割縫篩管的縫表面材料改性方法
2023-05-27 00:01:26
專利名稱：割縫篩管的縫表面材料改性方法
技術領域：
本發明屬於機械加工領域，涉及一種割縫篩管的縫表面材料改性方法。
背景技術：
割縫篩管是目前國內外油田最為常用的一種油井井下防砂工具，它具有結構簡單、成本低廉、流阻小、強度高等優點，在直井、分支井、水平井、側鑽井等油井的防砂中獲得了廣泛的應用。割縫篩管工作在油井井下，其上的割縫用於擋砂和提供原油流入井的通道， 縫的表面質量直接決定著割縫篩管的使用壽命和油井的開採效率。割縫篩管的縫在石油開採過程中時刻經受著原油中鹽水的腐蝕和原油攜帶的微細砂粒的磨蝕等損害，腐蝕和磨蝕是導致篩管縫失效的最主要因素，如何有效地提高割縫篩管的縫表面的耐磨、耐蝕性是割縫篩管制造業的一個重要研究課題。為了提高割縫篩管的縫表面的耐磨、耐蝕性，人們通常採用篩管加工後整體滲碳、 滲氮等熱處理方法來處理割縫篩管，割縫篩管的縫窄且深，處理介質難於進入縫中，縫內溫度場的控制精度差，該種方法處理後的篩管通常管體很硬，而縫表面的硬度則較低且不均勻，該種方法還需要龐大的熱處理設備，處理時的耗電量大。目前，國內外尚未見在割縫篩管加工過程中實現縫表面材料改性方法的文獻報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種割縫篩管的縫表面材料改性方法。本發明的縫表面材料改性原理是加工時，工具電極和割縫篩管分別與可控等離子電源的正、負極相連，工具電極向割縫篩管作伺服進給運動，在工具電極與割縫篩管間產生高頻、高溫等離子束，高頻、高溫等離子束在切割篩管縫的同時熱裂分解割縫中的油包水乳化液，使油包水乳化液分解出碳元素，碳元素被等離子切割時產生的瞬時微觀熱爆炸力高速拋向縫加工處的熔融表面，碳元素滲入縫表面形成滲碳作用，由高頻、高溫等離子束產生的瞬時高溫作用與油包水乳化液的快速冷卻作用實現對縫表面的淬火處理，由滲碳與淬火作用實現對縫表面材料的改性。本發明的優點如下1.利用篩管縫等離子切割過程中在工具電極與篩管縫間產生的高頻高、溫等離子束和油包水乳化液產生的滲碳與淬火作用進行縫表面材料改性，其處理工藝簡單、成本低， 可避免通常的篩管整體熱處理法存在的設備龐大、能耗大等問題。2.該種工藝技術只對篩管割縫的表面進行材料改性，在提高篩管割縫表面的耐磨、耐蝕性的同時，又不破壞割縫篩管管體原有的優良機械性能，可避免通常的篩管整體熱處理法縫表面處理效果差、破壞管體原有機械性能等問題。3.加工處理後的篩管割縫表面與篩管的基體相比耐磨性提高3-4倍，耐蝕性提高 1-2倍，可有效地提高割縫篩管的使用壽命。
圖1為篩管割縫表面材料改性過程的原理示意圖，圖1中的篩管和導向衝液頭為圖2中A-A位置的剖面圖。圖2為篩管割縫表面材料改性方法加工的篩管外形結構示意圖，也是圖1中篩管部分的俯視圖。
