PROCESS FOR PRODUCING TENSION-CRACK CORROSION-RESISTANT NON MAGNETIZABLE DRILL COLLARS OF AUSTENITIC STEELS, AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THIS PROCESS

Abstract: 1. A method of manufacturing stress-corrosion-resistant non-magnetizable drill-stems made of austentic steels, characterized in that in the surface region of the drill-stems residual compressive stresses are produced by the effect of mechanically, electrically, or chemically released impact or compression energy.

Description: Bei den für Tiefbohrungen notwendigen Bohrge stängen werden für Richtbohrungen nichtmagneti- sierbare Schwerstangen und Gestängeteile benötigt, um eine Beeinflussung der Messgeräte zu vermeiden, die in die Bohrung der Gestänge eingeführt werden. Für solche Schwerstangen wurden ±Puher ausschliess- lich Monel K - Legierungen mit mindestens 63 % Nickel, mindestens 25 X Kupfer und maximal 5 % Aluminium verwendet, die sich als verlässlich unmagnetisch erwiesen haben und dabei gleichzeitig die erforderlichen Festigkeitseigenschaften besitzen. Neben diesen kostspieligen Legierungen wurde versucht, zur Herstellung nicbtmagnetisierbarer Schwerstangen austenitische Stähle zu verwenden. Dabei sind bei Schwerstangen aus den üblichen 18/8 Chrom-Nickel-Stählen oft Schwierigkeiten infolge deren ungünstigen unmagnetischen Ver- haltens eingetreten. Ueberdies waren die Festigkeitseigenschaften dieser Werkstoffe unzureichend. Zur Beseitigung dieser Nachteile sind ftir nichtmagnetisierbare Schwerstangen austenitische Stähle auf der Basis Mangan-Chrom vorgeschlagen worden, die sehr stabil austenitisch sind und sich darüber hinaus besonders gut verfestigen lassen (AT-PS 214.466). Bei der Herstellung von homogenen, aus einem Stück bestehenden Schwerstangen aus diesen Stählen wird üblicherweise so vorgegangen, dass durch ein Kaltverformen höhere Festigkeiten erzielt werden. Bei diesem Vorgang werden die Schwerstangen zuerst über die ganze Länge kaltverformt und abschliessend die Enden, welche die Verbindungsgewinde enthalten, noch zusätzlich einer Ver formung unterzogen, um diesen höher beanspruchten Teilen der Schwerstange die notwendigen Festigkeitseigenschaften zu geben. Der Guss wird also warmgeschmiedet, dann erfolgt eine Wärme- behandlung, der eine Kaltverformung folgt, wobei eine Querschnittsreduktion im Ausmass von etwa 10 % stattfindet, wonach das Schmiedestück überdreht und die Bohrung vorgenommen wird. Dieser Hohlzylinder wird dann mit den erforderlichen Gewinden u. dgl-. versehen. Die so hergestellten Schwerstangen entsprechen in ihren Eigenschaften durchaus den üblichen Anforderungen im Ölfeld. Sie haben aber den Nachteil, dass sie gegen die Korrosionsangriffe beispielsweise von aggressiven Chloridlösungen, die in Bohrlachern z.B. in Salzstöcken öfters auftreten, nicht genügend be ständig sind und zu Spannungsrisskorrosion neigen. Es können dadurch Brüche eintreten, die dann unangenehme und kostspielige Ausfälle verursachen. Zur Vermeidung dieser Art:von Korrosion tinxrde versucht, beständigere Legierungen für Schwerstangen heranzuziehen, welche, wie die AT-PS 308 793 zeigt, die Zusammensetzung: max. 0,07 % Kohlenstoff, bis 1,00 %Silizium, 0,50 - 2,00 96 Mangan, 20,00 - 25,00 % Chrom,10,00 - 15,00 % Nickel, 0,05 - 0,50 % Stickstoff, Rest Eisen und übliche Begleitelemente aufweisen. Schwerstangen aus diesen Legierungen neigen auch bei Einsatz aggressiver Spülmittel viel weniger- zu Spannungsrisskorrosion, haben aber den Nachteil, verhältnismässig. kostspielig zu sein. Wie sich im praktischen. Bohrbetrieb ergeben hat, sind aber alle diese verschiedenartigen Vorschläge nicht immer in ausreichendem Masse geeignet, ein Auftreten von Spannungsrisskorrosion gänzlich auszuschalten. Eingehende Untersuchungen haben nun gezeigt, dass sich die Spannungsrisskorrosion bei Schwerstangen aus austenitischen Stählen auch bei den kosten- günstigeren Nangan-Chrom-Stählen sicher vermeiden lässt, wenn man im Oberflächenbereich ins- besondere des Hohles Druckeigenspannungen aufbringt. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von sp spannungsrisskorrosionsbe- ständigen, nichtmagnetisierbaren Schwerstangen aus austenitischen Stählen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass im Oberflächenbereich insbesondere des Hohes der Schwerstangen Druckeigenspannungen durch Einwirkung mechanisch, elektrisch oder chemisch ausgelöster Stoss- bzw. Druckenergie hervorgerufen werden. Dieses Aufbringen von Druckeigenspannungen wird bevorzugt durch mechanisches Kaltverdichten der Oberflächen mittels Hämmern, Kugelstrahlen oder Rollieren erreicht. Die Druckeigenspannungen können aber auch vorteilhaft durch Unterwasser-Funkenentladung oder durch Auslösung von Detonationswellen hervorgerufen werden. M1t dem erfindungsgemässen Aufbringen von Druckeigenspannungen können die von der vorhergehenden Bearbeitung herrUhrenden Zugeigenspannungen, die fUr das Auftreten der Spannungsrisskorrosion primär verantwortlich sind, im ùr den Korrosionsangriff entscheidenden Oberflächenbereich beseitigt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit Erfolg auf alle austenitischen Stahllegierungen angewendet werden. Es hat sich gezeigt, dass Bearbeitungsmethoden, bei welchen das Verdichten der Oberfläche der Bohrung durch mechanische Einwirkung in Richtung etwa senkrecht zur Oberfläche erfolgt, für den an gestreuten Abbau der Zugeigenspannungen und den Aufbau von Druckeigenspannungen am vorteilhaftesten sind. Dementsprechend sind-KugeSstrnalen ein Vorgang, bei welchem ähnlich dem Sandstrahlen ein Strahl von Stahikugeln gegen die Oberfläche gerichtet wird, und Hämmern für die Behandlung der Schwerstangen besonders bevorzugt. Am günstigsten ist es, wenn das Werkzeug, welches die Druckeigenspannungen aufbringt, in der Bohrung der Schwerstange vorgeschoben, die Stange Jedoch gedreht wird. Aui diese Weise wird ein besonders gleichmässiges Verdichten der zu bearbeitenden Hohloberfläche erreicht. Da die Bohrungen der Schwerstangen im Durchmesser verhältnismässig klein sind, die Stangenlängen Jedoch mindestens 9,15 m betragen, wurde für das erfindungsgemässe Verdichten der Oberfläche durch Hämmern eine spezielle Vorrichtung entwickelt, welche nach dem Prinzip eines Pressluft-Schlagwerkzeuges arbeitet. Diese Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen in einem Gehäuse angeordneten, vorzugs- weise pressgasbetriebenen, Schlaghammer, dessen Kopfteil zur Ubertragung der axialen Schlagbewegung einen Schlagbolzen trägt, welcher an mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier, in Fuhrungs rippen des Gehäuses beweglich gelagerten, mit radial nach aussen gerichteten Schlagmeisseln versehene, die axiale in eine im wesentlichen radiale Schlagbewegung umwandelnde, Gelenkplatten anschlägt. Besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäss ei?i- zusetzenden Vorrichtung ist ihr konstruktiv einfacher Aufbau, der ein Auswechseln. von Lagern, Meisseln und anderen Verschleissteilen völlig unproblematisch macht; darüber hinaus zeichnet sich die Vorrichtung durch grosse Robustheit aus. Schliesslich kann das Werkzeug schmal gebaut sein und so leicht zur Bearbeitung von Bohrungen verschiedener, insbesondere auch kleiner Bohrweiten eingesetzt werden. Vorteilhaft ist bei dem Werkzeug das Gehäuse mit einem in das Hohl einführbaren Rohr, vorzugsweise dem zur Herstellung des Hohls dienenden Bohrrohr, durch eine lösbare Verbindung verbunden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen,- dass die nihrungsrippen des Gehäuses symmetrisch angeordnet und dass die Gelenkplatten mittels zwischen äe zwei einander zugeordneten Führungsrippen angeordneten Lagerbolzen gelenkig gelagert sind. Durch diese Ausbildungsform lässt sich ein einfacher Aufbau bei gleichzeitig hoher Arbeitspräzision erreichen. Im allgemeinen haben die Gelenkplatten etwa Rechteckform. Insbesondere um deren Gewicht ohne wesentliche Festigkeitseinbusse zu verringern, wird es bevorzugt, die Gelenkplatten im wesentlichen rechteckförmig und die dem Schlagmeissel abgekehrte Seite der Platten vorzugsweise abge- schräge auszubilden. Zur Verminderung des Verschleisses ist es vorteil- haft, wenn der Schlagmeissel aus Hartmetall gefertigt ist. Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemässe Vorrichtung im folgenden näher-erläutert: Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, welche sich im Hohl einer Schwerstange befindet; Fig. 2 eine Vorderansicht eines dreistrahlig und Fig. 3 eine Vorderansicht eines vierstrahlig ausgebildeten Werkzeuges. In Fig. 1 ist der mit Pressluft betriebene Schlaghammer dargestellt. Dieser ist im Ge- häuse 2 fix eingebaut, dessen eines Ende mittels Gewinde 3 und Führungshülse 4 mit einem Bohrrohr 5 verbunden ist. Durch dieses führt die Leitung 6 für die Pressluftzufuhr. In den Kopfteil 7 des Schlaghammers 1 ist ein Schlagbolzen 8 mit entsprechendem Einsteckende 9 eingegeführt. Dieser Schlagbolzen 8 wird zusätzlich in der Führung 10 des Gehäuses 2 geführt und überträgt die axiale Schlagbewegung des Schlaghammers 1 auf die Gelenkplatten 118 Diese sind um Lagerbolzen 12 beweglich in den symmetrisch angeordneten Führungsrippen 13 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Bolzen 12 sind mit Sicherungsscheiben 14 gesichert. Die Gelenkplatten 11, deren Anzahl, wie Fig. 2 zeigt, 3 Stück, aber je nach Grösse des Gehäuses, wie Fig. 3 zeigt, auch 4 Stück (dies ist von der zu bearbeitenden Bohrungsgrösse abhängig) betragen kann, übertragen die Axialbewegung des Schlagbolzens 8 in eine Radialbewegung. Die in den Gelenkplatten 11 eingebauten SchlagmeiBel 15 z.B. aus Hartmetallhämmern mit der hohen Schlagfrequenz des Schlaghammers 1 auf die Oberfläche 16 der Bohrung der Schwerstange und bewirken so die gewünschte Kaltverdichtung der Oberfläche. Bezüglich der Grössenordnung der Schlagfrequenz kann angegeben werden, dass sich für die Ausführung mit 3 Schlagmeisseln eine solche von 6000 - 8000 Schlägenimin und ±ür disienige mit 4 Schlagmeisseln eine solche von 4000 - 5000 Schlägen/min gut bewährt hat.

Claims: Patentansprtiche 1. Verfahren zur Herstellung von spannungsrisskor ro sionsbeständigen, nichtmagnetisierbaren Schwerstangen aus austenitischen Stählen, dadurch gekennzeichnet, dass im Oberflächenbereich insbesondere des Hohls der Schwerstangen Druckeigenspannungen durch Einwirkung mechanisch, elektrisch oder chemisch ausgelöster Stoss- bzw. Druckenergie her vorgerufen werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen mittels Hämmern, Kugelstrahlen oder Rollieren hervorgerufen werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen durch Unterwasser-Funkenentladung hervorgerufen werden. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen durch Auslösung von Detonationswellen hervorgerufen werden. 5. Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens nach den Ansprechen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen in einem Gehäuse (2) angeordneten, vorzugsweise pressgasbetriebenen Schlaghaner (1), dessen Kopfteil (7) zur Übertragung der axialen Schlagbewegung einen Schlagbolzen (8) trägt, welcher an mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier, in FUhrungsrippen (13) des Gehäuses(2) beweglich gelagerten, mit radial nach aussen gerichteten Schlagmeisseln (15) versehene, die axiale in eine im wesentlichen radiale Schlagbewegung umwandelnde Gelenkplatten (11) anschlägt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einem in das Hohl (16) einführbaren Rohr, vorzugsweise dem Bohrrohr (5), lösbar verbunden ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungarippen (1.3) des Gehäuses' (2) symmetrisch angeordnet sind. 8. Vorrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkplatten (11) mittels zwischen Je zwei einander zugeordneten Führungsrippen (13) angeordneten Lagerbolzen (12) gelenkig gelagert sind. 9. Vorrichtung nach einem der Anspräche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die,Gelenkplatten (11) im wesentlichen rechteckiörmig ausgebildet sind, wobei die dem Schlagmeissel (15) abgekehrte Seite der Platten t11) vorzugsweise abgeschrägt ist. 10. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagmeissel (15) aus Hartmetall gefertigt ist.

Inventors: ENOCKL, HANS, DR., KOHL, HEINZ, DR., REITERER, RICHARD, RIEDL, JOSEF, DIPL.-ING., Enöckl, Hans, Dr.
Applicants: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)
Application year: 1980
Main classification: C21D7
IPC codes: C21D7, C21D10