一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝的製作方法
2023-10-22 01:24:47 2
專利名稱：一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油設備製作領域，具體涉及一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝。
背景技術：
抽油機井一直以來都是國內外油田的主要採油方式，隨著當前深油井、稠油井和高含水井的不斷增多，抽油光杆的作用和性能就日漸重要。然而，抽油光杆的實際工作環境卻十分惡劣，不僅要承受日益加大的載荷，而且要在油井產出液和大氣等環境中被腐蝕。因此，目前的抽油光杆必須在承載能力和耐腐蝕性能兩方面不斷提高，以滿足不斷惡劣的服役環境。
當前，抽油光杆的改進有兩個趨勢一是提高普通光杆的耐腐蝕性能，如在普通鉻鉬等D級合金抽油光杆表面增加耐蝕性能良好的鎳基合金塗層，開發具有優異耐蝕性能的合金光杆；二是提高抽油光杆的承載能力，如通過採用表面感應淬火等工藝和材料型超高強度用鋼(FG20和BZ-11等)，分別形成工藝型和材料型超高強度抽油杆。但是，兩者都難以同時實現承載能力和耐蝕性能的提高，也難以滿足油田現場的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，通過該製備工藝可以製作出承載能力和防腐耐蝕性能都比較好的抽油光杆，可以很好地滿足油田日漸苛刻的服役環境。
為實現上述目的，本發明採取以下設計方案一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，其特徵是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光杆基材的表面油汙並吹乾；二、抽油光杆基材的表面進行砂帶打磨處理，使毛坯表面除鏽、粗化和活化，保證抽油光杆基材的表面清潔、無油汙；三、在抽油光杆基材的中部表面距離抽油光杆基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm範圍的鎳基合金塗層，鎳基合金塗層的化學成分按照質量百分含量分別為碳≤0.30％，矽2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，鉻5.0％～10.0％，鐵≤8.0％，餘量為鎳；四、對抽油光杆基材表面鎳基合金塗層進行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃-1050℃，即塗層出現鏡面現象，同時進行噴水冷卻，最後對鎳基合金塗層表面拋光使鎳基合金塗層厚度在0.10mm～0.20mm範圍內，粗糙度不超過Ra0.8μm。
本發明的優點是
1、本發明防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，從兼顧承載能力和耐蝕性能兩方面出發，以FG20鋼製作抽油光杆基材，在抽油光杆基材表面噴焊鎳基合金塗層。FG20鋼是國內最早應用的材料型超高強度用鋼，具有較好的綜合力學性能，且成本是當前材料型超高強度用鋼中最低；鎳基合金是一種防腐耐蝕性能極佳的材料，通過兩者的結合，保證了本發明的抽杆光杆同時具有優異的承載能力和防腐耐蝕性能。
2.加工工藝的優化選擇表面感應的表面/界面加熱的自身特點，保證了基體材質的綜合性能不被破壞。
具體實施例方式實施例一，一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，其特徵是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光杆基材的表面油汙並吹乾；二、採用100目砂帶對抽油光杆基材的表面進行砂帶打磨處理，使毛坯表面除鏽、粗化和活化，保證抽油光杆基材的表面清潔、無油汙；三、在抽油光杆基材的中部表面距離抽油光杆基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm範圍的鎳基合金塗層，鎳基合金塗層的化學成分按照質量百分含量分別為碳0.30％，矽4.0％，硼2.5％，鉻10％，鐵8％，餘量為鎳；操作時將抽油光杆基材穿過上海華儀感應加熱設備有限公司生產的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應加熱器的感應線圈，兩端通過帶有內螺紋的連接杆、卡盤固定在固定車床上；然後讓光杆以190轉/分鐘～210轉/分鐘的速度轉動著在中頻感應加熱器的加熱線圈內沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度移動，打開中頻感應加熱器，使抽油光杆基材表面自始端至終端依次被中頻感應加熱器的加熱線圈預熱一遍，預熱時，中頻感應加熱器的輸出功率保持在19KW～21KW，以除去抽油光杆基材表面的水分和提高抽油光杆基材表面的溫度，增加粉末粘接結合率；同時用上海瑞發噴塗機械有限公司生產的型號為QT-E20000-7/h的金屬粉末噴槍對距離光杆基材兩端各100mm～800mm處以內被加熱後從加熱線圈端部伸出來的光杆杆體立刻噴塗上鎳基合金粉末，直至噴塗到抽油光杆基材的末端，噴塗時噴塗用鎳基合金粉末是通過氣泵輸送到金屬粉末噴槍中的，並與氧氣和乙炔在金屬粉末噴槍中混合後從噴槍口送出，其中輸送到金屬粉末噴槍的氧氣流量為0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量為0.79m3/h～0.81m3/h，氣泵的氣體壓力為0.023MPa～0