[发明专利]超H级抽油杆

说明书

技术领域

本发明属于石油设备领域，具体涉及一种超H级抽油杆。

背景技术

在石油行业中，抽油机有杆泵采油是一种人工举升采油方式，以其设备简单，投资少，管理方便，适应性强等优点被国内外各油田广泛采用。抽油机、抽油杆和抽油泵是有杆泵采油设备的三个主要组成部分，其中抽油杆是将抽油机动力传递给井下抽油泵的重要环节，实质上是一种特殊长的往复泵拉杆，再加上在不同程度腐蚀条件下承受交变载荷，对抽油杆工作状况极为不利。因此，选择最适合于抽油杆工作条件的钢材用于抽油杆的制造是首要考虑的因素。

国内外现有的抽油杆产品按照性能等级由低到高分为C、K、D和H级。随着油田逐渐进入油田开发后期，油井逐渐加深，对抽油杆的强度、韧性等要求也不断提高。目前的抽油杆生产多用20CrMo钢，通过热处理工艺提高强度来制造H级抽油杆，其产品的可靠性不高，并且面对油田对载荷要求的不断增大，H级抽油杆也不能完全满足生产需要。目前虽然有一些超强合金结构钢可以达到抗拉强度超过H级的水平，但是由于其疲劳强度无法达到石油行业的要求，无法满足抽油杆的制造。

目前国内油井约15万口，采用有杆泵采油油井约12万口，按照单井平均井深2000米计算，我国抽油杆用量约2.4亿米，抽油杆用量巨大。因此，如果能开发出一种生产成本较低，抗拉强度超过目前最高强度级别H级的抽油杆以满足油田开发中日益增高的载荷要求，有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能高于目前现有标准最高强度级别H级，疲劳强度也达到石油行业标准的超H级抽油杆。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：一种超H级抽油杆，其特征在于，抽油杆所用的钢材化学成分按照重量百分比为：碳0.07％～0.13％，硅0.40％～1.20％，锰1.60％～2.2％，铬0.60％～1.70％，钼0.20％～0.40％，镍≤0.3％，铜≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，余量为铁；抽油杆依次经过淬火和回火热处理，抽油杆的热处理淬火温度为900℃～950℃，保温1小时，然后进行水冷却，再进行回火处理，回火温度330℃～370℃，保温2小时后空冷。

抽油杆所用钢中各个组分含量的确定如下：

碳：本发明中的超高强度抽油杆用钢金相组织主要是贝氏体、铁素体和少量残余奥氏体，组织中无碳化物相存在，以避免碳化物对贝氏体钢力学性能的恶性作用，从而改善贝氏体钢的力学性能，因此碳的含量不宜过高，本发明中碳含量控制在0.07％～0.13％的范围内。

钼：钼元素因为能够有效推迟高温转变而对贝氏体转变几乎没有影响，因此钼是贝氏体非调质钢常用的合金元素。但是钼的价格昂贵，从经济上考虑，在设计时尽量降低钼的含量，本发明中钼含量控制在0.20％～0.40％范围内。

锰：锰元素主要通过固溶强化作用、增加贝氏体、铁素体基体的固溶碳量来提高强度。此外，锰和钼类似，能够有效推迟高温转变。而锰又是相当便宜的合金元素，因此在钢中加入了高锰以降低钼的用量。本发明中锰含量控制在1.60％～2.2％范围内。

硅：硅元素可以强烈阻碍碳化物的形成，使钢在贝氏体相变过程中不析出(或者极少析出)碳化物。此外，硅也是提高屈服强度的主要元素。但是过量的硅降低塑性。本发明中硅的含量控制在0.40％～1.20％范围内。

镍：少量的镍元素和锰结合起来即会使钢易产生贝氏体组织。镍的价格非常高，从经济角度考虑，尽量少用镍元素。本发明中，镍含量≤0.3％

铬：铬元素可以提高钢的淬透性，而且可以使钢在冷却过程中的珠光体转变区和贝氏体转变区分离，有利于形成贝氏体。本发明中铬的含量控制在0.60％～1.70％的范围内。

本发明的优点是：

1、本发明的超H级抽油杆抗拉强度超过目前最高级别H级，并且疲劳强度达到石油行业标准，适用于油田开发中对载荷要求非常高的工作环境。2、使用本发明的超H级抽油杆可以代替目前的低强度级别的抽油杆，从而降低油井的杆柱载荷，降低抽油机功耗。3、本发明的超H级抽油杆的制造过程与目前抽油杆的制造过程相似，并且不需要增加额外的设备投入，适合产品的大面积推广。

具体实施方式