雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管的製作方法
2023-04-23 16:20:16 1
專利名稱：雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多元共滲複合處理的油井管，特別涉及一種雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管。
背景技術：
目前，我國油氣資源中，大部分油、氣井含有大量的Co2、H2S及Cl—離子，這些腐蝕性介質是造成油井管腐蝕的主要原因，加之油井管磨損與腐蝕的同時綜合作用，使普通油井管的使用周期降低，極大地增加了生產成本、降低了生產效率，另外在油井管的起、下井作業中，油井管螺紋的粘扣現象也是影響油井管使用壽命的重要原因之一。隨著石油、天然氣平均井深增加，斜井、偏磨井增多，並且繼續呈快速增長趨勢，井下溫度壓力提高，開採地質環境更加惡劣。大多數油田主要的防偏磨及耐腐蝕的措施包含:使用扶正器；塗覆耐磨、耐腐蝕塗層；內襯複合管；不鏽鋼油井管等方法。但這些措施都存有操作複雜、汙染環境、效果不明顯等缺點。
發明內容本實用新型的目的是為了解決現有石油行業中所用油井管耐磨性差、抗腐蝕性不好，致使增加生產成本和降低生產效率的問題而提供的一種雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管。本實用新型所述的雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管，其表面多元共滲複合層上具有雷射熔敷熱處理層，這種油井管是利用雷射表面熔覆和雷射相變硬化等雷射改性技術對相應鋼級經C、N、O、S多元共滲的油井管內表面進行雷射複合處理獲得相應的油井管表面組織，可以改善油井管表面的力學性能、冶金性能、物理性能，從而提高了油井管的耐磨、耐蝕、耐疲勞等一系列性能。本實用新型所述的雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管的生產工藝如下所述:第一步:螺紋結構的加工:按設計尺寸使用數控車床加工油井管螺紋；第二步:調質處理:使用輥底式加熱爐對油井管進行調質處理，淬火溫度920°C，水冷，回火溫度650°C ；第三步:拋光處理:使用拋光機將油井管內外表面氧化皮清理乾淨；第四步:預熱:將油井管放入空氣爐加熱，預熱溫度350 400°C，時間20 40min ；第五步:鹽浴氮化處理:採用臥式氮化電爐對油井管進行氮化處理，氮化溫度550 570°C，氮化時間為3小時，鹽浴氮化處理中的氮化鹽包括尿素、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鋰和硫化鉀，各成份按重量百分比計分別為:尿素45 50%，碳酸鉀18 28%，碳酸鈉15 20%，碳酸鋰8 12%，硫化鉀0.001 0.01% ；第六步:鹽浴氧化處理:採用臥式氧化電爐對油井管進行氧化處理，氧化溫度350 370°C，氧化時間為20分鐘，鹽浴氧化處理的氧化鹽包括:氫氧化鈉和硝酸鉀，各成份按重量百分比計分別為:氫氧化鈉:90-95%、硝酸鉀:5-10%;第七步:去鹽清洗:待油井管溫度冷卻到270 290°C時，放入清洗槽中清洗；第八步:拋光處理:使用拋光機將油井管內外表面汙物及氮化表面疏鬆層拋掉；第九步:第二次鹽浴氧化處理:採用臥式氧化電爐對油井管進行氧化處理，氧化溫度350 370°C，氧化時間為20分鐘；第十步:第二次去鹽清洗:待油井管溫度冷卻到270 290°C時，放入清洗槽中清洗；第^^一步:雷射淬火處理:使用DL-HL-T5000型CO2雷射器對油井管內表面進行淬火處理；第十二步:浸油處理:將油井管放入油槽中浸油處理，油溫20_40°C，時間10分鐘。經過上述生產工藝所製得的油井管大大提高了滲層深度和硬度，形成了具有螺旋狀的軟硬帶。硬帶支撐摩擦副，並具有很強的耐磨、耐腐蝕作用，軟帶只承受衝刷腐蝕，並對油井管整體韌性起保護作用。徹底解決困擾油井管使用壽命的偏磨，粘扣和腐蝕三大難題。雷射淬火熱處理的裝置是由CO2雷射器、功率計、光閘、導光系統、聚焦鏡、反射鏡和工作檯組成，其中CO2雷射器設置在前，工作檯設置在後，CO2雷射器和工作檯之間依次設有功率計、光閘、導光系統、聚焦 鏡和反射鏡。CO2雷射器的型號為DL-HL-T5000型，CO2雷射器最大連續輸出功率為2kw，常用輸出功率一般在Ikw左右就能滿足常規熱處理要求。雷射淬火熱處理裝置的工作原理:雷射淬火熱處理是利用高能雷射束(能量密度為IO3 105w/cm2)，對工件表面掃描，被掃描部分的材料表面急驟升溫到相變溫度，雷射束離開後，被加熱的部分又很快通過油井管外表面噴水冷卻裝置快速冷卻。其淬火部分是超細化馬氏體組織，硬度可提高2-3倍，淬硬層深度可達0.1 2.0mm,從而使工件的耐摩擦性能有較大的提高。將雷射輸出能量通過功率計、光閘、導光系統，再通過聚焦鏡將O30mm的雷射聚焦成細光經90°反射鏡將水平輸出的雷射變成垂直向下輸出，照射到油井管的內表面。通過油井管的旋轉和移動，就可得到經過熱處理的螺旋軌跡。本實用新型的有益效果:1、多元共滲的油井管經雷射淬火熱處理後，極大地提高了油井管的耐磨性和防腐蝕性，耐磨性是普通油管的6倍，抗粘扣性是普通油管的10倍以上；2、雷射淬火後的油井管使用壽命大大提高，綜合使用壽命是普通油管的6倍以上；3、雷射淬火工藝簡單,成本低,效益顯著。