.025Mpa；抽油光杆基材終端噴完後，使抽油光杆基材以190轉/分鐘～210轉/分鐘的速度轉動著在中頻感應加熱器的加熱線圈內沿軸向以19mm/s～21mm/s的速度再次向相反方向移動，並用金屬粉末噴槍對抽油光杆基材再次噴塗，如果塗層厚度要求較高則噴第三遍，直至噴塗後得到的鎳基合金塗層厚度在0.30mm～0.40mm範圍；四、對抽油光杆基材表面鎳基合金塗層進行重熔熱處理，即完成噴塗後，採用上海華儀感應加熱設備有限公司生產的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應加熱器，對抽油光杆進行表面感應加熱，中頻感應加熱器的輸出功率保持在108KW～112KW，抽油光杆相對中頻感應加熱器的線圈作轉動和直線運動，抽油光杆的轉動速度為145轉/分鐘～155轉/分鐘，沿軸向的移動速度為13mm/s～15mm/s，使重熔溫度控制在950℃-1050℃，即塗層出現鏡面現象，使抽油光杆基材外表的鎳基合金粉末充分熔化流動，在重熔的同時，啟動冷卻水水泵，從加熱線圈伸出來的重熔後的抽油光杆在經過冷卻水圈時被冷卻水迅速降溫，使得光杆同時完成了表面塗層重熔和杆體熱處理兩個工藝，使得鎳基合金塗層與抽油光杆基材形成冶金結合，同時使得抽油光杆基材表面的組織和性能得到優化，最後，採用砂帶打磨機用200#砂帶對光杆表面打磨拋光，使其表面塗層厚度為0.10mm～0.20mm範圍，粗糙度不超過Ra0.8μm，即得到防腐超高強度抽油光杆。鎳基合金塗層太薄則起不到長時間的防腐耐蝕保護作用，而太厚則又會造成鎳基合金粉末用量增加和成本的升高。
FG20鋼的化學成分按照質量百分含量分別為碳0.12％～0.22％，矽0.50％～1.50％，錳1.90％～2.40％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，鉻0.5％～0.9％，鎳≤0.30％，釩0.05％～0.20％，銅≤0.20％，鉬0.15％～0.30％，鈦0.005％～0.03％，餘量為鐵；實施例二，一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，它與實施例一的方法的不同之處在於鎳基合金粉末的化學成分按照質量百分含量分別為矽2％，硼1.5％，鉻5％，餘量為鎳。
實施例三，一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，它與實施例一的方法的不同之處在於鎳基合金粉末的化學成分按照質量百分含量分別為碳0.20％，矽3.2％，硼2.1％，鉻8.6％，鐵2.7％，餘量為鎳。
在實驗室環境下採用WE(W)-1000型液壓萬能試驗機和MTS810.15型疲勞試驗機對以上三個實施例中製作的抽油光杆和普通FG20抽油光杆基材進行了拉伸和疲勞性能評價，其中疲勞性能試驗採用高應力(700MPa)加速實驗條件，具體如表1所示。
表1
可見，本發明中採用的重熔後不熱處理工藝製備的防腐超高強度抽油杆具有最佳的綜合力學性能，不僅使抗拉強度達到1300MPa，遠遠超過了石油天然氣行業標準中關於超高強度抽油杆1176MPa抗拉強度的規定，而且比重熔後再熱處理工藝的噴焊光杆都顯著提高，而且疲勞性能也比FG20抽油光杆基材及其它工藝噴焊抽油光杆提高了一倍以上，再加上其表面耐蝕性能優異的鎳基合金塗層，使本發明的抽油光杆可以很好地滿足油田高載荷和腐蝕的服役環境。
權利要求
1.一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，其特徵是，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光杆基材的表面油汙並吹乾；二、抽油光杆基材的表面進行砂帶打磨處理，使毛坯表面除鏽、粗化和活化，保證抽油光杆基材的表面清潔、無油汙；三、在抽油光杆基材的中部表面距離抽油光杆基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm範圍的鎳基合金塗層，鎳基合金塗層的化學成分按照質量百分含量分別為碳≤0.30％，矽2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，鉻5.0％～10.0％，鐵≤8.0％，餘量為鎳；四、對抽油光杆基材表面鎳基合金塗層進行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃-1050℃，即塗層出現鏡面現象，同時進行噴水冷卻，最後對鎳基合金塗層表面拋光使鎳基合金塗層厚度在0.10mm～0.20mm範圍內，粗糙度不超過Ra0.8μm。
全文摘要
本發明涉及一種防腐超高強度抽油光杆的製備工藝，它包括下列步驟一、清洗FG20鋼抽油光杆基材的表面油汙並吹乾；二、抽油光杆基材的表面進行砂帶打磨處理，使毛坯表面除鏽、粗化和活化；三、在抽油光杆基材的中部表面距離抽油光杆基材兩端各100mm～800mm處噴焊一層厚度在0.30mm～0.40mm範圍的鎳基合金塗層；四、對抽油光杆基材表面鎳基合金塗層進行重熔熱處理，重熔溫度控制在950℃－1050℃，同時進行噴水冷卻，最後對鎳基合金塗層表面拋光使鎳基合金塗層厚度在0.10mm～0.20mm範圍內。採用本發明中的製備工藝製得的防腐超高強度抽油杆具有最佳的綜合力學性能，兼顧承載能力和耐蝕性能兩方面。
文檔編號B23K5/18GK101070751SQ200710118048
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者黃錦濱, 田斌, 吳振寧, 軒翠霞, 魯德明 申請人:安東石油技術(集團)有限公司