Title:
Method for manufacturing non-magnetic drilling rods
Kind Code:
B1
Abstract:
Abstract of EP0207068
For producing non-magnetic drilling rods, in particular heavy rods for exploration drillings, for example for oil and/or natural gas deposits, such as directional drillings or the like, an alloy of, in % by weight, carbon max. 0.15, preferably max. 0.08 silicon max. 1.0 manganese 11.0 to 25.0, preferably 12.0 to 20.0 chromium 10.0 to 20.0, preferably 11.0 to 16.0 molybdenum up to 1.0, preferably 0.2 to 0.8 nickel up to 6.0, preferably 1.0 to 2.5 niobium/tantalum up to 2.0, preferably 0.4 to 0.8 nitrogen 0.05 to 0.5, preferably 0.1 to 0.35 the remainder being iron and impurities and, if appropriate, one or more of the following elements vanadium, boron and aluminium, is allowed to solidify, subjected to at least two, especially four to six hot deformations, cooled down if desired and then solution-annealed at 1020 to 1070 DEG C, subsequently quenched, for example in water, and subjected to cold-forming, which is carried out at a temperature above room temperature, especially above 100 DEG C and below about 700 DEG C, in particular at the temperature of the Curie point of iron and with an at least 5 % and preferably at least 12 % deformation.
For producing non-magnetic drilling rods, in particular heavy rods for exploration drillings, for example for oil and/or natural gas deposits, such as directional drillings or the like, an alloy of, in % by weight, carbon max. 0.15, preferably max. 0.08 silicon max. 1.0 manganese 11.0 to 25.0, preferably 12.0 to 20.0 chromium 10.0 to 20.0, preferably 11.0 to 16.0 molybdenum up to 1.0, preferably 0.2 to 0.8 nickel up to 6.0, preferably 1.0 to 2.5 niobium/tantalum up to 2.0, preferably 0.4 to 0.8 nitrogen 0.05 to 0.5, preferably 0.1 to 0.35 the remainder being iron and impurities and, if appropriate, one or more of the following elements vanadium, boron and aluminium, is allowed to solidify, subjected to at least two, especially four to six hot deformations, cooled down if desired and then solution-annealed at 1020 to 1070 DEG C, subsequently quenched, for example in water, and subjected to cold-forming, which is carried out at a temperature above room temperature, especially above 100 DEG C and below about 700 DEG C, in particular at the temperature of the Curie point of iron and with an at least 5 % and preferably at least 12 % deformation.
Domestic Patent References:
A high cavitation erosion resistance stainless steel and hydraulic machines being made of the same.
- - EP0042180
A high cavitation erosion resistance stainless steel and hydraulic machines being made of the same.
- - EP0042180
Inventors:
Kohl, Dr. Heinz (Morigglgasse 13, Ternitz, A-2630, AT)
Pohl, Dipl. Helmut -Ing (Stroblgasse 4/2/9, Neunkirchen, A-2620, AT)
Püchl, Alois (Petersbaumgarten 51, Grimmenstein, A-2840, AT)
Pohl, Dipl. Helmut -Ing (Stroblgasse 4/2/9, Neunkirchen, A-2620, AT)
Püchl, Alois (Petersbaumgarten 51, Grimmenstein, A-2840, AT)
Application Number:
EP19860890180
Publication Date:
09/25/1991
Filing Date:
06/19/1986
View Patent Images:
Export Citation:
Assignee:
Schoeller-bleckmann, Gesellschaft M. B. H. (Postfach 31 Hauptstrasse 2, Ternitz, A-2630, AT)
International Classes:
(IPC1-7): C21D8/00; C21D8/06; C22C38/38
Foreign References:
| DE1183696B | ||||
| GB902440A | ||||
| 3082083 | Alloy of stainless steel and articles | |||
| 4502886 | Austenitic stainless steel and drill collar |
Other References:
VEREIN DEUTSCHER EISENHÜTTENLEUTE: "Werkstoffkunde Stahl", Band 1: Grundlagen; Teil C2.3.1, "Magnetismus der gamma Eisenlegierungen", 1984, Seiten 419-424, Springer Verlag, Berlin, DE
Attorney, Agent or Firm:
Haffner, Dr. Thomas M. (Patentanwalt Schottengasse 3a, Wien, A-1014, AT)
Claims:
1. Process for the production of amagnetic drilling string components using an alloy with the following composition by percentage weight
2. Process for the production of amagnetic drilling string components using an alloy with the following composition by percentage weight
3. Process in accordance with Claim 1 or 2, characterized by the fact that the cold forming is performed at a temperature below the Curie point of iron.
