Технология материалов имеет решающее значение для удовлетворения таких требований,-таких как высокая прочность, высокая ударная вязкость и коррозионная стойкость-обсадных труб, используемых в сверх-глубоких и сверх-глубоких скважинах. В ходе исследований и разработок использовались такие методы, как выплавка чистой стали и контролируемая прокатка, чтобы оптимизировать микроструктуру материала, обеспечивая баланс между хорошей ударной вязкостью при низких-температурах и механическими свойствами при высоких-температурах. Например, была успешно разработана серия высококачественных материалов с пределом прочности от 125 до 165 фунтов на квадратный дюйм; В частности, состав и обработка марки 165 фунтов на квадратный дюйм были усовершенствованы посредством обширных экспериментальных исследований.
Резьбовые соединения являются важнейшим компонентом сборки обсадной колонны, и процесс их изготовления напрямую влияет на безопасность обсадной колонны. Чтобы справиться с повышенным крутящим моментом и давлением, возникающим при вращательном спуске-сверхглубоких скважин, был усовершенствован процесс изготовления резьбовых соединений. Модификации включали переход на крючковатый профиль резьбы и оптимизацию геометрии контрфорсной резьбы для повышения сопротивления скручиванию, предотвращения выхода резьбы из зацепления и выдерживания изгибающих и растягивающих нагрузок, тем самым повышая общую надежность обсадной колонны.
27MnCrV — это новая марка стали, используемая для производства труб нефтяного сортамента марки TP110T-, тогда как обычное производство обсадных труб марки TP110T- обычно производится из сталей 29CrMo44 и 26CrMo4. По сравнению с двумя последними, 27MnCrV содержит меньше молибдена (Mo), что помогает снизить затраты на производство. Однако при производстве с использованием стандартных процессов аустенитизации и закалки 27MnCrV демонстрирует значительную высокотемпературную отпускную хрупкость, что приводит к низкой и нестабильной ударной вязкости.
Для решения этой проблемы обычно используются два метода: во-первых, быстрое охлаждение после отпуска, чтобы избежать-высокотемпературной хрупкости и обеспечить ударную вязкость; и, во-вторых, межкритическая закалка (суб-критическая закалка), при которой используется неполная аустенизация для эффективного смягчения неблагоприятного воздействия вредных элементов и примесей, тем самым повышая ударную вязкость. Первый способ предъявляет относительно жесткие требования к оборудованию для термообработки и влечет за собой дополнительные затраты.
Для стали 27MnCrV температура Ac1 составляет 736 градусов, а температура Ac3 — 810 градусов; температура нагрева при межкритической закалке выбирается в диапазоне 740–810 градусов. Для процесса межкритической закалки была выбрана температура нагрева 780 градусов с выдержкой 15 минут с последующим отпуском при 630 градусов в течение 50 минут. Поскольку межкритическая закалка включает нагрев в + двухфазной области-области-закалки с сохранением некоторого количества нерастворенного феррита-, она повышает ударную вязкость, сохраняя при этом высокую прочность.
Кроме того, более низкая температура закалки (по сравнению с традиционными методами) снижает напряжение и деформацию закалки, тем самым обеспечивая плавность операций термообработки и обеспечивая-высококачественное сырье для последующих процессов, таких как нарезание резьбы.
Этот процесс был реализован на производственных предприятиях; Данные обеспечения качества показывают, что термообработанные стальные трубы имеют предел текучести (Rt0,6) 820–860 МПа, предел прочности на разрыв (Rm) 910–940 МПа и ударную вязкость (Akv) 65–85 Дж со 100% пропускной способностью по стойкости к повреждениям. Эти результаты демонстрируют, что свойства стальных труб 27MnCrV соответствуют требованиям, предъявляемым к высококачественным нефтяным колоннам, и подтверждают, что межкритическая закалка является эффективным методом предотвращения высоко-ломкости при производстве стальной продукции.
Эти передовые материалы и технологии производства были успешно применены при разработке высококачественных отечественных корпусов. Например, высоко-прочная и-нефтяная обсадная колонна, разработанная с использованием этих технологий, демонстрирует значительно улучшенные показатели производительности по сравнению с обычными продуктами и была использована в первой в моей стране научно-разведочной скважине длиной 10 000-метров. Кроме того, серия высококачественных-обсадных труб, предназначенных для сверхглубоких и сложных скважин, увеличила долю отечественных обсадных труб, используемых в глубоких и сверхглубоких скважинах, тем самым поддерживая проекты глубокого бурения.
