo钢最佳的调质处理工艺,并比较42CrMo钢与45MnMoB调质钢的综合力学性能。得出以下结论: 通过广泛的生产实践调查,收集了大量的钻探杆断裂实物,并调查了解发生断裂的现场条件。对断裂失效钻杆和钻杆接头进行失效分析,发现钻杆和钻杆接头断裂的部位大多数是在其螺纹副处,运用金相分析、电子扫描电镜分析、力学性能检测及断口形貌显微分析,认为钻杆接头的调质处理工艺不当是导致钻杆接头发生早期断裂的主要原因,为钻探管的强韧化研究奠定了基础。 调研发现地质钻探管和钻杆接头的热处理设备比较陈旧。结合现场工作情况及热处理炉设计基础,设计了一种实用新型的氢保护热处理炉,用于钻杆接头的热处理及其它相关零件的相关处理(如扩径管的烧结)。 通过对45MnMoB钢和42CrMo钢的成分分析,确定使用42CrMo调质钢作为绳索取心钻具的钻杆接头用钢。并对42CrMo钢进行了调质处理工艺的研究,得出最佳的调质处理工艺:淬火介质为油,淬火温度850℃,淬火保温时间30min,回火温度550℃、回火保温时间45min。经过这种调质处理工艺得到的组织是球化的粒状渗碳体及碳化物和等轴状铁素体组织的回火索氏体组织,具有很好的综合力学性能,基本能够达到绳索取心钻杆DZ90钢级的要求,可以用于1500~2000m中深孔复杂地层的绳索取心钻探,具有实际应用价值。