一、研究的背景与问题

随着全球能源结构调整，深海、超深层及含硫油气田（如中东、四川、新疆等地）的开发加速，同时?石油天然气作为不可再生能源，各大工业国正在加紧对深层地下能源的钻探和开采，对能在高硫化氢（H₂S）严苛环境中作业的钻具需求急剧上升。

我国目前超深井油气田有超千余座，并且含有较高的H₂S和CO₂，主要分布在四川盆地西缘的川西气田及新疆塔里木油气田，其中塔里木盆地超深井油气田占比超过80%，也是我国陆上最大的含油气盆地，也是全球唯一以超深层资源为主的含油气盆地，?钻探深度超过8000米，地质结构复杂。塔里木油田计划到2025年建成年产油气当量500万吨的超深大油田，进一步推动超深油气资源的开发利用?。

在高温高压及高含硫超深井复杂开采环境中，钻具易受硫化氢应力腐蚀和氢致开裂影响，导致频繁泄漏或断裂事故（如中东项目暴露的抗硫瓶颈）。塔里木盆地超8500米深井作业常态化后，传统钢制钻杆面临两大技术瓶颈：一是井深增加导致钻井设备自重剧增（如8500米钻柱重达300吨），引发悬重过大、扭矩效率下降；二是高温高压与腐蚀介质共同导致应力腐蚀开裂（SSC），含Cl^-地层水中钻具钢年均失效率达12%，单次事故损失超千万元。亟需通过材料技术提升装备的耐用性和操作安全?。

尽管高强钢可满足钻具高强度需求，但强度升高会加剧氢脆敏感性，而传统低合金抗硫材料仅能满足浅层地表油气田开发，服役过程中极易发生氢侵入引发脆断事故?。如何解决材料高强度、高韧性与高抗硫性能匹配，成为超深井技术发展的关键瓶颈。

“十三五”规划提出石化大国迈向石化强国的目标，经过“十三五”和“十四五”两个五年规划、10年的时间，石油钻具技术已经取得了长足的进步，“十五五”是由石化大国迈向石化强国目标的关键五年，研制高强韧抗硫化氢腐蚀（SSC）新材料符合我国国情需要，实为开发能源、充分利用油、气资源所亟待解决的课题。

二、解决问题的思路与技术方案

针对我国超深井高酸性油气田开发需求，传统低合金钢钻井和金属构件在这样的环境中使用，会发生H₂S应力腐蚀开裂，致使钻材和金属构件在远远低于屈服强度的情况下发生突然的脆断事故。南钢打破传统成分设计思路，采用Mo合金为主微量合金为辅的多元成分设计，开发出系列超深井用高强韧抗硫化氢石油钻具用钢，并实现示范应用。

基于中碳Cr-Mo合金钢中加入微合金元素成分设计体系，研制出了抗硫化氢腐蚀石油钻具用钢以及石油套管用钢，实现了API钢级全覆盖。

三、主要创新性成果

1.首次使用微合金复合强化、高强韧抗硫成分体系创新设计，通过合金化手段细化了抗硫钻具产品热处理后的微观组织。开发高纯净冶炼及均质化组织工艺集成控制技术，构建了高质量均质化生产控制技术体系，为后续产品热处理性能提供了成分及组织保证。

2.通过研究不同淬火及回火温度工艺对材料组织、性能的影响，建立了一套适合热处理工艺体系，解决了超深井高含硫复杂工况条件下抗硫钢高强度、低温韧性与抗硫化氢应力腐蚀匹配性难题，实现高强、高韧、高抗硫的三重正向协同，产品钢级达到125ksi，-20℃KV2≥140J，属国内首创，技术处于国际领先水平。

四、应用情况与效果

围绕项目申请专利13件，其中发明专利获得授权6件，实用新型专利获得授权3件。南钢2015年研制抗硫化氢钻杆及钻杆接头材料，产品替代进口材应用于国内酸性油气田开发；2016年研制高强韧钻杆接头，产品成功应用于亚洲第一深井、西南第一工程“川深1井”（设计井深8690米）；2021年研制抗硫化氢应力腐蚀钻杆接头用钢被江苏省工业和信息化厅评定为国际先进，工艺技术达到国际先进水平；2023年研制新一代120SS/125SS高强韧抗硫化氢应力腐蚀钻杆接头用钢，助力石油装备行业产品迭代升级，得到行业内一致好评。

高强韧抗硫化氢超深井石油钻具用钢的关键技术开发，破解了“高强度-高韧性-抗硫化氢”的性能矛盾，不仅直接提升高含硫油气田开采效率与安全性，更推动了高端装备国产化、能源结构优化及深地勘探能力跃升，是国家能源安全与科技自立自强的关键支柱?，对于保障国家能源安全、关键设备自主可控、推动产业升级及支撑深地勘探具有重大战略意义。

信息来源：南京钢铁股份有限公司