耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器涉及油田抽油工具。其目的是為了提供一種在交變載荷下涂層和基體的應(yīng)變差異較小的耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器，從而有效避免了涂層出現(xiàn)裂紋或從基體脫落。本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器的基體表面覆有涂層，所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：C：0.03?0.05，Cr：3.6?8，Mn：1.0?3.5，Ni：0.5?4.3，Mo：2.5?6.7，Cu：0.5?2.0，W：1.5?8.6，V：3.5?7.3，Nb：0.05?0.07，Ti：0.1?0.2，余量為Fe。
【專利說(shuō)明】
耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及油田抽油工具，尤其涉及連接器。
【背景技術(shù)】
[0002] 抽油機(jī)井一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外油田的主要采油方式，隨著當(dāng)前深井、超深井、稠油 井、腐蝕井和高含水井越來(lái)越多，油井內(nèi)的工作條件日益苛刻，原油中含有的腐蝕性介質(zhì)越 來(lái)越多，對(duì)油管管柱和抽油桿柱的腐蝕破壞越來(lái)越嚴(yán)重。作為連接油管的油管接箍和連接 抽油桿的抽油桿接箍經(jīng)常因腐蝕導(dǎo)致螺紋受損而失效，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致油管管串和抽油桿串?dāng)?脫而停井停產(chǎn)。
[0003] 同時(shí)，由于抽油桿接箍外徑比抽油桿大，在隨抽油桿柱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常接觸 到油管內(nèi)壁而發(fā)生摩擦磨損。抽油桿接箍受損后，會(huì)進(jìn)一步加速抽油桿接箍的腐蝕，磨損和 腐蝕協(xié)同作用，導(dǎo)致抽油桿接箍失效，造成停井事故。
[0004] 在這種情況下，如何提高井下抽油桿接箍和油管接箍的耐磨損抗腐蝕能力是當(dāng)務(wù) 之急。
[0005] 目前，包括電鍍、化學(xué)鍍、表面熱噴涂等技術(shù)在內(nèi)的表面工程技術(shù)應(yīng)用到抽油桿接 箍和油管接箍的表面加工中。這些技術(shù)，通過(guò)在工件表面加工上一層具有防腐耐磨效果的 保護(hù)層，一定程度上提高工件的耐磨防腐效果。如鐵嶺中油機(jī)械設(shè)備制造有限公司的專利 《鎢合金防腐抽油桿接箍》（專利號(hào)：200720184940.6)等文獻(xiàn)，都是采用在抽油桿接箍表面 進(jìn)行滲鍍處理，形成鍍層，起到一定的防腐耐磨的效果。但是不論是電鍍、化學(xué)鍍還是滲鍍， 這些表面加工技術(shù)形成的鍍層和基體的結(jié)合力始終不高，在長(zhǎng)時(shí)間作用下，容易出現(xiàn)鍍層 片狀脫落的現(xiàn)象。另外，如安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司的專利《雙向保護(hù)抽油桿接箍》(專 利號(hào)：200510083018.3)和鐵嶺米勒石油新材料公司的專利《一種抽油桿噴焊接箍》（專利 號(hào):20091020975.1)等文獻(xiàn)，都是采用在抽油桿接箍表面熱噴涂一層合金粉末，形成防腐耐 磨合金涂層的手段解決問(wèn)題。通過(guò)熱噴涂技術(shù)形成的涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度要好于鍍層。 但是由于這些熱噴涂合金涂層都是以鎳基合金粉末為主要成分，其材料配比與基體鋼材差 異較大，這就存在著在工件在井下處于交變載荷條件下，涂層和基體的應(yīng)變差異較大，在長(zhǎng) 時(shí)間使用后，容易出現(xiàn)涂層就會(huì)出現(xiàn)裂紋或者和基體脫落的現(xiàn)象，導(dǎo)致耐磨防腐效果失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種涂層與基體結(jié)合力強(qiáng)，能夠有效避免涂層出 現(xiàn)裂紋或從基體脫落情況發(fā)生的耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器。
[0007] 本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器的基體表面覆有涂層， 所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：C:0.03-0.05，Cr :3.6-8，Mn: 1.0-3.5，Ni :0.5-4.3，Mo: 2.5-6.7,〇1:0.5-2.0，￥:1.5-8.6，￥ :3.5-7.3，他：0.05-0.07，11:0.1-0.2，余量為卩6。
[0008] 本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層厚度為0.15-0.6mm。
[0009] 本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：C: 0.04,0:6.5，]?11:2.5，附：2.7，]\1〇:6.7,〇1 :2.0，￥:8.6，￥:7.3，他：0.05，11 :0.1，余量為卩6。
[0010] 本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，其中所述涂層是通過(guò)熱噴涂技術(shù)覆于抽油桿 連接器基體表面的。
[0011] 本發(fā)明一種油管連接器，于油管連接器的基體表面覆有涂層，所述涂層成分按質(zhì) 量百分比計(jì)為：(：：0.03-〇.05,0 :3.6-8，]?11:1.〇-3.5，附：0.5-4.3，]\1〇:2.5-6.7,〇1 :0.5-2.0，W:1.5-8.6，V:3.5-7.3，Nb:0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。