4. Process in accordance with Claim 1, 2 or 3, characterized by the fact that the cold forming is performed with at least 12% deformation.
5. Process in accordance with any of the Claims 1 to 4, characterized by the fact that the cold forming takes the form of cold forging.
6. Process in accordance with Claim 5, characterized by the fact that the cold forming takes the form of stretch forming.
7. Process in accordance with any of the Claims 1 to 6, characterized by the fact that the cold forming is followed by mechanical machining.
8. Process in accordance with Claim 7, characterized by the fact that the cold forming is followed by a chip-removing machining operation.
9. Process in accordance with any of the Claims 1 to 8, characterized by the fact that, in boundary areas close to the surface, local cold forming above 100°C and below about 700°C generates compressive internal stresses.
10. Process in accordance with Claim 9, characterized by the fact that, in boundary areas close to the surface, local cold forming at a temperature below the Curie point of iron generates compressive internal stresses.
11. Process in accordance with Claim 9 or 10, characterized by the fact that the compressive internal stresses are generated by shot peening.
12. Process in accordance with any of the Claims 1 to 11, characterized by the fact that the cold forming is performed at a temperature above 100°C and below 550°C.
- carbon
- 0.15 max
- silicon
- 1.0 max
- manganese
- 11.0 to 25.0
- chromium
- 10.0 to 20.0
- molybdenum
- ≦1.0
- nickel
- ≦6.0
- niobium and/or tantalum
- ≦2.0
- nitrogen
- 0.05 to 0.5
- rest iron
- &numsp
2. Process for the production of amagnetic drilling string components using an alloy with the following composition by percentage weight
- carbon
- 0.08 max
- silicon
- 1.0 max
- manganese
- 12.0 to 20.0
- chromium
- 11.0 to 16.0
- molybdenum
- 0.2 to 0.8
- nickel
- 1.0 to 2.5
- niobium and/or tantalum
- 0.4 to 0.8
- nitrogen
- 0.1 to 0.35
- rest iron
- &numsp
3. Process in accordance with Claim 1 or 2, characterized by the fact that the cold forming is performed at a temperature below the Curie point of iron.
4. Process in accordance with Claim 1, 2 or 3, characterized by the fact that the cold forming is performed with at least 12% deformation.
5. Process in accordance with any of the Claims 1 to 4, characterized by the fact that the cold forming takes the form of cold forging.
6. Process in accordance with Claim 5, characterized by the fact that the cold forming takes the form of stretch forming.
7. Process in accordance with any of the Claims 1 to 6, characterized by the fact that the cold forming is followed by mechanical machining.
8. Process in accordance with Claim 7, characterized by the fact that the cold forming is followed by a chip-removing machining operation.
9. Process in accordance with any of the Claims 1 to 8, characterized by the fact that, in boundary areas close to the surface, local cold forming above 100°C and below about 700°C generates compressive internal stresses.
10. Process in accordance with Claim 9, characterized by the fact that, in boundary areas close to the surface, local cold forming at a temperature below the Curie point of iron generates compressive internal stresses.
11. Process in accordance with Claim 9 or 10, characterized by the fact that the compressive internal stresses are generated by shot peening.
12. Process in accordance with any of the Claims 1 to 11, characterized by the fact that the cold forming is performed at a temperature above 100°C and below 550°C.
Description:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von amagnetischen Bohrstrangteilen.
Derartige Bohrstrangteile sind beispielsweise Schwerstangen für Explorationsbohrungen, z.B. für Erdöl- und/oder Erdgas-Vorkommen, wie Richtbohrungen od.dgl.
Bei der Durchführung von Explorationsbohrungen, insbesondere Richtbohrungen, wird die Lage und Richtung der Bohrungen durch Magnetmessung festgelegt. Obwohl bereits auch Messungen mit Kreiselkompassen bekanntgeworden sind, wird der an sich sehr genauen und bei Vorliegen von geeignetem Material störungsfreien Magnetfeldmessung nach wie vor der Vorzug gegeben. Da derartige Bohrungen sich in immer größere Tiefen erstrecken, wird eine besonders exakte Lagebestimmung erforderlich. Das heißt, die Bohrstrangteile, insbesondere jene Bohrstrangteile, welche in unmittelbarer Nähe des Meßgerätes, beispielsweise einer Förstersonde angeordnet sind, dürfen nur magnetische Anomalien im geringsten Ausmaß aufweisen. So ist es beispielsweise bekannt, wenn Schwerstangen eine größere maximale Kompaßabweichung als ± 1/4° aufweisen, dann entsprechen sie nicht mehr oder nur in seltenen Fällen den Anforderungen.
