石油钻杆接头热处理工艺

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探讨石油钻具转换接头的热处理

探讨石油钻具转换接头的热处理【摘要】转换接头作为石油钻具设备的一个重要组成部分，要求转换接头要具备非常好的安全性以及可靠性。

而石油钻具转换接头是由合金结构钢材料来构成，在对转换接头进行热处理时要求比较高，并且不同加热工艺对于操作要求、操作环节以及操作人员技术要求都不相同。

因此，本文主要从转换接头热处理操作工艺入手，简单介绍了热处理工艺步骤，并对淬火加热、加热温度确定、加热所需时间以及保温时间、淬火冷却处理操作进行分析介绍，使大家能更进一步的了解石油钻具转换接头设备的热处理操作。

【关键词】转换接头石油钻具热处理石油钻具中有一个非常重要的零件就是钻柱转换接头，这一部位对于可靠及完全性要求相对比较高。

其质量及体积相对比较大，主要构成材料有40CrNiMoA 钢、4145H钢以及40CrMnMo钢。

根据毕氏准数Bi来对薄件厚度进行划分，其最值可以达到280mm。

如果部件间隔长度不超过D/2时，接头加热时间应根据加厚工件来进行计算分析[1]。

从转换接头结构特点以及质量需求方面考虑，钻具转换接头热处理环节也存在较多特点。

本文主要介绍了热处理具体操作工艺在石油钻具转换接头加热处理中的应用。

1 石油钻具转换接头热处理操作流程热处理处理转换接头步骤为：①放料；②粗车处理；③钻孔操作；④正火；⑤调质处理；⑥精车操作。

由于转换接头质量大，尺寸也较大，要求其具有非常高的可靠性及安全性，为了确保钻具转换接头具有的高综合力学性能，在实行调质操作之前应先完成正火操作，确保成分均匀并实现晶粒细化工作，从而为提高钢材质韧性以及淬透性作下铺垫工作。

除此之外，此操作步骤还能起到帮助消除一些材料中存在的带状组织以及其他问题对产品造成不良影响。

2 热处理过程中淬火加热分析按照工件入炉温度差异可以将其分成三种不同情况。

（1）直接将冷工件投入到正火温度、炉温已达到淬火的炉内进行加热处理。

这种做法具有的特征是截面温差相对比较大，但是加热速度非常快，通常比较多用于小型工件中。

石油钻杆生产工艺

抽油机生产工艺(三)
钻杆生产工艺包括接头加工和摩擦焊接两个工序。

接头加工工艺流程：毛坯接头进场后经过内削、外削、特殊加工（只限公扣）、热处理、打硬度磁粉探伤、螺纹加工、刻印、镀铜或磷化（外协）、制得成品接头，送至压接线。

摩擦焊接：接头加工后的成品接头经端部加工、压接（将端部车好的原管与加工线送来的成品接头对焊）、焊缝退火、精加工、焊缝淬火、焊缝回火、自主检、探伤、成品喷标，最终得到成品钻杆。

工艺流程图见图1。

去摩擦压接成品
图1 工艺流程图。

分析石油钻具的热处理工艺及改进措施_0

分析石油钻具的热处理工艺及改进措施石油钻具的热处理工艺是在对石油进行勘探过程中经常使用的工具，但在实施热处理当中却存在一定的问题。

因此，本文针对石油钻具的热处理工艺及改进措施做出了进一步探究，对具体工作的条件以及损坏的形式、存在的主要问题、工艺改进的措施给出了具体的分析。

标签：石油钻具；热处理工艺；工艺改进在对石油实施勘测以开采的过程中，石油钻具起到了非常重要的作用。

但是，在对该项工具进行处理的过程中，由于我国对其的探究起步比较晚，有很多的工作还有待进一步完善。

因为工艺的不成熟，所以在天气较情况比较差的情况当中，经常会出现损坏的现象，对日常工作的有序实施造成了阻碍，所以，在实际工作当中，要对实践经验进行总结，以便将热处理工艺进行改进，对石油的勘测以及开采工作的进行有着非常重要的帮助作用。

1 具体工作的条件以及损坏的形式在真实对地质进行钻探当中，钻机会借助钻具，把钻矩以及实际的轴向压力向钻头的方向进行传送，以便能够对底层实施良好的钻探，在这一过程当中，转具会与岩壁产生非常大的摩擦，变形弯曲，并会受到非常巨大的冲击力[1]。

