一种油井用承荷探测电缆铠装钢丝及其生产方法

摘要

本发明公开了一种油井用承荷探测电缆铠装钢丝及其生产方法，该钢丝按质量比包括如下元素：C:Mn:Si:Cr:Fe＝(0.78～0.85wt％):(0.2～0.3wt％):(0.5～0.6wt％):(0.2～0.5％):(余量)。方法如下：将盘条进行冷拉拔形变，得到冷拉钢丝；将冷拉钢丝进行奥氏体化热处理、淬火处理，得到索氏体组织；对钢丝浸镀Zn‑Al‑Mg镀层，然后再经冷拉拔制得。本发明提高了钢丝的强度及耐腐蚀性能；增大盘条的初始直径、降低奥氏体化热处理温度和时间，在钢丝表面双镀Zn‑Al‑Mg合金镀层，提高了钢丝的强度和热稳定性；钢丝强度可以达到2000‑2400MPa。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆铠装钢丝及其生产方法，尤其涉及一种油井用承荷探测电缆铠装钢丝及其生产方法。

背景技术

承荷探测电缆是承受机械载荷，主要进行油井勘测的钢丝铠装电缆。它不仅可用于油气资源探测，也可应用于海洋调查，煤田地质勘探，地热测井等领域。油井勘探技术的发展以及油井探测深度的增加，对承荷探测电缆的整体破断拉力提出了更高的要求，而承荷探测电缆用钢丝的强度决定了电缆的极限探测深度，同时，承荷探测电缆在井下会面临钻井液、硫化氢以及高温高压等异常复杂的腐蚀环境，这大大降低了其使用寿命。因此，对承荷探测电缆铠装钢丝的提出了高强度、耐腐蚀、能耐受一定温度的要求。目前，我国新疆地区油井深度已突破8000米，要求承荷探测电缆钢丝的强度超过2100MP，超深井下的温度可达180℃，冷拉拔钢丝会发生软化，导致强度下降。

目前，承荷探测电缆铠装钢丝的生产流程为：1)钢丝盘条进行第一次冷拉拔变形；2)然后进行完全奥氏体化热处理和等温淬火，以恢复钢丝的塑性形变能力；3)对钢丝进行表面清洗和热浸镀锌处理，在钢丝表面形成连续的热浸镀锌涂层，提高钢丝的耐腐蚀能力；4)进行二次冷拉拔，获得高强度(≤2000MPa)。采用该工艺生产的钢丝，已广泛应用于制造深度低于7000米的承荷探测电缆钢丝，但存在使用寿命短的问题，主要是由于热浸镀锌的钢丝耐腐蚀不足，且普遍存在使用一段时间后，钢丝发生软化导致强度低于规定值。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种强度高、耐腐蚀性强的油井用承荷探测电缆铠装钢丝；

本发明的另一个目的是提供一种油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法。

技术方案：本发明所述的油井用承荷探测电缆铠装钢丝，按质量比包括如下元素：C:Mn:Si:Cr:Fe＝(0.78～0.85wt％):(0.2～0.3wt％):(0.5～0.6wt％):(0.2～0.5％):(余量)。

本发明所述的油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，包括如下步骤：

(1)将盘条进行冷拉拔形变，得到冷拉钢丝；

(2)将冷拉钢丝进行奥氏体化热处理、淬火处理，得到索氏体组织；

(3)对钢丝浸镀Zn-Al-Mg镀层，然后再经冷拉拔，得到所述油井用承荷探测电缆铠装钢丝。

优选的，步骤(3)中，所述Zn-Al-Mg镀层中的Al:Mg:Zn＝(4.8～5.2wt％):(0.6～1.6wt％):(余量)。

优选的，步骤(3)中，所述对钢丝浸镀Zn-Al-Mg镀层的方法为：先热浸镀Zn，再将钢丝热镀Zn-Al-Mg合金镀层。

优选的，所述热浸镀Zn的热镀温度为430～450℃，热镀时间为30～60s。

优选的，所述热镀Zn-Al-Mg合金镀层的温度为420～440℃，时间为10～20s。

优选的，步骤(2)中，所述奥氏体化热处理的温度为760℃～850℃，时间为5～15min。

优选的，在步骤(3)之前，钢丝进行助镀处理，助镀时间为1～3min。

优选的，步骤(1)中，所述盘条的直径为6～7mm。

优选的，步骤(3)中，所述冷拉拔之后，使钢丝在200±5℃下保温20～60min进行热稳定化处理。

有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、C、Si、Cr元素含量的提高，增加了碳钢盘条的初始强度，提高了钢丝的抗回火软化能力；且耐腐蚀性能也得到提升；2、钢丝表面采用热浸镀Zn-Al-Mg替代传统的纯锌镀层，显著提升了承荷探测电缆铠装钢丝的耐腐蚀性能；3、通过改变钢盘条的初始直径、降低奥氏体化热处理温度和时间，利用大形变珠光体钢丝奥氏体化的“织构遗传原理”，提高钢丝的强度和热稳定性；4、增加的热稳定化处理工序，可以降低承荷探测电缆铠装钢丝的内应力，显著降低使用过程中钢丝的强度劣化；5、本发明的钢丝强度可以达到2000-2400MPa，满足超深油井(≥8000m)承荷探测电缆铠装钢丝的强度要求；6、本发明方法操作简单，易控制。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种超深油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ7mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.5mm的冷拉钢丝；钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.78wt％:0.2wt％:0.5wt％:0.4％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度850℃，时间：5分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火后的钢丝，进行表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为3min，助镀后烘干；