Neben den, wie bereits oben ausführlich dargelegten amagnetischen Eigenschaften müssen diese Bohrstrangteile eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, u.zw. sowohl für Zug- als auch für Druckbeanspruchung, je nachdem, ob ein entsprechender Druck auf dem Bohrkopf ausgeübt wird, oder ob der Bohrkopf aus dem Bohrloch gezogen wird. Weiters unterliegen diese Bohrstrangteile einer hohen Torsionsbeanspruchung, da zumindest teilweise über sie die Drehbewegung am Bohrkopf ausgeführt wird. Weiters müssen die Legierungen für Strangteile für Gewindeverbindungen geeignet sein, welche auch nach langer mechanischen Beanspruchung ohne "Festfressen" Lösbar sein müssen.
Ein weiteres sehr wesentliches Kriterium ist die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion, da derartige Bohrstrangteile oft stark korrosiven Medien, beispielsweise mehrprozentigen Natriumchloridlösungen und/oder Magnesiumchloridlösungen sowie Schwefelwasserstoff u.dgl., ausgesetzt sind.
Neben den oben angeführten Kriterien ist eine weitere wesentliche Voraussetzung für den wirtschaftlichen Einsatz derartiger Bohrstrangteile, daß Legierungen zum Einsatz kommen, welche über einen langen Zeitraum eingesetzt werden können, die somit nicht dem Kriterium der Zusammensetzungsänderung auf Grund von Materialverknappungen od.dgl. unterworfen sind.
Aus der AT-PS 214 466 ist die Verwendung einer amagnetischen austenitischen Chrom-Mangan-Stahl-Legierung mit in Gew.-%
- bis 0,025
- Kohlenstoff
- bis 1,0
- Silizium
- 12 bis 25
- Mangan
- 10 bis 20
- Chrom
- bis 5
- Nickel
- bis 1
- Molybdän
- 0,05 bis 0,5
- Stickstoff
Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementen für die Herstellung von amagnetischen Bohrstrangteilen bekannt, die bei der Stärke des Magnetfeldes der Erde auch nichtmagnetisierbar ist, bei stärkeren Feldern kann jedoch eine bleibende Remanenz auftreten. Diese Legierung wird bei Raumtemperatur einer Kaltverformung unterworfen, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Schwerstangen, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, mußten jeweils einer besonders genauen Ausgangskontrolle unterworfen werden, wobei die Untersuchung gemäß europäischem Patent 14 195 durchgeführt wurde. Ferromagnetische Einschlüsse und Nester innerhalb der Stangen, welche durch Prüfung ermittelt wurden, führten zum Ausschuß gesamter Stangen, wobei bei hohen magnetischen Feldern eine bleibende Magnetisierung eintreten kann.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Herstellung von amagnetischen Bohrstrangteilen zu schaffen, welche eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit bei geringer Streuung, insbesondere durch Kaltverformung, aufweisen, welches gleichzeitig sicherstellt, daß keine bzw. nur unwesentliche magnetisierbare Inseln im Bohrstrangteil verbleiben, wobei die Bohrstrangteile auch bei hohen magnetischen Feldern keine bleibende Magnetisierung aufweisen sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von amagnetischen Bohrstrangteilen, wobei eine Legierung aus in Gew.-%
- Kohlenstoff
- max. 0,15, vorzugsweise max. 0,08
- Silizium
- max. 1,0
- Mangan
- 11,0 bis 25,0, vorzugsweise 12,0 bis 20,0
- Chrom
- 10,0 bis 20,0, vorzugsweise 11,0 bis 16,0
- Molybdän
- bis 1,0, vorzugsweise 0,2 bis 0,8
- Nickel
- bis 6,0, vorzugsweise 1,0 bis 2,5
- Niob und/oder Tantal
- bis 2,0 vorzugsweise 0,4 bis 0,8
- Stickstoff
- 0,05 bis 0,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,35
Rest Eisen und gegebenenfalls einem oder mehreren der folgenden Elemente Vanadin, Bor und Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen erstarren gelassen wird, einer zumindest 2-fachen Warmverformung unterzogen, bei 1020 bis 1070°C lösungsgeglüht, anschließend abgeschreckt und einer Kaltverformung unterworfen wird, im wesentlichen darin, daß die Kaltverformung bei einer Temperatur über 100°C und unterhalb ca. 700°C und mit zumindest 5%-iger Verformung durchgeführt wird.