如果选择的钻机质量不合格，那么在比较差的环境下进行工作时，发生损坏的概率会非常高，其中损坏的类型有：钻具发生断裂、管壁产生非常严重的磨损，弯曲的程度非常大、管壁产生裂缝，并且出现洞眼、丝扣处会发生磨损并且出现变形。

2 石油钻具的热处理工艺存在的主要问题2.1 材料的质量对材料的质量进行细致的分析，主要有以下几个层面：材料表面的质量、材料当中的构成成分、杂质物呈现出不均匀的分布状态[2]。

如果选用了较差的钻具，最直接的表现便是该项工具的表面有裂纹产生，裂纹一般会在炼钢以及锻造之后实施热处理。

在一系列的加工工序完成之后，可以把钻具的质量进提升。

其中，通常应用的方式为分区加热的形式，可以将成分偏析所带来的影响进行消除。

2.2 外形该项工具阶的外形为空心厚壁管状，其在管道当中，管道壁的实际厚度不会超过将内孔当中的直径，在淬火的过程中，非常容易裂开。

钻杆的热处理工艺

浅析钻杆的热处理工艺滕宇（南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通 226010）摘要：本文通过对钻杆的工作环境、受力情况、性能以及带状偏析的危害分析，通过金相组织分析，回火索氏体组织（淬火+高温回火得到的组织）的晶粒度等级通常不在要求的等级范围之间，这种情况的产生就与组织的情况有极大的联系。

钻杆的热处理就是调质处理，本文研究的钻杆的热处理工艺其实主要研究消除钻杆带状组织的热处理工艺，解决了公司钻杆工件中存在的问题。

关键词：钻杆；硬度要求；金相组织；力学性能；带状偏析1引言在经济飞速发展的今天，机械行业的发展也是日新月异，钻杆在平日生产活动中扮演着越来越重要的角色，钻杆分为地质钻杆，非地质钻杆等。

本文主要研究的是非开挖地质钻杆。

非开挖地质钻杆是用于定向钻进施工中传递钻机扭矩与拉力的一种工具，由于它在定向施工中需要承受扭曲、拉力、弯曲、摩擦、振动，所以它的制作过程非常严格。

但是由于生产力水平的局限性，在平时生产过程中经常会发现钻杆存在有带状偏析的现象，这严重影响了钻杆的质量及使用寿命。

通过对钻杆热处理，解决了该问题，对提高钻杆质量起到重要的作用。

2钻杆失效分析钻杆失效形式主要是钻杆的断裂。

钻杆在导向、定向钻进过程中一但断裂，将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的巨大损失，而且影响工期，失去信誉，后果不堪设想。

因此，作为施工个人或企业，一定要学会如何正确地选择和使用钻杆；而作为钻杆生产厂家，要知道各种开挖或非开挖工程对钻杆的特殊要求，生产出高强度、高韧性和高可靠性钻杆。

非地质钻杆失效原因我们可从两方面来分析，人为因素和钻杆本身存在的缺陷，钻杆本身的缺陷又分设计缺陷和材料本身存在的缺陷。

试验证明，钻杆受交变应力作用而疲劳断裂是钻杆断裂失效的主要原因。

下表是钻杆的主要失效形式和失效原因。

表1：钻杆的失效形式和原因 3钻杆的组织性能要求3.1性能要求钻杆在使用过程中必须能够承受巨大的内外压，这使得钻杆必须要有足够高的强度、硬度和耐磨性。

钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法

钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法本发明是钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法，该方法分，工件上储料台;工件自动对齐定位:工件进入加热辊道:淬火感应加热:闭环温度控制系统:随线连续喷淋使工件迅速均匀完全淬透:工件内的残留水在沥水台上漏出管内:回火感应加热:9i:外测温闭环控制系统:清除工件表面的氧化皮;冷床:优点:用中频感应加热作为热处理加热热源对环境无污染，安全，氧化皮少，成本低。