具體實施例方式參見圖1。本發明的篩管割縫表面材料改性方法的加工原理示意圖中，1是可控等離子電源，主要用於提供等離子加工與表面材料改性所需要的高頻脈衝電能；2是片狀工具電極，其材料為紫銅，與可控等離子電源的正極相連，它在自動進給驅動系統的控制下向割縫篩管做伺服進給運動，控制系統根據加工狀態的變化自動調整工具電極與割縫篩管間的間隙，使等離子加工與縫表面材料改性過程穩定持續地進行；3是工作液，為油包水乳化液，它主要用於壓縮等離子束、分解出滲碳所需要的碳元素、從加工間隙中攜帶出加工產物、冷卻割縫篩管和工具電極等，在工具電極與割縫篩管間產生的高頻、高溫等離子束切割篩管縫的同時熱裂分解縫中的油包水乳化液，使油包水乳化液分解出碳元素，碳元素被等離子切割時產生的瞬時微觀熱爆炸力高速拋向縫加工處的熔融表面，碳元素滲入縫表面形成滲碳作用，由高頻、高溫等離子束產生的瞬時高溫作用與油包水乳化液的快速冷卻作用實現對縫表面的淬火處理，由滲碳與淬火作用實現對縫表面材料的改性；4是導向衝液頭， 主要用於片狀工具電極導向及向加工間隙衝注油包水乳化液；5是割縫篩管，與可控等離子電源的負極相連，割縫篩管安裝在數控迴轉分度頭上，分度安裝在軸向移動工作檯上，由分度頭和移動工作檯帶動割縫篩管做徑向迴轉與軸向進給運動；6是工作液回收槽，主要用於接收加工後的工作液，並對工作液進行初步的過濾處理；7是工作液循環過濾系統，主要用於對回收工作液的過濾處理，向加工間隙泵入清潔的工作液。參見圖2。本發明的篩管割縫表面材料改性方法所加工的篩管軸向投影圖，圖中3 是工作液，4是導向衝液頭，5是割縫篩管，8是加工與表面材料改性後的縫。每加工與表面材料改性處理完一條縫後，割縫篩管按要求轉一個角度，加工處理下一條縫，當加工處理完一圈縫後，割縫篩管向前移動一個軸向距離，再按要求加工處理下一圈縫，如此往復地進行下去，便可以加工處理出整根割縫篩管。
權利要求
1.一種割縫篩管的縫表面材料改性方法，其特徵在於利用篩管縫等離子切割過程中在工具電極與篩管縫間產生的高頻高、溫等離子束的加熱，以及油包水乳化液的熱裂分解與冷卻作用實現對縫表面的滲碳、淬火，由滲碳與淬火作用實現對縫表面材料的改性。
2.如權利要求1所述的割縫篩管的縫表面材料改性方法，其特徵在於在工具電極與篩管縫間產生的高頻高、溫等離子束使油包水乳化液熱裂分解產生碳元素，碳元素被等離子切割時產生的瞬時微觀熱爆炸力高速拋向縫加工處的熔融表面，碳元素滲入縫表面形成滲碳作用。
3.如權利要求1所述的割縫篩管的縫表面材料改性方法，其特徵在於利用工具電極與篩管縫間產生的高頻高、溫等離子束產生的瞬時高溫作用與油包水乳化液的快速冷卻作用實現對縫表面的淬火處理。
全文摘要
本發明涉及一種割縫篩管的縫表面材料改性方法，屬於機械加工領域。該方法加工時，工具電極和割縫篩管分別與可控等離子電源的正、負極相連，在工具電極與割縫篩管間產生高頻、高溫等離子束，高頻、高溫等離子束在切割篩管縫的同時熱裂分解縫中的油包水乳化液，使油包水乳化液分解出碳元素，碳元素被等離子切割時產生的瞬時微觀熱爆炸力高速拋向縫加工處的熔融表面，碳元素滲入縫表面形成滲碳作用，由高頻、高溫等離子束產生的瞬時高溫作用與油包水乳化液的快速冷卻作用實現對縫表面的淬火處理，由滲碳與淬火作用實現對縫表面材料的改性。本發明加工處理後的篩管縫表面與篩管的基體相比，耐磨性提高3-4倍，耐蝕性提高1-2倍，且其設備簡單、成本低。
文檔編號C21D1/18GK102242363SQ20111015925
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者劉永紅, 李小朋, 李慶雲, 紀仁傑, 蔡寶平 申請人:中國石油大學(華東)