Es war nun durchaus überraschend, daß bei einer Kaltverformung, welche oberhalb der Martensitbildungstemperatur durchgeführt wird, wo Spuren von Verforungsmartensit entstehen können, wodurch Magnetisierbarkeit bedingt ist, welche dadurch vermeidbar wird, daß die Kaltverformung bei einer Temperatur durchgeführt wird, welche oberhalb 100°C und unterhalb ca. 700°C und somit unterhalb einer Warmverformungstemperatur liegt, hohe Festigkeit erreicht werden kann und auch bei hohen magetischen Außenfeldern keine bleibende Magnetisierbarkeit vorliegt. Es hat sich hiebei herausgestellt, daß zur Erlangung der mechanischen Festigkeit eine Verformung von zumindest 5% bzw. vorzugsweise von zumindest 12% erforderlich ist, wobei durchaus auch höhere Verformungen durchgeführt werden können, welche jedoch höhere Verformungszeiten bedingen. Vorzugsweise wird dabei die Kaltverformung unterhalb des Curiepunktes von Eisen vorgenommen.
Als Kaltverformung hat sich insbesondere eine Kaltschmiedung, insbesondere eine Streckschmiedung bewährt, obwohl unterschiedliche Verformungsgrade vom Mitten- zum Randbereich vorliegen können. Eine mechanische, insbesondere spanabhebende Bearbeitung wird gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung nach der Kaltverformung durchgeführt, ohne daß dadurch wesentliche Bearbeitungsbehinderungen auftreten.
Zur Erhöhung der Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit wird vorzugsweise so vorgegangen, daß in oberflächennahen Randbereichen durch örtliche Kaltverformung bei einer Temperatur über 100°C und unterhalb ca. 700°C Druckeigenspannungen eingebracht werden, wobei die Einhaltung dieser Temperaturen, und insbesondere unterhalb des Curiepunktes von Eisen, eine bleibende Magnetisierbarkeit auch unter ungünstigen Bedingungen verhindern kann. Bevorzugt werden die Druckeigenspannungen durch Kugelstrahlen eingebracht.
Die bevorzugten Grenzen für die Kaltverformung liegen bei einer Temperatur über 100°C und unterhalb 550°C, wodurch eine besondere Beständigkeit gegen intra- und interkristalline Spannungsrißkorrosion erreichbar ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1:
Eine Legierung mit der Zusammensetzung 10986 gemäß Tabelle 1, wurde erschmolzen und - wie an sich bekannt - zu einem Block gegossen. Dieser Block wurde unter Streckschmiedung zwischen 1150 - 900°C auf 9 m Länge verformt, welches einer 6-fachen Warmverformung entspricht. Die so erhaltene Rundstange wurde 2 h bei 1050°C lösungsgeglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt. Die 0,2 Dehnungsgrenze betrug 400 N/mm² ± 50. Die so vorbehandelte Stange wurde sodann auf 400°C erhitzt und unter 12%-iger Verformung auf einer Streckschmiedemaschine geschmiedet. Die 0,2-Dehngrenze betrug 830 ± 30 n/mm². Die Prüfung der Magnetisierbarkeit wurde nach dem Verfahren gemäß EU-P 14 195 durchgeführt, wobei vor der Prüfung die
Schwerstange einer Magnetisierung mit 120 KA/m unterworfen wurde. Es konnte kein einziger Meßpunkt ermittelt werden, der über 0,02 Mikrotesla lag.
Eine analoge Probe wurde einer entsprechenden Kaltschmiedung bei Raumtemperatur unterworfen, wobei die gesamte Stange einen Restmagnetismus von 10 Mikrotesla aufgewiesen hat.
Beispiele 2 bis 4:
Die weiteren Schmelzen gemäß Tabelle 1 wurden gemäß Tabelle 2 und 3 bearbeitet, mit der Ausnahme, daß Blöcke der Schmelze 56391 gereckt wurden.