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在现代油田的开采过程中,钻具作为实现勘探开发目的最基本工具,其使用寿命和安全性具有十分重要的意义。但随着勘探开发的不断深入,简单易开采的油田逐渐枯竭,一些高难复杂的油田成为人们开发的目标,但复杂的工作环境会对钻具造成各种损伤和破坏,特别是湿硫化氢环境会造成钻具发生脆性断裂或应力腐蚀断裂等突发性事故,从而引发严重事故。采用具备抗硫性能的钻具将能避免这些危害,从而带来十分显著的经济和社会效益,因此国内外专家都很重视抗硫钻具的研究。但由于高钢级钢材的强度与抗硫性能之间相互制约及抗硫钢材性能评价手段的缺乏,目前的研究成果仅限于对低钢级抗硫钻具的研发,在高钢级抗硫钻具领域的开发还比较少。
本论文的主要内容是开发一种能在湿硫化氢环境中具备良好适应性的钢材,并应用到加重钻杆上,得到高钢级的抗硫钻具。相关的工作主要集中在以下几个方面:
1、根据国际通用的API标准和IRP规范对高钢级加重钻杆及钻具抗硫性能的基本要求,在4145H钻具钢成分的基础上,通过实验筛选法调节不同元素的比例,确定了适合于高含硫酸性环境的加重钻杆用钢——SASS-1钢的主要成分范围。
2、通过对SASS-1钢连续冷却相变曲线——CCT曲线的测定和淬透性检验,掌握了热处理过程中加热和冷却工艺对抗硫钢材显微组织的影响规律,确定了获得抗硫组织所需的热处理工艺参数。
3、针对高钢级加重钻杆在高含硫酸性环境中的使用要求,设计了一种快速测试方法,对抗硫用钢在腐蚀环境下的力学性能和适应性进行了测试,并由此形成了评价高钢级抗硫加重钻杆可靠性的一种新方法。
4、在实验室检验满足要求后,用SASS-1钢加工出和实际生产所用加重钻杆规格尺寸相同的样品,拿到经过严格选择的生产现场进行工程试验。并在工程试验结束后,采用声发射方法对其缺陷情况进行了对比测试,证明其使用性能达到了预期要求。
通过上述四方面的工作,本论文成功开发出了一种新型高钢级抗硫加重钻杆用钢,本文把该钢种命名为SASS-1(首字母S代表石油大学,A代表安东石油,SS代表抗硫性能,1代表序列号)钢。用SASS-1钢加工的钻具,不仅保持了较高的强度,而且可以在高含硫环境中具备良好的使用性能,从而为高含硫油气田的开发提供了一种新型的安全工具。