圖1為本實用新型所述的特種油井管剖視示意圖。圖2為本實用新型所述雷射淬火熱處理裝置結構示意圖。1、雷射熔敷熱處理層 2、油井管 3、CO2雷射器 4、功率計5、光閘 6、導光系統 7、聚焦鏡 8、反射鏡 9、工作檯。
具體實施方式
請參閱圖1、圖2所示:本實用新型所述的雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管2，其表面多元共滲複合層上具有雷射熔敷熱處理層1，這種油井管2是利用雷射表面熔覆和雷射相變硬化等雷射改性技術對相應鋼級經C、N、O、S多元共滲的油井管2內表面進行雷射複合處理獲得相應的油井管2的表面組織，可以改善油井管2內表面的力學性能、冶金性能、物理性能，從而提高了油井管2的耐磨、耐蝕、耐疲勞等一系列性能。本實用新型所述的雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管的生產工藝如下所述:第一步:螺紋結構的加工:按設計尺寸使用數控車床加工油井管2螺紋；第二步:調質處理:使用輥底式加熱爐對油井管2進行調質處理，淬火溫度920°C，水冷，回火溫度650°C ；第三步:拋光處理:使用拋光機將油井管2內外表面氧化皮清理乾淨；第四步:預熱:將油井管2放入空氣爐加熱，預熱溫度350 400°C，時間20 40min ；第五步:鹽浴氮化處理:採用臥式氮化電爐對油井管2進行氮化處理，氮化溫度550 570°C，氮化時間為3小時，鹽浴氮化處理中的氮化鹽包括尿素、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鋰和硫化鉀，各成份按重量百分比計分別為:尿素45 50%，碳酸鉀18 28%，碳酸鈉15 20%，碳酸鋰8 1 2%，硫化鉀0.001 0.01% ；第六步:鹽浴氧化處理:採用臥式氧化電爐對油井管2進行氧化處理，氧化溫度350 370°C，氧化時間為20分鐘，鹽浴氧化處理的氧化鹽包括:氫氧化鈉和硝酸鉀，各成份按重量百分比計分別為:氫氧化鈉:90-95%、硝酸鉀:5-10%;第七步:去鹽清洗:待油井管2溫度冷卻到270 290°C時，放入清洗槽中清洗；第八步:拋光處理:使用拋光機將油井管2內外表面汙物及氮化表面疏鬆層拋掉；第九步:第二次鹽浴氧化處理:採用臥式氧化電爐對油井管2進行氧化處理，氧化溫度350 370°C，氧化時間為20分鐘；第十步:第二次去鹽清洗:待油井管2溫度冷卻到270 290°C時，放入清洗槽中清洗；第^^一步:雷射淬火處理:使用DL-HL-T5000型CO2雷射器3對油井管2內表面進行淬火處理；第十二步:浸油處理:將油井管2放入油槽中浸油處理，油溫20_40°C，時間10分鐘。經過上述生產工藝所製得的油井管2大大提高了滲層深度和硬度，形成了具有螺旋狀的軟硬帶。硬帶支撐摩擦副，並具有很強的耐磨、耐腐蝕作用，軟帶只承受衝刷腐蝕，並對油井管2整體韌性起保護作用。徹底解決困擾油井管2使用壽命的偏磨，粘扣和腐蝕三大難題。雷射淬火熱處理的裝置是由CO2雷射器3、功率計4、光閘5、導光系統6、聚焦鏡7、反射鏡8和工作檯9組成，其中CO2雷射器3設置在前，工作檯9設置在後，CO2雷射器3和工作檯9之間依次設有功率計4、光閘5、導光系統6、聚焦鏡7和反射鏡8。CO2雷射器3的型號為DL-HL-T5000型，CO2雷射器3最大連續輸出功率為2kw，常用輸出功率一般在Ikw左右就能滿足常規熱處理要求。雷射淬火熱處理裝置的工作原理:雷射淬火熱處理是利用高能雷射束(能量密度為IO3 105w/cm2)，對工件表面掃描，被掃描部分的材料表面急驟升溫到相變溫度，雷射束離開後，被加熱的部分又很快通過油井管外表面噴水冷卻裝置快速冷卻。其淬火部分是超細化馬氏體組織，硬度可提高2-3倍，淬硬層深度可達0.1 2.0mm,從而使工件的耐摩擦性能有較大的提高。將雷射輸出能量通過功率計4、光閘5、導光系統6，再通過聚焦鏡7將030mm的雷射聚焦成細光經90°反射鏡8將水平輸出的雷射變成垂直向下輸出，照射到油井管2的內表面。通過油井管2的旋轉和移動，就可得到經過熱處理的螺旋軌跡。
權利要求1.一種雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管，其特徵在於:其表面多元共滲複合層上具有雷射熔敷熱處理層。
專利摘要本實用新型公開了一種雷射熔敷多元共滲複合處理的油井管，油井管的表面多元共滲複合層上具有雷射熔敷熱處理層，生產工藝第一步螺紋結構的加工；第二步調質處理；第三步拋光處理；第四步預熱；第五步鹽浴氮化處理；第六步鹽浴氧化處理；第七步去鹽清洗；第八步拋光處理；第九步第二次鹽浴氧化處理；第十步第二次去鹽清洗；第十一步雷射淬火處理；第十二步浸油處理；雷射淬火熱處理的裝置是由CO2雷射器、功率計、光閘、導光系統、聚焦鏡、反射鏡和工作檯組成，有益效果油井管使用壽命大大提高，成本低，效益顯著。
文檔編號C23F17/00GK203065578SQ201320075199
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月18日 優先權日2013年2月18日
發明者呂學民 申請人:梅河口市弘業無縫鋼管有限公司