绳索取心钻探管的强韧化研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 绳索取心钻进技术的发展
• 1.2 绳索取心钻杆的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国内外存在的差距及原因
• 1.3 绳索取心钻探杆的研究趋势
• 1.4 主要研究内容与研究思路
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究思路
• 2 绳索取心钻杆失效分析
• 2.1 绳索取心钻杆的性能要求
• 2.2 绳索取心钻杆的工作条件
• 2.3 绳索取心钻杆的失效形式
• 2.4 绳索取心钻杆失效分析
• 2.4.1 化学成分
• 2.4.2 力学性能检测
• 2.4.3 原材料供货状态的原因
• 2.4.4 机加工原因造成的钻杆失效
• 2.4.5 热处理原因失效
• 2.5 本章小结
• 3 氢保护还原热处理炉设计
• 3.1 方案设计
• 3.2 炉型及其结构设计
• 3.2.1 炉型的选择
• 3.2.2 炉膛尺寸的确定
• 3.2.3 炉体与外形尺寸的确定
• 3.3 热处理炉功率确定
• 3.4 电热元件
• 3.4.1 电热元件的计算
• 3.4.2 电热元件的结构与安装
• 3.5 热处理炉膛内结构图
• 3.6 本章小结
• 4 绳索取心钻探管的热处理工艺研究
• 4.1 绳索取心钻探管成分分析
• 4.1.1 绳索取心钻探管材质
• 4.1.2 绳索取心钻杆中各合金元素的作用
• 4.2 绳索取心钻探管热处理工艺优化的试验方法
• 4.2.1 加热方面
• 4.2.2 热处理方法
• 4.2.3 实验方案
• 4.3 热处理实验结果及分析
• 4.3.1 42CrMo 钢调质处理试验
• 4.3.2 45MnMoB 钢和42CrMo 钢对比实验
• 4.4 本章小结
• 5 绳索取心钻探管的表面强化处理研究
• 5.1 绳索取心钻杆接头的表面强化初步研究
• 5.1.1 喷砂强化
• 5.1.2 DJB-823 固体薄膜保护剂
• 5.1.3 耐腐蚀试验
• 5.2 提高绳索取心钻杆使用寿命的途径
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集