加热辊道保证工件在加热处理过程中加热均匀，工件经过此辊道后无需校直机校直，减少了成本。

喷淬装置在随线连续喷淋中使工件迅速均匀完全淬透，除鳞装置使成品工件表面光亮达到本色.沥水台使水和水蒸汽不带回火感应加热线圈内，感应加热线圈使用寿命长。

钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理方法，其特征是该方法的工艺步骤分为:(1)工件上储料台:工件钢管或石油油井管或钻杆在储料台上整齐排列;储料台台面倾斜2-5度，工件由天车吊到储料台上，自动按序整齐排列:储料台挡料装置为偏心轮结构，对于cp 60-p 139. 7调核偏心轮在不同角度位置，使翻料装置每次只能翻一根料:(2)工件自动对齐定位:工件钢管或石油油井管或钻杆由储料台料架送至第一工位一对齐定位辊道，定位辊道由四个辊轮组成并装有受料开关，其中两端辊轮由电机带动减速机驱动，以使工件对齐;(3)工件进入加热辊道:工件钢管或石汕油井管或钻杆进入加热辊道，进行均匀加热，在加热辊道上倾斜安装v型辊轮和变频调速电机和减速机，v型辊轮转速采用变频调速，通过感应器操作步进上料机把对齐架上的工件平稳地抬起，滚送到呈倾斜8-200安装的变频送料机上，变频送料机以设定的速度向前送料，变频送料机为单辊传动，速度、高度可调，工件钢管或石油油井管或钻杆安放在V型辊轮上在感应加热线圈内自转，对工件钢管或石汕油井管或钻杆均匀加热;(4)淬火感应加热:工件钢管或石油油井管或钻杆经加热辊道进入淬火中频感应加热区，本加热区由两套功率不同的中频电源配多组加热感应线圈组成淬火感应加热区，加热温度8501C-1000℃保证工件温度的均匀;(5)闭环温度控制:在感应加热线圈的出口处安装双色红外测温仪进行监测工件的温度，并把信号反馈到中频电源自动调节中频电源的输出功率，组成闭环控制系统，控制产品工艺温度在允许的误差范围内;(6)随线连续喷淋使工件迅速均匀完全淬透:加热后的工件钢管或石油油井管或钻杆进入喷淋淬火区，采用喷淬装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面，完全淬透管壁，快速均匀散热的效果，强喷淋5-30秒，选用二套大流最高压水泵，压力为扬程125米每小时的水循环量1000m t [3] /h，总功率在500kW以上，保证使工件表而产生的蒸汽膜破坏;(7)工件上沥水台:去除工件钢管或石油油井管或钻杆经淬火后留在管内的水带入回火线圈内，利用沥水台在二个方向倾斜达到除水目的，一个方向倾斜使工件钢管或石油油井管或钻杆自动移位，另一个方向在工件钢管或石油汕井管或钻杆轴线方向倾斜2-50，使工件钢管或石油油井管或钻杆在沥水台上自动移位时，使工件钢管或石油油井管或钻杆内的水淌光，几分钟后，由气动上料机抬送上回火线辊道上;石油钢管热处理炉随着石油开采难度的不断加大，井深不断加深，对油井管的强度等级要求越来越高，J55钢级油套管己经逐渐不能满足使用要求，N80钢级已成为常规钢级，P110, Q125等钢级的应用越来越广泛，而管材市场多提供J55钢级的钢管，N80, P110, Q125等级钢管采购十分困难。

050121-钻杆摩擦焊接及热处理工艺分析

体，提高了焊区的机械性能。
（）０布０００〕００Ｏ
３结论与建议
奥氏体区
变）ｉｓ始线
子变终了线
珠光体转变区
贝氏体转变区马氏体转变区
ａ）采用该工艺焊接的Ｅ７５钻杆，经切片试验，其机械性能符合ＳＹ／Ｔ５５６１－９２（（摩擦焊接钻杆焊区技术条件》。目前，对焊钻杆已在胜利油田８个井队使用，其中，３２３１５钻井队已用对焊钻杆施工
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｗｅｌｄｉｎｇａｎｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｅｘｐｌａｉｎｅｄｔｈｅｆｅａｓｉ－ｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅ；ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｗｅｌｄｉｎｇ；ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
（１．ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｈｕａｄｏｎｇ），Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０６１，Ｃｈｉｎａ；

石油钻杆的摩擦焊接和焊缝热处理工艺研究22

石油钻杆的摩擦焊接和焊缝热处理工艺研究2010-09-01 14:301、前言在油井管产品中，钻杆由于要直接承受打井作业过程中复杂的弯扭组合载荷，其油田服役的安全性显得至关重要。

根据油田的使用经验，钻杆的失效主要体现在焊缝及内加厚过渡带两个部位。

在提高焊缝的安全性方面，目前国内外各大钻杆生产厂家主要是通过摩擦焊接方法及适当的焊缝热处理工艺来提高焊缝的安全系数，当然，摩擦焊接工艺的可靠性是至关重要的。

钻杆的生产流程如图1示。

2、钻杆摩擦焊接及焊缝热处理技术发展现状钻杆工具接头与管体之间的对焊从早期的电弧焊、闪光对焊逐步发展到当今的连续驱动摩擦焊接及惯性摩擦焊接，钻杆对焊的生产效率越来越高，焊缝的质量却是越来越好。

