一種全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，所述油管的內(nèi)表面和外表面噴熔有自熔性合金涂層；且所述油管的兩端面噴熔有自熔性合金涂層或堆焊有鎳基合金。該雙金屬?gòu)?fù)合油管具有強(qiáng)的耐磨和耐腐蝕性能，其抗硫化氫、二氧化碳及氯離子的腐蝕能力為普通碳鋼管的27～30倍以上；且涂層本身硬度高，能起到抗磨的效果，常溫下，對(duì)一般沙粒磨耗的抗磨性能為一般碳鋼管的11～13倍，為不銹鋼材質(zhì)的8～10倍。能在含硫化氫、二氧化碳、氯離子等多種腐蝕介質(zhì)及高溫、高壓機(jī)高磨耗環(huán)境下長(zhǎng)期使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于油氣田鉆采及運(yùn)輸裝備領(lǐng)域，尤其涉及管內(nèi)表面均勻涂覆抗磨耐腐蝕自熔性合金保護(hù)層的雙金屬?gòu)?fù)合油田杠管。
【背景技術(shù)】
[0003]目前各油田采用很多防偏磨腐蝕的措施，如采用接箍扶正器、旋轉(zhuǎn)器，投放緩蝕劑等，這些場(chǎng)館防偏磨工藝措施存在其優(yōu)點(diǎn)，但也存在著安裝復(fù)雜、耗費(fèi)工時(shí)，增加提升抽油桿的能耗，還增加了卡泵幾率等缺點(diǎn)。隨著井下開(kāi)采工況逐漸惡劣，其不足之處越來(lái)越明顯，防偏磨腐蝕的效 果也越來(lái)越弱，沒(méi)有從根本上解決磨損問(wèn)題。采用雙金屬管的設(shè)計(jì)概念，已成為國(guó)內(nèi)外研發(fā)的中電，但目前還沒(méi)有成熟可行的實(shí)施方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，具有更佳的耐磨性能和耐腐蝕性能。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，所述油管的內(nèi)表面和外表面噴熔有自熔性合金涂層；且所述油管的兩端面噴熔有自熔性合金涂層或堆焊有鎳基合金。
[0006]作為優(yōu)選，所述自熔性合金涂層為含有B、Si元素的鎳基、鐵基或鈷基自熔性合金。
[0007]作為優(yōu)選,所述自熔性合金層的厚度為0.05~2mm。
[0008]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)本方法制備獲得的雙金屬?gòu)?fù)合油管用內(nèi)襯層來(lái)防腐蝕，用基管來(lái)保證強(qiáng)度，將耐蝕合金良好的抗腐蝕性能與碳鋼優(yōu)良的機(jī)械性能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，達(dá)到與內(nèi)襯層耐蝕合金管材相當(dāng)?shù)哪臀g性能，提高了管道安全級(jí)別，延長(zhǎng)了管道壽命。由于減少了耐蝕合金管材用量，油氣開(kāi)采集輸成本顯著降低。同時(shí)在油管端面制備耐磨涂層，有效防止了端面被腐蝕從而降低耐磨性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明所述耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的截面圖。
[0010]其中，鋼管1、自熔性合金涂層2。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明所述的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，包括鋼管管體、管外表面涂層及管內(nèi)表面涂層，且管外表面涂層和管內(nèi)表面涂層通過(guò)噴熔自熔性合金可以得到0.05?2mm的耐磨耐腐蝕涂層；同時(shí)油管兩端面通過(guò)噴熔自熔性合金涂層或直接采用堆焊鎳基合金。其中管內(nèi)表面和外表面涂層采用鎳基自熔性合金粉末，其抗硫化氫、二氧化碳及氯離子的腐蝕能力為普通碳鋼管的27?30倍以上。且涂層本身硬度高，能起到抗磨的效果，常溫下，對(duì)一般沙粒磨耗的抗磨性能為一般碳鋼管的11?13被，為不銹鋼材質(zhì)的8?10倍。下面主要說(shuō)明該雙金屬?gòu)?fù)合油管的制備方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0013]鋼管的內(nèi)徑范圍為20?200mm，鋼管表面厚度范圍為3?20mm，管長(zhǎng)為200?1200mm。首先將鋼管經(jīng)過(guò)表面除油和噴砂前處理，使其表面的粗糙度控制在150?350 μ m范圍內(nèi)，從而可以使得后續(xù)工藝得到的合金涂層與鋼管基材之間的結(jié)合力最好。然后將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋼管固定在回轉(zhuǎn)機(jī)臺(tái)上進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，線速度控制在800?2200mm/s之間，接著對(duì)鋼管預(yù)熱至80?100°C。另外將鎳基自熔性合金粉末與粘接劑按照一定比例混合后成為漿料。接著通過(guò)帶霧化噴嘴的延伸管深入管內(nèi)將所述漿料噴覆在鋼管表面形成預(yù)覆層。該預(yù)覆層還可以通過(guò)以下2種方式獲得:1、以帶有霧化噴嘴的延伸管升入管內(nèi)，在管內(nèi)表面均勻噴淋液體粘接劑，然后再進(jìn)行鎳基自熔性合金粉末的噴涂形成預(yù)覆層；2、鋼管外表面可以通過(guò)等離子體或火焰噴槍將自熔性合金粉末堆覆形成預(yù)覆層。
