钻管和向其施加耐磨带的方法。可以围绕工具接头周缘的至少一部分焊接耐磨带合金，该耐磨带合金包含以67-87%重量(wt.%)存在的铁和锰，以9-29wt.%存在的铌和铬，和以3-6.5wt.%存在的硼、碳和硅。该耐磨带合金可以表现出45Rc-70Rc的硬度和使用ASTMG65-04程序A所测得的在6,000循环后0.08克-1.60克质量损失的磨损速率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及形成玻璃的化学物质，其可被提供作为用于堆焊物表面硬化且形成保护性表面的原料，特别地可将其施加到工具接头(tool joint)表面以实现在例如油气钻井操作中对工具接头的保护。
技术介绍
施加到钻杆的表面硬化材料从其起源(可能是在大约1930年代后期)以来用于石油工业。第一耐磨带(hardband)材料由具有压碎的烧结碳化鹤颗粒的低碳钢基质构成。这 些材料在半个多世纪里表现相对良好，因为使用这些材料的相对简单的垂直浅井对表面硬化材料并没有提出许多要求。最初，设计耐磨带以保护钻杆元件免受旋转磨损以及延长它们的寿命，这是因为套管磨损对于垂直井而言不是问题。随着井变得更深和以更复杂的井设计倾斜(devirate)，越来越多的套管失效开始变得常见。现今，对到达更深更远的油气储层的需要似乎已推进(push)传统钻井程序的限度(limit)。浅的、容易的地层正变得耗竭并且人们已开始把焦点转向更深、更远且具有挑战性的储层。自从石油工业开始以来，就使用钻管来钻井，并且新近以来，响应更新钻井挑战的发展产生了包括机械性能、能力(capability)和效力(performance)在内的其材料要求。维持钻管完整性对于钻井承包商和井操作者而言都是相对重要的。因此，意识到需要开发延长钻管寿命且同时保护套管的套管友好性表面硬化材料。数十年以来，工业上已使用常规材料例如碳化钨(WC)、碳化铬和其它合金化堆焊物以改善工具接头部件的抗磨损性。典型的材料可擅长保护钻管或套管，但通常不被认为可保护它们两者。诸如碳化钨(W)基堆焊物的材料在裸眼井段(open-hole)情形中表现良好但是会显著降低套管寿命。碳化铬堆焊物可相对良好地防止套管磨损，但是其提供相对有限的工具接头保护。可考虑的其它因素包括但不限于表面硬化材料的应用、效力和寿命。除相对改进的硬度和抗磨损性外，可意识到还期望制造无裂纹的材料。裂纹一旦在焊接期间萌生，就可能潜在地引起问题。所认识到的一些最坏类型的裂纹可以包括在焊道底(underbead)或纵向开裂中形成的那些裂纹，其可以产生由剥落(chipping)和/或散裂(spallation)引起的堆焊物失效。典型的横向裂纹或交叉龟裂(cross checking)裂纹可以具有较小的问题并且通常可以被延性基材钝化(blunt)。然而，在工具接头的寿命期间，当钻取复杂的钻井剖面时，这些裂纹可引起一些问题。为了满足对先进耐磨带材料的各种工业要求，可以有利地降低该材料显微组织的尺度(scale)。这种降低可以导致相对较高的硬度和抗磨损性且兼有相对较高的韧性和改善的抗裂性。利用形成玻璃的化学物质可以有利地细化晶态显微组织的尺度，特别是在高的热量输入和缓慢的冷却速率可导致形成粗大金相组织的焊接期间。细化的水平可以取决于多种因素，包括例如合金的玻璃形成能力、工业处理方法的冷却速率、总的热量输入、堆焊沉积物的厚度等。在相对极端的情形中，工业焊接工艺的平均冷却速度可以比原材料的金属玻璃形成的临界冷却速率更大(即更快)，并且在焊接期间形成金属玻璃焊接沉积物。如果总的热量输入不足以引起反玻璃化，则可能以埃级显微组织形成金属玻璃堆焊物，但是如果总的热量输入过大，则可能发生部分或完全的反玻璃化作用，从而导致形成纳米级复合显微组织。或者，如果用于金属玻璃形成的临界冷却速率大于所选的工业堆焊物工艺的平均冷却速率，则在成核和生长之前仍可以获得高的过冷。过冷可被理解为将液体冷却至低于其平衡冻结温度，且同时该材料保持为液体。比常规合金中实现的过冷大几百度的过冷(其可以产生相对较高的成核驱动力且兼有温度依赖性扩散过程的同时减少)可以导致提高的成核频率和减少的晶粒/相生长时间。因此，当提高过冷水平时，可以减小所产生的平均晶 粒/相尺寸。由于在个体颗粒中可能发生相对较小的应力集中并且在硬质脆性相中产生的任何裂纹可以被滞留/桥接在更加延性的基质相中，因此基质晶粒/相尺寸和硬质颗粒尺寸的这种减小可以致使堆焊物的韧性提高。概述本专利技术的一方面涉及将耐磨带施加到钻管的方法。该方法可以包括围绕工具接头周缘的至少一部分焊接耐磨带合金，该耐磨带合金包含以67-87%重量(wt. %)存在的铁和锰，以9-29wt. %存在的铌和铬，和以3-6. 5wt. %存在的硼、碳和硅。该方法还可以包括冷却所述耐磨带合金，其中焊接原态的耐磨带合金表现出45Rc-70Rc的硬度和6，000循环后O. 08克-I. 60克质量损失的磨损速率，该磨损速率是利用ASTM G65-04程序A测得。可以将该耐磨带合金进行冷却，冷却速率足以产生包括尺寸为O. 05 μ m-50 μ m的α -铁相和/或Y-铁相的耐磨带。该方法还可以包括在275°C或更高的温度下将工具接头预热O. 01小时-100小时的时段。本专利技术的另一方面涉及钻管。