目前，惯性摩擦焊接方法是最流行，也是最可靠的钻杆对焊方法。

与其他焊接方法相比，惯性摩擦焊接方法有如下优点：2.1 惯性摩擦焊接方法焊接速度快，焊接热影响区窄，晶粒不容易长大，而普通弧焊方式则容易产生宽大的热影响区及晶粒长大现象。

2.2 惯性摩擦焊接方法基本上不会产生焊接灰斑，而闪光对焊方法却较容易产生焊接灰斑而严重影响焊缝质量。

2.3 惯性摩擦焊接过程中由于基本上不用刹车，因此这种方法要比连续驱动摩擦焊接方法更节约能量。

2.4 与连续驱动摩擦焊接方法相比，惯性摩擦焊接方法的焊接时间大约是前者的一半，生产效率可以大大提高。

另外，为了提高焊缝的强韧性，钻杆对焊焊缝的热处理工艺也逐步由焊后回火工艺向焊后焊缝的调质工艺发展。

这种焊后热处理方法显著增加了焊缝的抗疲劳断裂能力。

3、API 标准对钻杆焊缝力学性能的基本要求[1]1997年12月的API SPEC 7的新版标准中，首次将钻杆对焊焊缝的工艺及性能要求明确地列入了标准中。

其基本要求如下：3.1 焊缝必须要进行奥氏体化处理，而且其回火温度不可以低于593ºC。

3.2 为了保证焊接质量，对焊缝还必须进行100%的磁粉检验及超声波检验。

3.3 钻杆对焊必须按批进行，对于每批（不超过400根）焊后的钻杆抽取1根进行力学性能解剖实验。

钻头与钻杆的生产工艺与热处理

• 氏硬度计；以及对组织的分析。 (6)校直
由于钻杆在淬火过程
中的组织应力和热应力的作用，调质处理后的钻杆会产生变形，
通过校直使其恢复。 (7)超声波探伤
用来检查金属材料以及部
分非金属材料表面和内部缺陷，利用物理特性来判断工件或材料的缺陷和异常。 (8)机加工二在钻杆的两端分别车出外螺纹和
内螺纹，用于连接。 (9)涂层
• 35CrMo合金结构钢,有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达 500℃；冷变形时塑性中等
•
钻杆的加工工艺流程 (1)下料头 -5-
从无缝钢管上截取等长的单个管体。这里的无缝
钢管是由圆柱形钢材通过热挤压之后形成的，并对钢管的成份进行检测。 (2)镦由于钻杆两头是在工作过程中直接接触部分，所以要对钻杆两头进行紧随镦头之后的
牙轮同样采用模锻成形，高温回火调解组织。经过平端面，钻孔，粗车内孔精车内孔，粗车外形等手段进行预加工。渗碳处理获得硬度较高的表面，从而提高其耐磨性能。再精车外形，而后通过淬火回火等热处理工艺，使得工件表面形成马氏体，再次提高表面硬度，最后通过表面喷丸，加工硬化，使得牙轮表面具有很高的硬度，耐磨性能极好。后钻铰齿孔，镶硬质合金齿。
掌背等粗车工艺对牙爪进行粗加工，通过钻车注油孔，铣通油孔平面，钻塞销孔，钻通油孔等工艺对牙爪进行结构加工。掌背堆焊碳化钨，碳化钨合金具有高强度高硬度和极高的耐磨性，可以起到保护牙掌的作用。渗碳处理使得工件表面含碳量高，获得很高的硬度，从而提高其耐磨性能。再通过淬火回火等热处理工艺，使得工件表面形成马氏体，再一步提高表面硬度，最后通过表面喷丸，加工硬化，最终使得牙爪表面具有很高的硬度，耐磨性能极好，同时材料内部比较软，具有一定的韧性。