[0014]在鋼管內(nèi)外表面制備好了預(yù)覆層后，將兩端管口封閉，對(duì)管內(nèi)抽真空并填入保護(hù)性氣體，如氦氣或氮?dú)狻＠^續(xù)保持鋼管旋轉(zhuǎn)，利用燃?xì)饣鹧妗⒏邷貭t或中頻感應(yīng)機(jī)對(duì)鋼管的預(yù)覆層進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度控制在1000?1100°C，冷卻后，鋼管表面即形成冶金結(jié)合保護(hù)性合金涂層。
[0015]下面對(duì)上述的自熔合金粉末的成分進(jìn)行說(shuō)明:自熔合金為常用的一類(lèi)合金噴涂材料，是含有一定量的B , S i兀素的鎮(zhèn)基、鐵基、和鉆基合金，為了提聞涂層性能，除了 B ,S i還含有C r、Cu等元素。B，S i加入使涂層形成后能夠重新加熱至1000°C以上的高溫時(shí)達(dá)到熔融狀態(tài)，與基體產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合的同時(shí)，消除涂層內(nèi)的氣孔，而充分發(fā)揮噴涂材料所具備的優(yōu)越性能。B，S i元素的作用包括:1、作為強(qiáng)還原劑，保護(hù)鎳、鐵、沽等元素避免氧化；同時(shí)，還原這些元素的氧化物，形成的硼硅酸鹽熔點(diǎn)低、密度小、粘度小，易于浮在涂層表面，防止涂層氧化。2、降低熔點(diǎn)，增加液固溫度區(qū)間，提高液態(tài)金屬的流動(dòng)性。3、降低表面張力，減少潤(rùn)濕角，增加潤(rùn)濕性能。此外，B、S i還具有強(qiáng)化作用，B通過(guò)與N i，C r形成化臺(tái)物實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化，而S i通過(guò)固溶達(dá)到強(qiáng)化。這類(lèi)自熔合金，通過(guò)涂層的重熔可以有效地消除氣孔，可與基體形成牢固地冶金結(jié)合，成為應(yīng)用廣泛的涂層材料。涂層的重熔可以使用火焰加熱，或用高頻感應(yīng)加熱，或在真空爐中加熱來(lái)進(jìn)行。
[0016]上述自熔合金粉末制成的保護(hù)性合金涂層具有以下特性:1、耐腐蝕性:鎳基合金接箍經(jīng)過(guò)表面工藝的處理，使表面涂敷一層功能層，大量的合金元素使得涂層的耐腐蝕性數(shù)十倍的提高，在室溫濃鹽酸中，其腐蝕速率僅為0.04mg/cm2h顯示出良好的抗蝕性能，尤其適用于重腐蝕、偏磨的井況。2、耐磨性能:鎳基合金抽油桿接箍，采用的是鎳鉻硼硅系列合金，可以根據(jù)用戶(hù)需要生產(chǎn)硬度范圍為HRC35-65，而普通抽油桿接箍的硬度一般為HRc22-28，加上鎳基合金抽油桿接箍的外表面采用磨削的加工方式，使得鎳基合金抽油桿接箍的耐磨性數(shù)十倍于普通抽油桿接箍。根據(jù)有關(guān)單位的測(cè)試，在與N80油管的對(duì)磨試驗(yàn)中，無(wú)砂狀況下鎳基合金抽油桿接箍的磨損量?jī)H為普通抽油桿接箍的1/4 ;含砂狀況下鎳基合金抽油桿接箍的磨損量?jī)H為普通抽油桿接箍的1/3，若加上腐蝕的參與，鎳基合金抽油桿接箍的磨損量?jī)H為普通抽油桿接箍的1/30。 3、減磨性能:由于金屬鎳具有較好的自潤(rùn)滑性能，在一些摩擦的工作場(chǎng)合，鎳鍍層、鎳涂層甚至可以不使用潤(rùn)滑介質(zhì)。鎳基合金抽油桿接箍的涂層中含有70%的鎳元素，其自潤(rùn)滑性能較高，加上高的表面光潔度因而具有良好的減磨性能。根據(jù)有關(guān)單位的測(cè)試，在與N80油管的對(duì)磨試驗(yàn)中，無(wú)砂狀況下鎳基合金抽油桿接箍對(duì)油管磨損油管的磨損量?jī)H為普通抽油桿接箍的1/2 ;含砂狀況下鎳基合金抽油桿接箍對(duì)油管磨損油管的磨損量?jī)H為普通抽油桿接箍的2/3，若加上腐蝕的參與，鎳基合金抽油桿接箍對(duì)油管磨損油管磨的損量?jī)H為普通抽油桿接箍的1/3。4、降低了抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷:由于合金本身具有低磨擦系數(shù)，產(chǎn)生減磨效應(yīng)，減小了抽油桿上下行程中的摩擦阻力，從而降低了抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用檢測(cè)，在一些井況中，采用鎳基合金抽油桿接箍，抽油機(jī)載荷可降低10-30%。5、涂層結(jié)合強(qiáng)度高:經(jīng)過(guò)表面工程工藝的處理，涂層與鋼質(zhì)基管的結(jié)合強(qiáng)度高達(dá)350Mpa，數(shù)倍于其它涂層的結(jié)合強(qiáng)度。
[0017]上述制備的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管表面涂層與鋼管基材形成冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度大于30MPa。
[0018]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，其特征在于:所述油管的內(nèi)表面和外表面噴熔有自熔性合金涂層；且所述油管的兩端面噴熔有自熔性合金涂層或堆焊有鎳基I=1-Wl O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，其特征在于:所述自熔性合金涂層為含有B、Si元素的鎳基、鐵基或鈷基自熔性合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述全涂層覆蓋的耐磨耐腐蝕雙金屬?gòu)?fù)合油管，其特征在于:所述自熔性合金層的厚度為0.05?2mm。
【文檔編號(hào)】B32B15/01GK103967425SQ201310032351
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】王家瓚 申請(qǐng)人:揚(yáng)州安泰威合金硬面科技有限公司