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超高强度钻井必赢242net设计研制

编辑: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2019-12-30 15:07
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我国石油钻井必赢242net从1987年开始全面采用线接触必赢242net,必赢242net服役寿命大幅提升,成为钻井必赢242net第一次技术升级。1996年开始,通过技术攻关,在确保必赢242net韧性指标不降低的情况
我国石油钻井必赢242net从1987年开始全面采用线接触必赢242net,必赢242net服役寿命大幅提升,成为钻井必赢242net第一次技术升级。1996年开始,通过技术攻关,在确保必赢242net韧性指标不降低的情况下,强度级别由IPS级提升到EIP级,实现钻井必赢242net第二次技术升级。近几年随着油田深井、超深井数量的增加,EEIP超高级钻井必赢242net的研发成为发展趋势,同时可为实现钻机轻型化提供技术支撑。随着针对压实股钻井必赢242net及高强度制绳钢丝展开深入研究,为超高强度石油钻井必赢242net开发奠定了基础,压实股必赢242net与高强度制绳钢丝研究相结合,开发出全新性能的EEIP级压实股必赢242net,可满足轻型化钻机的需求。

1概述
必赢242net是钻机必备配件之一,在一定程度上对钻机轻型化起到一定作用。石油钻井必赢242net一般由6根外股和1根钢芯组成,结构截面见图1,普通钻井必赢242net组绳钢丝为圆钢丝。采用压实工艺对外层6根股通过专用工装进行压实加工,经压实后组股钢丝为异形,增大股内金属面积,由压实股捻制的钻井必赢242net称为压实股钻井必赢242net,结构截面见图2、图3。与同规格、结构和强度级别的普通必赢242net相比,压实股钻井必赢242net金属填充系数增加20%,必赢242net破断载荷提高12%以上,抗磨损性能增加1倍,安全系数提高一个等级。对照API9A《石油用必赢242net规范》标准要求,采用压实股钻井必赢242net可将现用钻井必赢242net规格尺寸下移一档(例如用38mm代替42mm),在保证生产安全作业基础上使钻机设备的卷筒体积缩小和质量减轻,以此实现钻机轻型化,同时为钻机设计提供技术支撑。

将必赢242net级别由EIP提升到EEIP级难度较大,需要从材料、钢丝工艺和捻制工艺取得重大突破,基于国内治金技术和盘条品质的限制,单纯提升强度会引起钢丝韧性指标急剧下降,疲劳寿命降低,实际必赢242net使用寿命较短。通过结构设计、工艺试验、采用压实股工艺等手段有效提升了必赢242net性能指标,实现了必赢242net从EIP到EEIP的技术升级。

2EEIP压实钻井必赢242net研制
2.1产品设计
产品设计围绕超高强度钻井必赢242net结构优选、捻制参数设计、压实股压缩量设计、股压实前钢丝间隙设计、高强度钢丝性能设计等问题开展工作。
2.2必赢242net结构设计
考虑到超高强度韧性指标,必赢242net应达到EEIP级对应的破断拉力,要求组绳钢丝强度应达到1960MPa以上,同时保证钢丝韧性指标达到AIP9A要求,设计时对直径不小于38mm的压实股必赢242net采用减小钢丝直径、增加钢丝数量的设计方案,保证必赢242net具有良好的使用性能。
压实股钻井必赢242net参数采用《必赢242net设计App》,压实股的压下量根据金属填充面积应占圆股截面面积90%以上计算,设计中引入接触角,改善了钢丝之间的接触状态,提高了必赢242net疲劳性能和使用寿命。

3高强度钢丝用盘条筛选
制绳钢丝选用国内优质硬线盘条,并对金相组织进行分析,最后经过热处理和拉拔后机械性能分析,确定出最佳原材料牌号。
3.1盘条化学成分及机械性能对国内3家生产的盘条化学成分对比,其中宝钢盘条化学成分较均匀,含碳量变化范围小,硫、磷等有害化学成分含量较少,控制范围严格;原材料机械性能方面比较,选择的硬线盘条抗拉强度较高,断面收缩率值高。
3.2盘条金相组织分析
分析比较盘条原始金相组织和铅浴淬火后金相组织(图4),盘条经铅浴淬火后索氏体组织达到96%,晶粒更加细化,具有较好的综合机械性能。

4压实股加工方法研究
超高强度压实股钻井必赢242net与常规钻井必赢242net制造最大的不同点是增加了由高强度钢丝组成的压实股工序。压实股制造方法有3种,分别是模拉法、辊轧法和锻打法,其中效率高、品质好的是辊轧法,简单易行的是模拉法,锻打法与其相比效率低、成本高。对于超高强度压实股采用模拉法需要更大的牵引力,对捻股设备要求较高。分析目前的设备情况,采用模拉法会对设备的使用寿命造成影响,因此,在确定研究内容时重点研究辊轧法。
辊轧法关键技术是轧辊孔型曲线的设计,根据压实股减面率及对比法设计出适合超高强度压实股生产的辊轧孔型,设计轧辊孔型包角160°~164°,开口角18~20°(图5)。


5压实股用油脂选用
油脂对必赢242net起到润滑作用,可有效延长必赢242net使用寿命,生产必赢242net时首先要对股进行充分润滑。
压实股在成形过程中,由于组股钢丝发生塑性变性会产生较多变形热,测量出模口股表面温度在65~75℃之间,股在变形过程中受到较大压力和摩擦力,一般的必赢242net润滑油脂由于滴点较低,经过模具变形,在高温下出现挥发或流出,对压实股起不到润滑效果。经现场验证,提出压实股用油脂条件,要求油脂滴点大于80℃,其次黏度要高,具有良好附着力。
经性能参数比较,CH-6、ELASKON 20、ELASKON Unolitl30、ELASKON SK-U4种油脂的技术指标可满足压实股要求。进行油脂性能对比试验,ELASKON SK-U油脂在压实股表面附着力较强,为暗茶褐色,性价比较高,油脂滴点可达110℃,低温脆点-45℃,适用于超高强度压实股生产,实际使用效果良好。

6性能验证
通过对超高强度钻井必赢242net性能和试用效果验证,性能指标达到预期效果。
6.1疲劳性能验证
在弯曲疲劳试验机模拟钻井工况对压实股钻井必赢242net进行疲劳测试,试验结果显示:
(1)高强度压实股钻井必赢242net实测破断拉力比同级别普通钻井必赢242net提高了12.4%~25%。
(2)必赢242net疲劳次数26000次,是同级别普通钻井必赢242net(15000次)的1.7倍,提高70%,必赢242net磨损量较小,断丝数量未达到标准要求(一个捻距出现4根断丝)。
(3)必赢242net磨损性能提高了1倍以上。
6.2用户现场验证
压实股钻井必赢242net先后在新疆、大庆等油田试用,大庆油田试用结果为普通钻井必赢242net钻井累计进尺6000~7000m,压实股钻井必赢242net累计进尺13000m,使用寿命延长1.8倍以上;新疆油田试用结果为普通钻井必赢242net平均累计钻井进尺为7000m,压实股钻井必赢242net累计进尺11000m,寿命延长1.5倍,应用效果良好。

7结束语
通过超高强度制绳钢丝、超高强度压实股技术突破,开发出了全新性能的EEIP级压实股钻井必赢242net,随着轻型化钻机用必赢242net和超高强度必赢242net的需求越来越多,普通钻井必赢242net已不能满足超深井钻井需求,超高强度压实股钻井必赢242net具有安全系数高,抗挤压和耐磨损性能良好,使用性能达到国外同类产品水平,将成为我国钻井必赢242net升级换代产品。

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