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钢材调质处理是为了获得良好综合机械性能的回火索氏体组织，淬火后必须获得足量的马氏体，调质效果与加热、回火温度和材料淬透性密切相关。加热温度或保温时间不足，奥氏体化不充分，则机械性能低下；温度过高或时间过长会造成晶粒长大，淬火马氏体粗化，工件变形严重，这些均应尽力避免。因此掌握材料充分奥氏体化最低温度和过冷奥氏体等温转变曲线等相关数据是制定热处理工艺的关键。鉴于国内尚未见到这两种材料的相关资料和介绍，而且企业目前尚不具备获得相关信息的技术条件，采取从材质化学成分方面近似对比，结合试验的方法进行分析概括。调质处理的冷却包括两个方面的内容。淬火冷却和回火冷却。淬火冷却及其介质是调质工艺的关键，决定着能否获得淬火马氏体。鉴于光坯有突变截面、壁厚不均，较大淬火内应力易引起工件变形和开裂，因此在冷却速度足够的条件下不宜采用水基淬火液。根据光坯形状特点以及对材料淬透性的评估，兼顾减小内应力畸变，选择快速淬火油。试验选用的淬火油具有冷却速度快、热稳定性好的特点，在油温６０℃无搅拌条件下，特性温度在６７０℃以上，最大冷却速度超过ｉ００℃／ｓ。回火脆性的问题在材料化学成分选择时已经兼顾，两种材料中均含有一定量的Ｍｏ元素，而在处理过程中，可采用快速冷却的水冷方式以抑制回火脆性的发生。采用无氧化箱式炉生产线完成工艺过程。生产线技术特性：加热、回火温度均匀性≤±５℃，碳势控制≤Ｏ．０５０％。４．工艺实现以工艺分析为基础首先试验４１３７材料，分析试验结果得到启示：芯部强度和硬度数据表明冷却速度足够、材料淬透；７．５级晶粒度证明晶粒长大趋势不明显，淬火温度、保温时间适当；冲击功偏低说明回火温度偏低或保温时间不足。于是以回火温度和回火保温时间两因素的正交试验进行６组试验，综合分析试验结果，确定４１３７外接头适当工艺参数为：淬火８６０℃，回火６００℃，回火保温ｌＯＯｍｉｎ。采用同样方法进行试验，３６ＣｒＮｉＭ０４材料适用于工艺参数为淬火８６０℃，回火６１０℃，回火保温１００ｍｉｎ。
（栏目主持樊韶华）
万方数据
石油钻杆接头热处理工艺
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：谭淑梅大庆师范学院油气田地面工程 OIL-GASFIELD SURFACE ENGINEERING 2007,26(1)
本文链接：/Periodical_yqtdmgc200701030.aspx
油气田地面工程第２６卷第１期（２００７．１）
５１
石油钻பைடு நூலகம்接头热处理工艺
谭淑梅（大庆师范学院）
１．接头材料选择原则（１）满足有害元素的限制要求。（２）经热处理后能满足力学性能要求。（３）兼顾各向应力腐蚀、Ｈ。Ｓ、Ｈｚ腐蚀的工作环境要求。（４）易于切削加工。（５）经济性的原则。采用ＡＩＳｌ４１３７和ＤＩＮ３６ＣｒＭ０４两种材料能够满足限制硫、磷含量不大于０．０３０％。适量的合金元素Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ提高了材料的强度，使之能够满足抗拉强度大于９６２ＭＰａ和屈服强度大于８２７ＭＰａ的要求，同时提高韧性，并且Ｎｉ元素对处在复杂交变应力环境下的钻杆接头抵抗Ｈ。Ｓ、Ｈ。等腐蚀能力具有显著作用。２．光坯几何尺寸优选原则光坯几何尺寸优选原则考虑两方面因素：一方面是淬透性，余量越少越好；另一方面，保留合理．的余量才能保证产品尺寸精度要求。由于热处理引起材料组织、体积、形状的改变及变幅和方向受多种因素制约，因此选择适合的光坯余量需要在实践中摸索。３．热处理工艺根据力学性能要求，确定采用调质处理以获得良好的综合机械性能。４１３７材料是美国牌号，按我国的钢材牌号定义为３７ＣｒＭｎＭｏ钢，Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ元素含量与４０ＣｒＭｎＭｏ较相近，其中Ｃｒ是提高淬透性、增加回火稳定性的元素，在钢中可起到提升抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性的作用；Ｍｏ是提升钢的淬透性的元素，在ＣｒＭｎ钢中添加Ｍｏ，可以改善金相组织，细化晶粒，减轻合金钢的回火脆性；Ｍｎ加入钢中可提高钢的淬透性，并起到固溶强化作用，对于０．９％的含量，应在选择热处理参数时注意其对奥氏体晶粒成长的影响。３６ＣｒＮｉＭ０４材料中Ｎｉ元素可以增强奥氏体稳定性，提高钢材淬透性，还有固溶强化作用。两种钢材均属于中碳含ｃｒ合金钢，淬透性良好，可以获得较强的综合机械性能，淬硬性略逊于４０ＣｒＭｎＭｏ和４０ＣｒＮｉＭｏ，Ｍｏ元素含量０．２５％以上，尽管回火脆性倾向不明显，但应适当采取措施防止回火脆性现象。