CN103114292B - 激光熔敷多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光熔敷多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置，油井管的表面多元共渗复合层上具有激光熔敷热处理层，生产工艺：第一步：螺纹结构的加工；第二步：调质处理；第三步：抛光处理；第四步：预热；第五步：盐浴氮化处理；第六步：盐浴氧化处理；第七步：去盐清洗；第八步：抛光处理；第九步：第二次盐浴氧化处理；第十步：第二次去盐清洗；第十一步：激光淬火处理；第十二步：浸油处理；激光淬火热处理的装置是由CO₂激光器、功率计、光闸、导光系统、聚焦镜、反射镜和工作台组成，有益效果：油井管使用寿命大大提高，成本低，效益显著。

Description

激光熔敷多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置，特别涉及一种激光熔敷多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置。

背景技术

目前，我国油气资源中，大部分油、气井含有大量的Co₂、H₂S及Cl^-离子，这些腐蚀性介质是造成油井管腐蚀的主要原因，加之油井管磨损与腐蚀的同时综合作用，使普通油井管的使用周期降低，极大地增加了生产成本、降低了生产效率，另外在油井管的起、下井作业中，油井管螺纹的粘扣现象也是影响油井管使用寿命的重要原因之一。随着石油、天然气平均井深增加，斜井、偏磨井增多，并且继续呈快速增长趋势，井下温度压力提高，开采地质环境更加恶劣。大多数油田主要的防偏磨及耐腐蚀的措施包含：使用扶正器;涂覆耐磨、耐腐蚀涂层；内衬复合管；不锈钢油井管等方法。但这些措施都存有操作复杂、污染环境、效果不明显等缺点。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决现有石油行业中所用油井管耐磨性差、抗腐蚀性不好，致使增加生产成本和降低生产效率的问题；

本发明的另一个目的是为了解决现有表面处理油井管的工艺和装置中，工艺和结构复杂，容易造成环境污染的问题。

本发明为了达到上述目的，解决上述问题而提供的一种激光熔敷多元共渗复合处理的油井管、生产工艺及装置。

本发明所述的激光熔敷多元共渗复合处理的油井管，其表面多元共渗复合层上具有激光熔敷热处理层，这种油井管是利用激光表面熔覆和激光相变硬化等激光改性技术对相应钢级经C、N、O、S多元共渗的油井管内表面进行激光复合处理获得相应的油井管表面组织，可以改善油井管表面的力学性能、冶金性能、物理性能，从而提高了油井管的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能。

本发明所述的激光熔敷多元共渗复合处理的油井管的生产工艺如下所述：

第一步：螺纹结构的加工：按设计尺寸使用数控车床加工油井管螺纹；

第二步：调质处理：使用辊底式加热炉对油井管进行调质处理，淬火温度920℃，水冷，回火温度650℃；

第三步：抛光处理：使用抛光机将油井管内外表面氧化皮清理干净；

第四步：预热：将油井管放入空气炉加热，预热温度350～400℃，时间20～

40min；

第五步：盐浴氮化处理：采用卧式氮化电炉对油井管进行氮化处理，氮化温度550～570℃，氮化时间为3小时，盐浴氮化处理中的氮化盐包括尿素、碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和硫化钾，各成份按重量百分比计分别为：尿素45～50%，碳酸钾18～28%，碳酸钠15～20%，碳酸锂8～12%，硫化钾0.001～0.01% ；

第六步：盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管进行氧化处理，氧化

温度350～370℃，氧化时间为20分钟，盐浴氧化处理的氧化盐包括：氢氧化钠和硝酸钾，各成份按重量百分比计分别为：氢氧化钠：90-95% 、硝酸钾：5-10%；

    第七步：去盐清洗：待油井管温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中清

洗；

第八步：抛光处理：使用抛光机将油井管内外表面污物及氮化表面疏松层抛掉；

第九步： 第二次盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管进行氧化处理，

氧化温度350～370℃，氧化时间为20分钟；

第十步： 第二次去盐清洗：待油井管温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中清洗；

第十一步：激光淬火处理：使用DL-HL-T5000 型CO₂激光器对油井管内表面进行淬火处理；

第十二步：浸油处理：将油井管放入油槽中浸油处理，油温20-40℃，时间10分钟。

经过上述生产工艺所制得的油井管大大提高了渗层深度和硬度，形成了具有螺旋状的软硬带。硬带支撑摩擦副，并具有很强的耐磨、耐腐蚀作用，软带只承受冲刷腐蚀，并对油井管整体韧性起保护作用。彻底解决困扰油井管使用寿命的偏磨，粘扣和腐蚀三大难题。