[0012] 本發(fā)明一種油管連接器，其中所述涂層厚度為0.15-0.6mm。
[0013] 本發(fā)明一種油管連接器，其中所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為:C:0.03，Cr:3.6， 皿11:1.0，附：0.5，]\1〇:4.5,〇1:1.0，￥ :4.7，￥:5.6，他：0.07，11:0.2，余量為卩6。
[0014] 本發(fā)明一種油管連接器，其中所述涂層是通過(guò)熱噴涂技術(shù)覆于抽油桿連接器基體 表面的。
[0015] 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得知，本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器在涂層與基 體的結(jié)合力上得到大幅提升，從而有效避免了涂層出現(xiàn)裂紋或從基體脫落。同時(shí)本發(fā)明一 種耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器在耐高礦化度井液腐蝕性能上，在耐硫化氫腐蝕性 能上，以及在耐磨性上相較于現(xiàn)有技術(shù)均有大幅提升，有效延長(zhǎng)了抽油桿連接器、油管連接 器的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明一種耐磨防腐抽油桿連接器，于所述抽油桿連接器基體的表面通過(guò)熱噴涂 技術(shù)覆有厚度為〇 . 15-0.6mm的涂層，所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為:C: 0.03-0.05，Cr: 3·6-8，Mn:1·0-3·5，Ni:0·5-4·3，Mo:2·5-6·7，Cu:0·5-2·0，W:1·5-8·6，V:3·5-7·3，Nb: 0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。
[0017] 本發(fā)明一種油管連接器，于油管連接器的基體表面通過(guò)熱噴涂技術(shù)覆有厚度為 0.15-0.6mm的涂層，所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為 ：(：:0.03-0.05，(^:3.6-8，111:1.0-3.5,Ni：0.5-4.3,Mo：2.5-6.7,Cu：0.5-2.0,ff：1.5-8.6,V：3.5-7.3,Nb：0.05-0.07,Ti：0.1-0.2，余量為卩〇。
[0018] 本發(fā)明鋼材中的C基本控制在0.03-0.05%，在一般冷卻速度下只有少量Cr23C 6的 碳化物生成，在晶界不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的碳化物，從而具有較強(qiáng)的抗晶界腐蝕能力。
[00?9 ] Cr兀素能提尚C在鋼中的固溶度，Cr含量尚能提尚抗晶界腐蝕能力。
[0020] 0、]?〇、3;[、附都是抗點(diǎn)蝕的有利元素。但是附元素含量過(guò)高，會(huì)降低(：在鋼中的固 溶度，從而降低抗晶界腐蝕能力。
[0021] Ti或Nb是強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中主要功能都是細(xì)化晶粒和形成鈦或鈮的碳化 物和氮化物，減少或避免有害的Cr23C6型碳化物析出，從而提高鋼的強(qiáng)度和耐蝕性。
[0022] V起到細(xì)化晶粒的作用，降低過(guò)熱敏感性，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性，從而延長(zhǎng)了 工具的使用壽命。
[0023] 性能驗(yàn)證
[0024]為了驗(yàn)證本發(fā)明耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器的具體效果，首先制取了三 種涂層粉末，其中各涂層粉末的配比見下表。
[0025]
[0026] 然后通過(guò)熱噴涂技術(shù)將三種粉末分別覆于抽油桿連接器基體表面和油管連接器 基體表面，從而制取了本發(fā)明耐磨防腐抽油桿連接器和油管連接器。
[0027] 接下來(lái)對(duì)制取的抽油桿連接器和油管連接器進(jìn)行性能驗(yàn)證，需要說(shuō)明的是，對(duì)連 接器的驗(yàn)證實(shí)質(zhì)上是驗(yàn)證涂層對(duì)基體性能的影響程度，而本發(fā)明中的抽油桿連接器和油管 連接器的基體和涂層材質(zhì)一致，因此如下驗(yàn)證僅選取抽油桿連接器進(jìn)行了驗(yàn)證，但實(shí)驗(yàn)結(jié) 果同樣能夠反映油管連接器的性能。具體試驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為：
[0028]耐高礦化度井液腐蝕試驗(yàn)
[0029] 在實(shí)驗(yàn)室中，利用5L高溫高壓FCZ磁力驅(qū)動(dòng)哈氏合金C-276反應(yīng)釜進(jìn)行高礦化度井 液耐腐蝕性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度90°C，實(shí)驗(yàn)時(shí)間240小時(shí);其中，井液采自勝利油田某高礦化度油 井，具體成分如下表：
[0030]
[0031] 為了與現(xiàn)有技術(shù)形成對(duì)照，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程還選用20CrMo鋼做了對(duì)比試驗(yàn)。測(cè)量實(shí)驗(yàn) 前后各試樣重量變化情況如下表所示：
[0032]
[0033] 由上表可以看出，在油田高礦化度腐蝕井液中，本發(fā)明比常規(guī)鋼材腐蝕失重減小 了約80%，由此可以推導(dǎo)出本發(fā)明具有較強(qiáng)的耐高礦化度井液腐蝕性能。
[0034]耐硫化氫腐蝕性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
