一种860-1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种860

【技术实现步骤摘要】
一种860
‑
1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于石油天然气钻杆
，尤其涉及一种860
‑
1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代石油工业的发展以及国内外对油气资源需求的逐渐增长，石油天然气的勘探开发不断深入，所遇到的开采环境和地层条件也越来越复杂，勘探开发难度增大。超过7000m的深井越来越常见：海洋钻井也已不满足于浅海，逐渐向深水进军：陆地上以往难以开采的三高油气井，即高温油气井、高压油气井、高腐蚀油气井也开始攻克。
[0003]目前，钢制钻杆仍然是常用的钻杆，但传统钢制钻杆比强度低，在复杂工况油气钻采条件下发生的应力腐蚀断裂、疲劳断裂、泄漏、过载等失效事故对油气井的安全生产造成了极大的威胁。而钛合金钻杆材料具有密度低、比强度高、曲率半径小、耐高温、耐腐蚀、低的弹性模量低的热传导系数等优异特性，特别是对于超深井、大位移井、短半径井、高温高压井、超短曲率半径井等具有严重腐蚀工况油气井钻井工业具有广泛的应用前景。
[0004]目前，钛合金钻杆材料正处于研发阶段，例如CN112680631A公开了一种钛合金钻杆材料及生产方法，所述钛合金钻杆材料包括如下质量百分数的组分：A1：5.5
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6.75％，V：3.5
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4.5％，Fe<0.3％，C<0.08％，N<0.03％，H<0.015％，O<00.25％，其余部分为Ti。所述生产方法包括以下步骤：原料配比熔炼；锻造；退火开引孔；穿孔定径；切割下料；热处理；处理打头；车制连接螺纹。制备的钛合金钻杆材料具有优异的抗拉强度和屈服强度，但耐腐蚀性能较差。
[0005]CN107297450A公开了一种高强韧性钛合金钻杆材料的墩粗方法，钛合金钻杆材料成分重量百分比为：A1：5
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7、Nb：2.0
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3.0、Zr：0.5
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2.0、Mo：0.7
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1.2、Fe：0.02
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0.05、Si：0.01
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0.03、Ti：余量。采用上述钻杆料的墩粗方法为：涂抹玻璃粉；感应加热；一次墩粗；二次加热；二次墩粗；整管热处理，涂抹玻璃粉。所述钛合金钻杆材料墩粗后可在苛刻腐蚀环境中使用，表现出的抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通钻杆。但其造斜曲率半径较大，无法满足日益复杂的钻井工况。
[0006]因此，亟需开发一种耐腐蚀性能更强、造斜曲率半径更小的钛合金钻杆材料及其制备方法，以满足日益复杂的钻井工况。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种860
‑
1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料及其制备方法，通过优化钛合金的组成配比，使得钛合金钻杆材料在满足屈服强度、抗拉强度、延伸率、V型夏比纵向全尺寸试样冲击功等性能要求，还提高了耐腐蚀性能，实现了钻大曲率短半径或超短半径水平井。
[0008]为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种860
‑
1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料，所述钛合
金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：4.5％
‑
6％，Mo：2.5％
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3.8％，Zr：0.5％
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1.5％，O：0.1％
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0.14％，余量为Ti。
[0010]本专利技术中，避免了使用最昂贵的常规钛合金制备中的V和Nb元素，降低合金材料的生产成本，在配方上通过调控了A1、Mo、Zr和Ti的含量，利用特定含量的A1、Mo、Zr和Ti各组分之间的配合作用，使制备得到的钛合金钻杆材料获得了良好的高温耐腐蚀性、较低的密度和较低的造斜曲率半径，同时具备良好的力学性能。
[0011]本专利技术中，所述钛合金钻杆材料中Al的质量百分比为4.5％
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6％，例如4.5％、4.7％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％或6％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术中，A1为α相稳定化元素，可以提高钻杆用管材的相变点，通过控制钛合金中A1的含量，充分提高了合金强度。
[0013]本专利技术中，所述钛合金钻杆材料中Mo的质量百分比为2.5％
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3.8％，例如2.5％、2.7％、2.9％、3％、3.2％、3.4％、3.6％或3.8％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术中，所述钛合金钻杆材料中Zr的质量百分比为0.5％
