钻孔防偏用重钻杆高强度无磁不锈钢DNM140的开发

钻孔防偏用重钻杆高强度无磁不锈钢DNM140的开发 钻孔防偏用重钻杆高强度无磁不锈钢 DNM140的开发 太钢译文?37? 钻孔防偏用重钻杆高强度无磁不锈钢DNM140的开发 王中伦译张志仁校 1前言钻杆,单粤譬l为600(长约9m) 随着世界能源使用量的增加,对石油的 需求越来越高,对新油田的开采和勘探也越 来越活跃.钻孑L防偏用重钻杆是开采设备的 重要部件之一,它直接连接钻头,负担着采掘 的负荷(图1).由于开采技术的进步,现在 不仅有垂直开采,而且还增加了从陆地向内 海的开采和从海上基地向周围的很多倾斜开 采.对于这种倾斜开采,为了撑握钻头位置 的信息,必须通过安装地磁测定器在边探查 边开采的情况下了解地下位置的情报(气 体,岩质),因此必须安装电子仪器以便能在 有效时间内测定出电磁阻和岩层密度等.因 为这些设备都安装在钻孔防偏用重钻杆上, 所以为防止误操作,钻孔防偏用重钻杆必须 采用无磁材料.另外,为_r达到薄壁化,材料 必须具有更高强度,因地下是硫化氢活跃场 所,在这样严重腐蚀环境下,还必须具有良好 的耐蚀性能. 这里,作者们必须满足这些要求,为了达 到CI,Mn系奥氏体不锈钢的化学组成和生 产条件的最佳化,开发_r具有高强度,而且耐 蚀性优良的无磁钻孔防偏重钻杆用 rDNM140J钢. 通常使用的钻孔防偏用重钻杆外径尺寸 为中119,~238mm,根据坑径可以进行选 择.最重的为(I~238mm的钻杆,单位重约为 4300kg/根(长约91I1),最轻的是qbl19lilIll的 1钻探系统例(垂直钻探) 2开发钢rDNMI4O]的特长 开发钢rDNMI40的化学组成如1所 示.IDNM140J无磁不锈钢是以C1一Mn系奥 氏体不锈钢为基础,对Cr,Mn,N等成分进行 了最佳化匹配,并进一步通过温加一实现了钢 材具有高强度,高耐蚀性能的目的.本钢种的 高强度是通过N的溶强化和温DH-~:I'=生加 1变形获得;高耐蚀性是利用cr,Mo,N获得: 利用Mn,Ni,Cu,N等奥氏体相形成元素 另外, 实现了稳定的奥氏体相(无磁相)组织,虽经 80%的温加工,仍保持无磁性 ? 38?2010年第4期 『DNM140J的特长 ? 高强度.0.2%屈服强度965MPa以 上(?140ksi); ? 优良的耐蚀性.经10%草酸腐蚀试 验,具有阶梯组织,经硫酸一硫酸铜腐蚀弯曲 试验,未发生裂纹,点蚀电压具有与SUS316 同等水平; ? 无磁性.经80%冷加工后的导磁率 <1.005. 3开发钢厂DNM140J的特性 为了评价该材料的耐蚀性能和机械性 能,在固溶热处理后各成品尺寸(dp169mm 与qb200mm)温加工的钢棒上,从距钢棒表层 25ram处采取试样,作为基本磁性是从 冷加工后的钢棒上采取试样. 3.1磁性 无磁钻孔防偏用重钻杆用钢必须是无磁 的,对稳定的奥氏体来说,在200Oe(15920A/ m)磁界,导磁率的最大值应在1.005以下. 表2是用从表层采取的试样测定的 rDNM140J的在2000e(15920A/m)磁界的导 西169mm 磁率,不管哪种尺寸,导磁率都非常低.图2 是各种减面率的导磁率,即使经80%冷加工 值仍为<1.005. 3.2耐蚀性 图3所示是根据ASTMA262PracticeA 对『DNM140]用10%草酸腐蚀试验的结 果.微观组织完全是奥氏体相,没有铁素体 相.为了得到良好的耐蚀性和冲击特性,重 要的是要避免cr系氮化物和碳化物的析出, 具有像图3所示那样的良好组织. 表2温~D-r-棒钢的导磁率 距表层25mm处 瓣 蓬 图2冷加工率与导磁率的关系 距表面层25ram处 西200mm 图310%草酸腐蚀试验结果(ASTMA262PracticeA) 一 ! 太钢译文?39? 为了了解对晶间腐蚀的敏感性,根据 ASTMA262PracticeA标准进行了硫酸一硫 酸铜腐蚀弯曲试验,结果如图4所示.这次 试验检出了与Cr的富碳化物有关的晶间腐 蚀敏感性,两种试片的弯曲试验的弯曲都达 到了180.,没有发生裂纹,认为rDNM140J具 有优良的耐晶间腐蚀性. 为了评价耐氯离子点蚀性能,测定了阳 极极化曲线,试验是在30%,3.5%NaC1溶液 中进行的,图5是以SCE为比对电极,电流 密度为10A/cm时的点蚀电位.在3.5% NaC1溶液中rDNM140J的点蚀电位达到了 400mV.该电压比SUS304和SUS316还高, 说明rDNM140]在氯离子中具有良好的耐点 蚀性能. 导 g 己 ? g 上? 3.3机械性质 拉伸试验和夏氏冲击试验结果的一例示 于表3.rDNM140J各尺寸的0.2%屈服都在 965MPa以上,拉伸强度都在1034MPa以上, 延伸率都在25%以上.另外,2mmV型缺口试 片的夏氏冲击值也都达到了150J!cm以上. 表3代表尺寸的机械性质 距表层25mm处 西i69ram200ram 图4硫酸一硫酸铜腐蚀弯曲试验结果(ATSMA262PracticeE) 图5点蚀电测定结果(3.5%NaC1,30%) 4生产实绩与今后的开展 最近,伴随能源使用量的增加,石油需求 也在急速增长,对新油田的开采和勘探非常 活跃,由此可以想象,随开采需求的增加,非 磁性钻孑L防偏用重钻杆(图6)的世界范围的 不仅是石油,另 需求量今后也会不断增长. 外对甲烷和天然气,矿物等能源资源的开发 也更加活跃,所以更期望增加生产量.现在 开发钢rDNM140J的生产能力大约为200t/ 月,预计今后将继续增加. 图6钻孔防偏用重钻杆的外观照片 译自《日本金属学会会报》(日文)2009.NO.2