CN102061891A

CN102061891A - 一种抽油光杆

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Publication number: CN102061891A
Application number: CN2009102380733A
Authority: CN
Inventors: 吴振宁; 高海军; 于海; 吴秀田; 杨云霞
Original assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Current assignee: Anton Oilfield Services Group Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明涉及一种抽油光杆。本发明的抽油光杆由一抽油光杆基体和喷焊于抽油光杆基体表面的镍基合金涂层构成，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。本发明的抽油光杆具有较佳的综合力学性能，兼顾高强度、高拉伸性及高抗疲劳性。通过在钢材表面喷焊镍基合金涂层，还提高了耐腐蚀性能，使制得的合金光杆可以很好地满足油田日渐苛刻的高载荷和腐蚀的服役环境。

Description

一种抽油光杆

技术领域

本发明涉及石油设备领域，特别是一种抽油光杆。

背景技术

抽油机井一直以来都是国内外油田的主要采油方式，随着当前深油井、稠油井和高含水井的不断增多，抽油光杆的作用和性能日渐重要。然而，抽油光杆的实际工作环境却十分恶劣，不仅要承受日益加大的载荷，而且要在油井产出液和大气等环境中被腐蚀。研究发现，90％的光杆断裂在光杆卡子下方，而光杆卡子下方的断裂100％属于疲劳断裂。因此，目前的抽油光杆必须在抗疲劳性和耐腐蚀性两方面不断提高，以满足不断恶劣的服役环境。

当前对抽油光杆的改进有两个方面：一是提高普通光杆的耐腐蚀性能，如在普通铬钼等D级合金抽油光杆表面增加耐蚀性能良好的镍基合金涂层，开发具有优异耐蚀性能的合金光杆。二是提高抽油光杆的承载能力，如通过采用工艺或材料型超高强度用钢，分别形成工艺型和材料型超高强度抽油杆。但是，高强度并不等于高抗疲劳性能，目前所用的钢材在抗疲劳性能方面均有不同程度的欠缺。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高抗疲劳性能和高耐腐蚀性的抽油光杆。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种抽油光杆，由一抽油光杆基体和喷焊于抽油光杆基体表面的镍基合金涂层构成，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。

所述抽油光杆基体的化学成分的较佳的重量百分含量为：碳0.12％，硅1.1％，锰0.8％，磷0.022％，硫0.023％，铬1.3％，镍0.25，钼0.4，余量为铁。

所述抽油光杆基体的化学成分的另一较佳的重量百分含量为：碳0.18％，硅0.8％，锰0.8％，磷0.018％，硫0.023％，铬2.0％，镍0.15，钼0.3，余量为铁。

所述抽油光杆基体的化学成分的再一较佳的重量百分含量为：碳0.18％，硅0.8％，锰0.8％，磷0.018％，硫0.023％，铬2.0％，镍0.15，钼0.3，余量为铁。

所述镍基合金涂层位于抽油光杆的中部，镍基合金涂层的两端距抽油光杆两端的距离分别为100mm～800mm。

所述镍基合金涂层的厚度为0.10mm～0.25mm。

所述镍基合金涂层的化学成分及重量百分含量分别为：碳≤0.30％，硅2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，铬5.0％～10.0％，铁≤8.0％，余量为镍。

所述抽油光杆的制备方法，步骤为：

(1)按照抽油光杆基体的配方将原料在转炉中冶炼，将钢液浇注成钢锭，轧制成圆钢，剪成9m定尺，空冷至室温，得到合金棒材；

(2)将合金钢棒材冷拔到抽油光杆标准长度9.14m，校直，将杆体一端进行镦粗，然后两端车螺纹，得到抽油光杆毛坯；

(3)对抽油光杆毛坯的表面进行砂带打磨处理，使毛坯表面除锈、粗化和活化，然后使用氧乙炔火焰喷涂的方法在抽油光杆基体的中部表面距离抽油光杆基体两端各100mm～800mm处喷焊一层厚度在0.30mm～0.50mm的镍基合金涂层，喷涂后使用中频感应加热进行重熔使涂层与基体形成冶金结合；