[0035] 在實(shí)驗(yàn)室中，利用5L高溫高壓FCZ磁力驅(qū)動(dòng)哈氏合金C-276反應(yīng)釜進(jìn)行硫化氫介質(zhì) 耐腐蝕性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度130°C，H2S分壓3Mpa，C〇2分壓2Mpa，15 %HC1溶液，浸沒時(shí)間240小 時(shí)。為了與現(xiàn)有技術(shù)形成對(duì)照，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程還選用20CrMo鋼做了對(duì)比試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)后，去除 表面腐蝕產(chǎn)物后進(jìn)行稱重結(jié)果如下表所示：
[0036]
[0037] 由上表可以看出，在硫化氫腐蝕條件下，本發(fā)明比常規(guī)鋼材腐蝕失重減小了約 65%，由此可以推導(dǎo)出本發(fā)明具有較強(qiáng)的耐硫化氫腐蝕性能。
[0038]涂層結(jié)合力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
[0039] 采用GB-TS2000電腦伺服控制涂層材料專用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行Ni6〇鎳基合金涂 層和本發(fā)明涂層結(jié)合強(qiáng)度的對(duì)比檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。
[0040] 將制得的帶有涂層的試樣(基體統(tǒng)一為45號(hào)鋼)用專用夾具固定在試驗(yàn)機(jī)中，設(shè)定 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的位移速度lmm/min，加載速度0.807N/min，進(jìn)行均勾持續(xù)加載，至試樣破壞，記錄 下破壞時(shí)的施加載荷。得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：
[0041]
[0042] 由上表可知，本發(fā)明的涂層與常規(guī)鎳基合金粉末涂層相比，結(jié)合強(qiáng)度提高了約 30% 〇
[0043]摩擦磨損實(shí)驗(yàn)
[0044] 磨損試驗(yàn)在MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，塊試樣采用N80油管鋼，環(huán)試樣為45 鋼基體表面噴焊0.25~1.00mm厚的涂層，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：
[0045]
[0046] 由上表可知，本發(fā)明比常規(guī)材料的耐磨性提高了約3倍。
[0047] 綜上所述，本發(fā)明耐磨防腐抽油桿連接器、油管連接器無(wú)論是在耐高礦化度井液 腐蝕性能上，還是在耐硫化氫腐蝕性能上，還是在涂層結(jié)合力上，以及在耐磨性上相較于現(xiàn) 有技術(shù)均有大幅提升。
[0048] 以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種耐磨防腐抽油桿連接器，于抽油桿連接器的基體表面覆有涂層，其特征在于:所 述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì)為 :(：:0.03-〇.05,0:3.6-8，]?11:1.〇-3.5，附 :0.5-4.3，]\1〇:2.5-6.7,〇1:0.5-2.0，￥:1.5-8.6，￥ :3.5-7.3，他：0.05-0.07，11:0.1-0.2，余量為卩6。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于：所述涂層厚度為 O·15-0·6mm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于:所述涂層成分按質(zhì) 量百分比計(jì)為：C:0.04，Cr :6.5，Mn:2.5，Ni:2.7，Mo:6.7，Cu :2.0，W:8.6，V:7.3，Nb:0.05， Ti:0.1，余量為 Fe。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨防腐抽油桿連接器，其特征在于:所述涂層是通過(guò)熱 噴涂技術(shù)覆于抽油桿連接器基體表面的。5. -種油管連接器，于油管連接器的基體表面覆有涂層，其特征在于:所述涂層成分按 質(zhì)量百分比計(jì)為：(： :0.03-〇.05,0:3.6-8，]\111:1.〇-3.5，附：0.5-4.3，]\1〇 :2.5-6.7，(：11:0.5-2.0，W:1.5-8.6，V:3.5-7.3，Nb:0.05-0.07，Ti :0.1-0.2,余量為Fe。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層厚度為0.15-0.6mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層成分按質(zhì)量百分比計(jì) 為：(：：0.03,0 :3.6，]?11:1.0，附：0.5，]\1〇:4.5,〇1 :1.0，￥:4.7，￥:5.6，他：0.07，11 :0.2，余量 為Fe。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種油管連接器，其特征在于:所述涂層是通過(guò)熱噴涂技術(shù)覆 于抽油桿連接器基體表面的。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK105886993SQ201610312742
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】趙磊, 焦光輝, 任利斌, 焦金生, 薛濤, 高文明, 趙治理, 葛效珍, 吳振寧
【申請(qǐng)人】東營(yíng)咸亨工貿(mào)有限公司