激光淬火热处理的装置是由CO₂激光器、功率计、光闸、导光系统、聚焦镜、反射镜和工作台组成，其中CO₂激光器设置在前，工作台设置在后，CO₂激光器和工作台之间依次设有功率计、光闸、导光系统、聚焦镜和反射镜。

CO₂激光器的型号为DL-HL-T5000型，CO₂激光器最大连续输出功率为2kw，常用输出功率一般在1kw左右就能满足常规热处理要求。

激光淬火热处理装置的工作原理：

激光淬火热处理是利用高能激光束（能量密度为10³～10⁵w/cm²），对工件表面扫描，被扫描部分的材料表面急骤升温到相变温度，激光束离开后，被加热的部分又很快通过油井管外表面喷水冷却装置快速冷却。其淬火部分是超细化马氏体组织，硬度可提高2-3倍，淬硬层深度可达0.1～2.0mm，从而使工件的耐摩擦性能有较大的提高。

将激光输出能量通过功率计、光闸、导光系统，再通过聚焦镜将Φ30mm的激光聚焦成细光经90°反射镜将水平输出的激光变成垂直向下输出，照射到油井管的内表面。通过油井管的旋转和移动，就可得到经过热处理的螺旋轨迹。

本发明的有益效果：

1、多元共渗的油井管经激光淬火热处理后，极大地提高了油井管的耐磨性和防腐蚀性，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、激光淬火后的油井管使用寿命大大提高，综合使用寿命是普通油管的6倍以上；

3、激光淬火工艺简单，成本低，效益显著。

附图说明

图1为本发明所述的特种油井管剖视示意图。

图2为本发明所述激光淬火热处理装置结构示意图。

1、激光熔敷热处理层    2、油井管    3、CO₂激光器    4、功率计

5、光闸    6、导光系统    7、聚焦镜    8、反射镜    9、工作台。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示：

本发明所述的激光熔敷多元共渗复合处理的油井管2，其表面多元共渗复合层上具有激光熔敷热处理层1，这种油井管2是利用激光表面熔覆和激光相变硬化等激光改性技术对相应钢级经C、N、O、S多元共渗的油井管2内表面进行激光复合处理获得相应的油井管2的表面组织，可以改善油井管2内表面的力学性能、冶金性能、物理性能，从而提高了油井管2的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能。

本发明所述的激光熔敷多元共渗复合处理的油井管的生产工艺如下所述：

第一步：螺纹结构的加工：按设计尺寸使用数控车床加工油井管2螺纹；

第二步：调质处理：使用辊底式加热炉对油井管2进行调质处理，淬火温度920℃，水冷，回火温度650℃；

第三步：抛光处理：使用抛光机将油井管2内外表面氧化皮清理干净；

第四步：预热：将油井管2放入空气炉加热，预热温度350～400℃，时间

20～40min；

第五步：盐浴氮化处理：采用卧式氮化电炉对油井管2进行氮化处理，氮化温度550～570℃，氮化时间为3小时，盐浴氮化处理中的氮化盐包括尿素、碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和硫化钾，各成份按重量百分比计分别为：尿素45～50%，碳酸钾18～28%，碳酸钠15～20%，碳酸锂8～12%，硫化钾0.001～0.01% ；

第六步：盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管2进行氧化处理，氧

化温度350～370℃，氧化时间为20分钟，盐浴氧化处理的氧化盐包括：氢氧化钠和硝酸钾，各成份按重量百分比计分别为：氢氧化钠：90-95% 、硝酸钾：5-10%；