(6)助镀后的钢丝先热浸镀Zn，热镀温度为450℃，热镀时间为30s；再将钢丝在440℃热镀Zn-Al-Mg合金镀层，此过程称为“双镀”，双镀时间为10s，双镀后采用水冷冷却；

(7)将双镀Zn-Al-Mg镀层的钢丝冷拉拔至Φ1.6mm；其中，Al:Mg:Zn＝4.8wt％:0.6wt％:余量。

(8)钢丝在200±5℃下保温60min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度2100MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.1798g·m

实施例2

一种超深油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ6mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.0mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.80wt％:0.3wt％:0.6wt％:0.2％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度760℃，时间：15分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝先热浸镀Zn，热镀温度为430℃，热镀时间为60s；再将钢丝在420℃热镀Zn-Al-Mg合金镀层，双镀时间为20s，双镀后采用水冷冷却；其中，Al:Mg:Zn＝5.0wt％:1.0wt％:余量。

(7)将经双镀Zn-Al-Mg镀层的钢丝冷拉拔至Φ1.1mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度2200MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.1243g·m

实施例3

一种超深油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ7mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.0mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.85wt％:0.3wt％:0.6wt％:0.5％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度800℃，时间：10分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为1min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝先热浸镀Zn，热镀温度为440℃，热镀时间为45s；再将钢丝在430℃热镀Zn-Al-Mg合金镀层，双镀时间为15s，双镀后采用水冷冷却；其中，Al:Mg:Zn＝5.2wt％:1.0wt％:余量。

(7)将经双镀Zn-Al-Mg镀层的钢丝冷拉拔至Φ1.2mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温20min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度2400MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.1597g·m

实施例4

一种超深油井用承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ6.5mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.2mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.83wt％:0.3wt％:0.4wt％:0.3％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度820℃，时间：8分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝先热浸镀Zn，热镀温度为440℃，热镀时间为40s；再将钢丝在430℃热镀Zn-Al-Mg合金镀层，双镀时间为15s，双镀后采用水冷冷却；其中，Al:Mg:Zn＝5.0wt％:1.6wt％:余量。

(7)将经双镀Zn-Al-Mg镀层的钢丝冷拉拔至Φ1.3mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，可获得强度2300MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.1632g·m

对比例1

一种承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ6.5mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.1mm的冷拉钢丝；钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.72wt％:0.1wt％:0.1wt％:0.1％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度820℃，时间：6分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝热浸镀Zn，热镀温度为440℃，热镀时间为40s，镀后采用水冷冷却；

(7)将经热浸镀Zn镀层的钢丝冷拉拔至Φ1.2mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度1800MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.2686g·m

对比例2

一种承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ5.5mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.1mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.82wt％:0.2wt％:0.5wt％:0.3％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度840℃，时间：8分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝热浸镀Zn，热镀温度为440℃，热镀时间为40s，镀后采用水冷冷却；

(7)将浸镀Zn钢丝冷拉拔至Φ1.4mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度1960MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.2825g·m

对比例3

一种承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ7mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.3mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.85wt％:0.3wt％:0.5wt％:0.3％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度830℃，时间：6分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后钢丝热浸镀Zn，热镀温度为450℃，热镀时间为30s，镀后采用水冷冷却；

(7)将热浸镀Zn钢丝冷拉拔至Φ1.2mm。

经测试后，获得强度2000MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.2965g·m

对比例4

一种承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ6.5mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.1mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.82wt％:0.3wt％:0.6wt％:0.3％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度900℃，时间：8分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后将钢丝热浸镀Zn，热镀温度为440℃，热镀时间为40s；

(7)将经热浸镀Zn的钢丝冷拉拔至Φ1.2mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度1960MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.3555g·m

对比例5

一种承荷探测电缆铠装钢丝的生产方法，主要包括以下步骤：

(1)Φ7mm的高碳盘条进行冷拉拔形变，得到Φ4.1mm的冷拉钢丝。钢丝的成分设计：C:Mn:Si:Cr:Fe＝0.83wt％:0.2wt％:0.5wt％:0.3％:余量；

(2)冷拉钢丝进行奥氏体化热处理：奥氏体化温度900℃，时间8分钟；

(3)奥氏体钢丝浸入铅浴中进行等温淬火处理，得到索氏体组织；

(4)经奥氏体化+等温淬火的钢丝，经表面处理，包括碱洗、水洗、酸洗和水洗后，烘干；

(5)钢丝在80℃左右进行助镀处理，助镀时间为2min，助镀后烘干；

(6)助镀后将钢丝热浸镀Zn，热镀温度为430℃，热镀时间为50s；

(7)将热浸镀Zn钢丝冷拉拔至Φ1.3mm；

(8)钢丝在200±5℃下保温30min后，空冷至室温。

经测试后，获得强度1900MPa级承荷探测电缆用钢丝，中性盐雾腐蚀速率为0.2802g·m