随着油气资源的需求量增长，油气田的勘采向深层深水、高温酸性等方向发展，井下钻采环境变得更加苛刻。目前我国塔里木、长庆、四川、华北、江汉等区块主力油气田均存在严重的CO₂腐蚀及更为严重和复杂的CO₂+H₂S+Cl综合腐蚀，且开采深度越大，温度和压力越大，每往地下深100m，温度就会提高约2℃，万米深井的井下温度达200℃以上，高温高压酸性环境下材料的应力腐蚀开裂风险急剧增大。因此，井下使用材料不仅要求高强度、高韧性，同时还要求具有耐高温、耐高压、耐腐蚀等优异性能，研究显示，井下钻探工具70%的失效与材料的应力和腐蚀有关。

面对复杂的勘探开发对象，加强深层深海、高温、酸性环境井下钻井工具的攻关，加快国产关键核心技术和材料攻关显得愈发重要，为此，大冶特殊钢有限公司（简称：大冶特钢）不断推动原创技术研发，追求关键技术创新，实现了复杂苛刻油气田环境钻采用钢管产品的突破和引领。

大冶特钢采用先进的技术装备以及超纯炼钢、热处理调质等革新性工艺，攻克了超高强度套管、钻杆、钻具的耐高温、耐冲击、耐腐蚀等难题，实现了上述钻采工具用管的升级和创新。

1.1 高强高韧钻杆用管

国内超深井、特深井目前主要使用S135和G105钻杆，少量使用V150钢级钻杆，对于8000m以上的特深井，为了确保钻井安全，钻井需要使用低密度钛合金钻杆或155ksi以上钢级的钻杆。为保证井下操作的安全和可靠性，目前钻井现场工具用材一般要求常温下全尺寸冲击功达到100J及以上，避免出现突然的钻杆管体横截面脆性断裂现象，但随着强度提高，冲击韧性急剧降低。为开发高强高韧钻杆用管，大冶特钢采用超纯净冶炼工艺，通过预脱硫、提高铁水加入量、钙化处理等措施，控制残余元素P、S、五害元素及气体含量，通过钙化处理控制夹杂物形态及大小，使夹杂物控制在15μm以内；成分采用微合金化技术，通过降低碳含量并加入Cr、Mo、V、Ti、Nb等合金元素从而实现晶粒强化及沉淀硬化，提高材料的强韧性和回火稳定性，设计出屈服强度达到170ksi钢级、室温纵向冲击功达到100J以上、钻杆接头扭转强度较API NC标准提高70%以上的钻杆用材；采用高精度无缝钢管轧制工艺，优化热轧过程中各道次变形量，成形后外径精度达到±0.5%，壁厚精度不超过±8%；采用水作为淬火介质，通过调整热处理过程中内外表面冷却水的温度、压力和流量等，钢管调质后强度波动不超过30MPa、硬度波动不超过2HRC，确保产品性能均匀一致。由此，大冶特钢的高强韧钻杆产品具有强度高、冲击韧性好、成本低、高纯净、高精度、性能均匀一致的特点。

1.2 以管代锻钻具用管

用圆钢进行模锻、掏孔、零件热处理等生产工艺存在生产效率低、成材率低、流程长、污染高、性能不稳定等问题，为响应国家绿色低碳可持续发展要求，大冶特钢充分发挥ASSEL中厚壁轧管机组优势及厚壁管水淬工艺优势，通过分配轧制变形量，可生产壁厚/外径0.30，最大壁厚90mm的超厚壁无缝钢管，以水淬调质无缝钢管的生产工艺代替模锻、零件淬火调质生产工艺，可大幅提高生产效率、降低生产成本、提升产品显微组织和性能均匀性，同时节能环保。

采用ASSEL轧管机，无缝钢管的壁厚不均度在8%S以内；同时通过控制淬火冷却过程中内外表面冷却水的温度、压力及流量，打破了小内孔、大壁厚、高淬透中碳合金无缝钢管不能采用水淬冷却的行业规范及经验，避免内表面出现淬火裂纹，成功生产出壁厚达90mm、壁厚/外径达0.3的超厚壁高淬透性钻具用无缝钢管，钢管调质后屈服强度波动在30MPa内，钢管全截面硬度波动在3HRC以内，同时辅以冷拔等工艺，成功开发出超厚壁高精度4145HM钻铤管、超厚壁4137H钻杆接头、高强韧4330V扩孔器、高强韧V140返井钻机等钻具用管。