    第七步：去盐清洗：待油井管2温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中

清洗；

第八步：抛光处理：使用抛光机将油井管2内外表面污物及氮化表面疏松层抛掉；

第九步： 第二次盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管2进行氧化处理，

氧化温度350～370℃，氧化时间为20分钟；

第十步： 第二次去盐清洗：待油井管2温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中清洗；

第十一步：激光淬火处理：使用DL-HL-T5000 型CO₂激光器3对油井管2内表面进行淬火处理；

第十二步：浸油处理：将油井管2放入油槽中浸油处理，油温20-40℃，时间10分钟。

经过上述生产工艺所制得的油井管2大大提高了渗层深度和硬度，形成了具有螺旋状的软硬带。硬带支撑摩擦副，并具有很强的耐磨、耐腐蚀作用，软带只承受冲刷腐蚀，并对油井管2整体韧性起保护作用。彻底解决困扰油井管2使用寿命的偏磨，粘扣和腐蚀三大难题。

激光淬火热处理的装置是由CO₂激光器3、功率计4、光闸5、导光系统6、聚焦镜7、反射镜8和工作台9组成，其中CO₂激光器3设置在前，工作台9设置在后，CO₂激光器3和工作台9之间依次设有功率计4、光闸5、导光系统6、聚焦镜7和反射镜8。

CO₂激光器3的型号为DL-HL-T5000型，CO₂激光器3最大连续输出功率为2kw，常用输出功率一般在1kw左右就能满足常规热处理要求。

激光淬火热处理装置的工作原理：

激光淬火热处理是利用高能激光束（能量密度为10³～10⁵w/cm²），对工件表面扫描，被扫描部分的材料表面急骤升温到相变温度，激光束离开后，被加热的部分又很快通过油井管外表面喷水冷却装置快速冷却。其淬火部分是超细化马氏体组织，硬度可提高2-3倍，淬硬层深度可达0.1～2.0mm，从而使工件的耐摩擦性能有较大的提高。

将激光输出能量通过功率计4、光闸5、导光系统6，再通过聚焦镜7将Φ30mm的激光聚焦成细光经90°反射镜8将水平输出的激光变成垂直向下输出，照射到油井管2的内表面。通过油井管2的旋转和移动，就可得到经过热处理的螺旋轨迹。 

Claims (1)

1.一种激光熔敷多元共渗复合处理油井管的生产工艺，其生产工艺如下所述：

第一步：螺纹结构的加工：按设计尺寸使用数控车床加工油井管螺纹；

第二步：调质处理：使用辊底式加热炉对油井管进行调质处理，淬火温度920℃，水冷，回火温度650℃；

第三步：抛光处理：使用抛光机将油井管内外表面氧化皮清理干净；

第四步：预热：将油井管放入空气炉加热，预热温度350～400℃，时间20～40min；

第五步：盐浴氮化处理：采用卧式氮化电炉对油井管进行氮化处理，氮化温度550℃，氮化时间为3小时，盐浴氮化处理中的氮化盐包括尿素、碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和硫化钾，各成份按重量百分比计分别为：尿素45～50％，碳酸钾18％，碳酸钠15～20％，碳酸锂8～12％，硫化钾0.001～0.01％；

第六步：盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管进行氧化处理，氧化温度350～370℃，氧化时间为20分钟，盐浴氧化处理的氧化盐包括：氢氧化钠和硝酸钾，各成份按重量百分比计分别为：氢氧化钠：90-95％、硝酸钾：5-10％；

第七步：去盐清洗：待油井管温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中清洗；

第八步：抛光处理：使用抛光机将油井管内外表面污物及氮化表面疏松层抛掉；

第九步：第二次盐浴氧化处理：采用卧式氧化电炉对油井管进行氧化处理，氧化温度350～370℃，氧化时间为20分钟；

第十步：第二次去盐清洗：待油井管温度冷却到270～290℃时，放入清洗槽中清洗；

第十一步：激光淬火处理：使用DL-HL-T5000型CO2激光器对油井管内表面进行淬火处理；

第十二步：浸油处理：将油井管放入油槽中浸油处理，油温20-40℃，时间10分钟。