(4)对抽油光杆表面喷涂的镍基合金涂层进行重熔热处理，最后对镍基合金涂层表面抛光，使镍基合金涂层厚度在0.10mm～0.25mm范围内。

一种抽油光杆用钢，化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。

本发明的优点是：

本发明抽油光杆所用的钢材具有很好的综合力学性能，高抗疲劳性，且成本低于目前大规模应用的抽油杆用钢20CrMo，因此选用其制作本发明抽油光杆的基体，保证了本发明抽油光杆的抗疲劳性和较低的成本。而镍基合金是一种防腐耐蚀性能极佳的材料，在抽油光杆基体表面喷焊镍基合金涂层，使得抽油光杆的耐腐蚀性能得到显著提高。兼顾了抗疲劳性和耐蚀性能两方面，可以很好的满足油田日益恶劣的环境要求。

附图说明

图1为本发明抽油光杆的剖面结构示意图

具体实施方式

如图1所示结构的抽油光杆，它由一抽油光杆基体1和喷焊于抽油光杆基体表面的镍基合金涂层5两部分构成，抽油光杆基体1是一柔性长杆，其两端有可与抽油杆接箍连接的外螺纹2、3，在抽油光杆基体1的一端临近外螺纹处有镦粗部4；镍基合金涂层5位于抽油光杆的中部，镍基合金涂层5的两端距抽油光杆两端的距离各为100mm～800mm，镍基合金涂层5的厚度为0.10mm～0.25mm，镍基合金涂层5的化学成分及重量百分含量分别为：碳≤0.30％，硅2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，铬5.0％～10.0％，铁≤8.0％，余量为镍。

抽油光杆基体1的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。

本发明对于抽油光杆所用钢材的各元素及其百分比进行了改进，使得抽油光杆具有更好的力学性能，并兼顾成本，其原理概述如下：

碳：本发明中的AOC合金抗疲劳抽油光杆用钢金相组织主要是贝氏体、铁素体和少量的残余奥氏体，组织中没有碳化物相得存在，从而避免碳化物对贝氏体钢力学性能的恶性作用，从而改善贝氏体刚的力学性能，因此碳的含量不宜过高，本发明中碳含量控制在0.12％～0.20％的范围内。

锰：锰元素主要通过固溶强化作用，增加贝氏体、铁素体基体的固溶碳含量来提高基体强度；此外锰还能够有效推迟高温转变。本发明中锰含量控制在0.50％～1.10％范围内。

硅：硅元素可以强烈阻碍碳化物的形成，使钢在贝氏体相变过程中不析出(或者极少析出)碳化物。此外，硅也是提高屈服强度的主要元素。但是过量的硅加入又会降低基体塑性。本发明中硅的含量控制在0.50％～1.60％范围内。

铬：铬元素可以提高钢的淬透性，而且可以使钢在冷却过程的珠光体转变区和贝氏体转变区分离，有利于形成贝氏体。

镍：少量的镍元素和锰元素结合起来使钢易生成贝氏体组织。

钼：钼元素因为能够有效推迟高温转变而又几乎不会影响贝氏体转变，因此钼是贝氏体非调制钢常用的合金元素。

综合以上考虑，本发明中把三者含量铬+镍+钼≥1.50％。

本发明抽油光杆的制作步骤如下：

(1)低合金钢棒材制备：按照杆体基体配方在转炉中冶炼，将钢液浇注成560kg的钢锭；经过Φ650x1和Φ650x3轧机轧制成65x65x65mm的方坯后，再由Φ400x1和Φ250x5连轧机轧制成Φ30圆钢，剪成9m定尺，空冷至室温。

(2)抽油光杆毛坯的制备：将获得的低合金钢棒材用冷拔机冷拔到抽油光杆标准长度9.14m，再利用抽油杆校直机校直；将杆体一端利用液压双缸镦粗机进行一端镦粗，然后两端车螺纹。