该钻管可以包括具有周缘的工具接头和耐磨带，所述耐磨带包括围绕所述工具接头周缘的至少一部分设置的耐磨带合金。所述耐磨带合金可以包括以67-87%重量(wt. %)存在的铁和锰，以9-29wt. %存在的铌和铬，和以3_6. 5wt. %存在的硼、碳和硅，其中所述耐磨带合金表现出45Rc-70Rc的硬度和6，000循环后O. 08克-I. 60克质量损失的磨损速率，所述磨损速率是使用ASTMG65-04程序A测得。所述耐磨带合金在施加到工具接头时还可以表现出尺寸为O. 05μπι-50μπι的α-铁和/或Υ-铁相。附图简述通过参照本文所述实施方案的下述说明并结合附图可以更清楚和更好地理解本公开的上述和其它特征以及获得所述特征的方式，其中图I示出了包括工具接头的钻管的实例。图2示出了显示CF系列合金的玻璃向晶态转变峰的DSC曲线图的实例。图3示出了 25磅1/16”直径的CF2合金的带芯焊丝卷筒的实例的图像。图4a、4b、4c和4d示出了染料渗透检查的堆焊物圆形焊道的实例；a)不具有预热的CF6合金，b)具有600 。F预热的CF6合金，c)不具有预热的CF7合金，d)具有600 。F预热的CF7。应注意，在每个圆形焊道上，磨平一定区域用于随后的硬度测试。图5a和5b示出了使用CF7带芯焊丝用来焊接65/8英寸直径工具接头的焊接装置的实例；a)在施加堆焊物之前，b)在堆焊物表面硬化之后。图6示出了在具有550 ° F预热的焊接之后CF7工具接头冷却曲线的实例。图7示出了在具有600。F预热情况下使用CF7堆焊物的清洁的焊接工具接头的实例。 图8a和8b示出了在具有550 ° F预热的焊接之后显示染料渗透检查的工具接头上CF7堆焊物的实例的图像；a)显示焊接开始/结束接缝的正面，b)显示连续焊道的背面。图9a和9b示出了 CF7明弧堆焊物样品的X-射线衍射扫描的实例；a)实验图样，b)Rietveld修正图样。图IOa和IOb示出了显示CF7合金GMAW焊接结构的SEM背散射电子显微图像的实例；a)显示相分布和显微组织尺度的低放大倍率，b)显示单独相的形态的显微组织的高放大倍率。详细描述本公开涉及通过堆焊物表面硬化由提供保护性表面的化学物质制备的形成玻璃的化学物质和原料。在该堆焊物中可以观测到相对高的硬度、抗磨损性和抗裂性，不受特定理论限制，这似乎是通过显微组织本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.30 US 61/256,4651.一种将耐磨带施加到钻管的方法，该方法包括 围绕所述工具接头周缘的至少一部分焊接耐磨带合金，该耐磨带合金包含以67-87重量％ (wt. %)存在的铁和锰，以9-29wt. %存在的铌和铬，和以3-6. 5wt. %存在的硼、碳和硅；以及 冷却所述耐磨带合金,其中焊接原态的所述耐磨带合金表现出45Rc-70Rc的硬度和使用ASTM G65-04程序A所测得的在6，OOO循环后O. 08克-I. 60克质量损失的磨损速率。2.权利要求I的方法，该方法还包括在275°C以上的温度将工具接头预热O.01小时至100小时的时段。3.权利要求I的方法，其中以足以产生尺寸为O.05μπι至50μπι的α-铁相和/或Y-铁相的速率冷却所述耐磨带合金。4.权利要求I的方法，其中所述耐磨带合金还包含 以67. 0-86. Owt. %存在的铁； 以O. 05-0. 3wt. %存在的锰； 以3. 5-6. Owt. %存在的铌； 以6. 0-23. Owt. %存在的铬； 以2. 5-4. 5wt. %存在的硼； 以O. 5-2wt. %存在的碳；和 以O. 2-0. 5wt. %存在的硅， 其中所述合金含有至多2. Owt. %的元素杂质。5.权利要求I的方法，其中所述耐磨带合金还包含以 67. 3wt. %-86. Owt. % 存在的铁； 以O. 10-0. 27wt. %存在的锰； 以3. 6-5. 9wt. %存在的银； 以6. 4-22. 9wt. %存在的铬； 以2. 5-4. 2wt. %存在的硼； 以O. 7-1. 2wt. %存在的碳；和 以O. 25-0. 5wt. %存在的硅， 其中所述合金含有至多2. Owt. %的元素杂质。6.权利要求I的方法，其中所述耐磨带合金表现出尺寸为O.5 μ m至5 μ m的金属硼化物相(M2B，其中M是过渡金属)。7.权利要求I的方法，其中所述耐磨带合金还包含表现出硼碳化物相，该硼碳化物相含有铁、铬和/或钥过渡金属。8.权利要求I的方法，其中所述工具接头表现出小于IOORb的硬度。9.权利要求I的方法，其中所述工具接头包含以95原子％(at%)以上存在的铁，以0.2原子％至O. 5原子％存在的碳，和以O. 5原子％至I. 5原子％存在的锰。10.一种钻管，该钻管包含 具有周缘的工具接头；和 围绕所述工具接头周...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·布拉纳甘，B·E·迈克姆，W·D·基卢宁，J·N·米洛维，B·D·莫克尔，
申请(专利权)人：纳米钢公司，
类型：发明
国别省市：
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