1.3 高强度耐腐蚀用管

随着油气田的勘采向深层深水、高温酸性等方向发展，能源用钢由普通合金钢向耐腐蚀、高强度方向发展。大冶特钢从2008年开始研究生产耐腐蚀用管，历经多年研究，开发出一系列耐H₂S腐蚀和耐CO₂腐蚀的中厚壁无缝钢管。

耐H₂S腐蚀方面，通过成分设计，残余元素P、S、五害元素及气体的控制，夹杂物变性处理，独特的热处理冷却技术，产品的夹杂物尺寸不超过10μm、强度波动不超过20MPa，成功开发出80SS、95SS、110SS、120SS、125SS、135SS等系列钢级耐腐蚀材料，最大壁厚达2.5in，产品具有优异的耐H₂S应力腐蚀（SSC）性能，可经受至少720h以上SSC不失效，目前最高纪录达3360h以上。

耐CO₂腐蚀方面，大冶特钢从2008年开始研究高合金用管，目前已形成系列Cr系马氏体不锈钢钢管产品，通过加入Ti、Nb、V微合金元素，合理调整Ni、Mo等合金元素及N等气体元素，控制材料加热工艺，从而控制析出相的形貌与分布及马氏体不锈钢中δ铁素体析出；采用专利水淬工艺，通过控制冷却水的压力、流量并控制钢管淬火冷却时间等，打破了不锈钢不能水淬的行业规范，开发出13Cr、超级13Cr、超级15Cr、17-4、15-5等高温高压高酸性复杂井下环境使用的系列不锈钢钢管产品，产品最高使用温度达250℃以上，钢级达150ksi以上，低温冲击功达150J以上，壁厚达2.5in以上，形成规模化生产中厚壁高合金无缝钢管生产技术，获得批量订单。

大冶特钢打破了高淬透性合金钢、不锈钢严禁采用油淬火的行业定论，采用水淬火，获得了比油淬火调质更好的性能，为此六大油服公司按照大冶特钢的生产工艺和质量指标，修改了其采购标准。

大冶特钢突破了冶炼只能采用电炉冶炼的技术标准壁垒，以数据说话，转炉比电炉具有更高纯净度、更低残余和更优性能，改变了过去对转炉冶炼的偏见，壳牌公司因此更改其全球采购规范。

为推动绿色转型发展，大冶特钢成功采用无缝钢管生产工艺代替模锻工艺生产钻杆接头，可全规格覆盖，突破了超厚壁调质无缝钢管的最大生产极限，成为全国首家采用无缝钢管生产钻杆接头的企业。

大冶特钢开发的95ksi钢级41426耐H₂S和CO₂腐蚀用马氏体无缝钢管，满足了NACE MR0175耐腐蚀要求，打破了日本对该产品的垄断局面，替代进口并实现批量出口。

大冶特钢开发的125ksi钢级耐H₂S腐蚀用特种合金用无缝钢管，为此类钢种能生产的最高钢级，是目前国内唯一通过油服认证的产品。

潜心研发造就科技成果，创造专利价值。大冶特钢油气用管高合金类产品获得发明专利12项、实用新型专利3项；热处理技术获得发明专利12项、实用新型专利11项。

大冶特钢生产的13Cr、S13Cr等系列产品，在同等强度状态下较国外产品低温冲击韧性平均高约20-40J；4137H钻杆接头产品，与模锻生产工艺相比力学性能更均匀一致，截面硬度波动不超过25HBW；系列耐H₂S腐蚀产品，较国内外同类产品可生产范围更全，最大壁厚达2.5in，同时产品夹杂物更细小弥散。

通过成果转化，大冶特钢在油气田钻井和完井工具用管领域成为业内标杆，产品占据北美进口完井工具用管70%以上份额，钻井用管占据国内60%以上市场份额，实物质量达到国外同类产品先进水平，形成钻井和完井工具用无缝钢管批量生产能力；为我国油气钻采提供了优质材料，为复杂工况下油气钻采提供综合解决方案，替代进口并实现批量出口，实现高寿命、低成本、短流程的井下装备用钢国产化；成为国内唯一通过斯伦贝谢等六大国际油服公司认证的企业，实现20万吨/年的产能，树立了公司品牌，提高了产品在国内外市场的竞争力。