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1.5％，例如0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.2％、1.4％或1.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]本专利技术中，通过Mo元素对β相起固溶强化作用，降低相变点，控制钛合金中Mo的含量，提高了合金强度以及抗蚀性，Zr元素的添加，提高了合金的冲击韧性；在所述Mo和Zr质量百分比范围内，仍需进一步控制钛合金中Mo和Zr质量比例在(3
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5):1，使得Mo和Zr相互之间产生协同作用，能有效地改善钛合金钻杆材料的高温耐腐蚀性和造斜曲率半径。
[0016]本专利技术中，所述钛合金钻杆材料中O的质量百分比为0.1％
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0.14％，例如0.1％、0.11％、0.12％、0.13％或0.14％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述钛合金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：4.5％
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5.5％，Mo：3％
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3.8％，Zr：1.0％
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1.5％，O：0.1％
‑
0.14％，余量为Ti。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，所述钛合金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：5％
‑
5.5％，Mo：3％
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3.4％，Zr：1.2％
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1.5％，O：0.1％
‑
0.14％，余量为Ti。
[0019]选用上述优选的组分含量能够使钛合金钻杆材料的机械强度得到提高，进一步地改善钛合金的高温耐腐蚀性和造斜曲率半径。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，所述钛合金钻杆材料的屈服强度为780
‑
880MPa，例如780MPa、790MPa、800MPa、810MPa、820MPa、830MPa、840MPa、850MPa、860MPa、870MPa或880MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种860
‑
1086MPa抗拉强度的钛合金钻杆材料，其特征在于，所述钛合金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：4.5％
‑
6％，Mo：2.5％
‑
3.8％，Zr：0.5％
‑
1.5％，O：0.1％
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0.14％，余量为Ti。2.根据权利要求1所述的钛合金钻杆材料，其特征在于，所述钛合金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：4.5％
‑
5.5％，Mo：3％
‑
3.8％，Zr：0.5％
‑
1.2％，O：0.1％
‑
0.14％，余量为Ti。3.根据权利要求1或2所述的钛合金钻杆材料，其特征在于，所述钛合金钻杆材料以质量百分比计由以下组分组成：Al：5％
‑
5.5％，Mo：3％
‑
3.4％，Zr：0.5％
‑
1％，O：0.1％
‑
0.14％，余量为Ti。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的钛合金钻杆材料，其特征在于，所述钛合金钻杆材料的屈服强度为780
‑
880MPa；优选地，所述钛合金钻杆材料的抗拉强度为860
‑
1086MPa；优选地，所述钛合金钻杆材料的延伸率≥14％；优选地，所述钛合金钻杆材料的V型夏比纵向全尺寸试样冲击功≥54J。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述钛合金钻杆材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)按所述质量百分比称取原料并混合，然后依次进行冶炼、锻造得到钛合金棒坯；(2)将步骤(1)得到的钛合金棒坯进行热穿轧制备钛合金管体，然后依次进行冷轧、退火、镦粗和热处理，得到钛合金管体；(3)对步骤(1)得到的钛合金棒材依次进行热处理、车光和掏孔，得到钻杆接头坯料，然后进行螺纹加工，得到钛合金接头；(4)将步骤(2)得到的钛合金棒材和步骤(3)得到的钛合金接头进行摩擦焊接，然后依次进行内外飞边、焊缝热处理，得到所述钛合金钻杆材料；步骤(2)和步骤(3)没有先后顺序。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述冷轧的道次为2
‑
7次；优选地，步骤(2)所述退火的加热温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，李炎军，张万栋，吴江，张忠世，郭淑君，于晓玲，姜英斌，肖平，曹峰，刘贤玉，韩成，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司湛江分公司忠世高新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：