(3)抽油光杆表面涂层制备：先对抽油光杆基体的表面进行砂带打磨处理，使毛坯表面除锈、粗化和活化；然后使用氧乙炔火焰喷涂的方法在抽油光杆基体的中部表面距离抽油光杆基体两端各100mm～800mm处喷焊一层厚度在0.30mm～0.50mm的镍基合金涂层；喷涂后使用中频感应加热进行重熔使涂层与基体形成冶金结合。

实施例一

一种抽油光杆，由一抽油光杆基体和喷焊于抽油光杆基体表面的镍基合金涂层构成，所述基体的化学成分及重量百分含量为：碳0.12％，硅1.1％，锰0.8％，磷0.022％，硫0.023％，铬1.3％，镍0.25，钼0.4，余量为铁。

实施例二

一种抽油光杆，其基体的化学成分及重量百分含量为：碳0.20％，硅1.5％，锰1.0％，磷0.020％，硫0.022％，铬0.8％，镍0.33，钼0.6，余量为铁。

实施例三

一种抽油光杆，其基体的化学成分及重量百分含量为：碳0.18％，硅0.8％，锰0.8％，磷0.018％，硫0.023％，铬2.0％，镍0.15，钼0.3，余量为铁。

实施例四

在实验室环境下采用MTS810.15型疲劳试验机对以上三个实施例中的抽油光杆和普通抽油光杆基体(20CrMo抽油光杆)进行了拉伸和疲劳性能评价，疲劳性能试验采用高应力(700MPa)加速实验条件，具体结果如下表所示。

表1

样品	抗拉强度(Mp)	疲劳断裂循环周次
			20CrMo抽油光杆	965～1195	45900
实施例一	1307	150800
			实施例二	1342	149600
实施例三	1304	148000

可见，本发明的抽油光杆用钢具有最佳的综合力学性能，不仅使抗拉强度得到了显著提高，而且疲劳性能也提高了一倍，再加上其表面耐蚀性能优异的镍基合金涂层，使本发明的抽油光杆可以很好地满足油田高载荷和腐蚀的服役环境。

Claims

1.一种抽油光杆，由一抽油光杆基体和喷焊于抽油光杆基体表面的镍基合金涂层构成，其特征在于，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。

2.如权利要求1所述的抽油光杆，其特征在于，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％，硅1.1％，锰0.8％，磷0.022％，硫0.023％，铬1.3％，镍0.25，钼0.4，余量为铁。

3.如权利要求1所述的抽油光杆，其特征在于，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.18％，硅0.8％，锰0.8％，磷0.018％，硫0.023％，铬2.0％，镍0.15，钼0.3，余量为铁。

4.如权利要求1所述的抽油光杆，其特征在于，所述抽油光杆基体的化学成分及重量百分含量分别为：碳0.18％，硅0.8％，锰0.8％，磷0.018％，硫0.023％，铬2.0％，镍0.15，钼0.3，余量为铁。

5.如权利要求1至4所述的抽油光杆，其特征在于，所述镍基合金涂层位于抽油光杆的中部，镍基合金涂层的两端距抽油光杆两端的距离分别为100mm～800mm。

6.如权利要求1至4所述的抽油光杆，其特征在于，所述镍基合金涂层的厚度为0.10mm～0.25mm。

7.如权利要求1至4所述的抽油光杆，其特征在于，所述镍基合金涂层的化学成分及重量百分含量分别为：碳≤0.30％，硅2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，铬5.0％～10.0％，铁≤8.0％，余量为镍。

8.权利要求1所述抽油光杆的制备方法，其特征在于，步骤为：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述镍基合金涂层的化学成分及重量百分含量分别为：碳≤0.30％，硅2.0％～4.0％，硼1.5％～2.5％，铬5.0％～10.0％，铁≤8.0％，余量为镍。

10.一种抽油光杆用钢，其特征在于，化学成分及重量百分含量分别为：碳0.12％～0.20％，硅0.50％～1.60％，锰0.50％～1.10％，磷≤0.025％，硫≤0.025％，铬+镍+钼≥1.50％，余量为铁。