CN103362454A - 解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法。该方法包括：1）前清洗；2）装卡；3）预热；4）氮碳离子渗入；5）离子活化；6）氧离子渗入；7）后清洗；8）离子稳定化；9）浸油。本发明方法通过对油井管接箍进行可控离子渗入（PIP）处理，在其表面形成多层复合渗层，起到润滑作用，改善油井管接箍的粘着磨损条件，从而做到油井管接箍在使用过程中不粘扣，并且耐蚀性能大大提高，使得油井管接箍具有很好的实际使用效果。

Description

解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法

技术领域：

本发明涉及一种解决油井管（套管和油管）接箍粘扣和提高其耐蚀性的可控离子渗入（PIP）的方法。 

背景技术：

在石油、天然气钻采过程中,要使用大量油井管,而每两根油井管之间就要使用一个接箍。一方面，由于油井管连接部位时常发生螺纹粘扣现象，导致油井管使用寿命缩短、甚至出现掉井事故；另一方面，油井管长期埋在井下，经受各种腐蚀性介质的腐蚀，油井中H₂S，CO₂，O₂，酸碱盐等介质对油井管的腐蚀破坏是非常严重的, 腐蚀也会造成油井管掉井事故；从而给油（气）田开采企业带来巨大的经济损失。因此,人们不断地探讨油井管接箍的粘扣和腐蚀机理,研发抗粘扣和防腐蚀措施,使安全生产尽可能达到最大化，并且生产成本不高。

目前，提高油井管接箍抗粘扣能力的方法主要有：镀铜、镀锌、镀锡、镀铬、磷酸锰和磷酸锌磷化。这些方法也提高其耐腐蚀性能，但增加的抗腐蚀性能有限，无法较好的经受各种腐蚀性介质的腐蚀，并且质量不稳定，如磷化会出现挂灰、白斑、脱膜以及黄锈等现象。镀铜是提高油井管接箍抗粘扣能力最好的方法，但是镀铜生产成本较高，并且镀铜过程中对环境造成污染。

发明内容：

本发明的目的是为了克服镀铜工艺的不足，提供一种提高赋予油井管接箍更好的综合性能。做到油井管接箍在使用过程中不粘扣，其抗粘扣能力高于API标准（美国石油协会标准）的要求，同时耐蚀性能大大提高，并且生产成本低于镀铜工艺的解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，该方法包括以下步骤：

1）前清洗：清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹；前清洗主要用来清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹，消除在之后的可控离子渗入过程中油污和锈迹的阻渗作用，同时保证油井管接箍处理完成后表面均匀一致；

2）装卡：将油井管接箍装入工装；

3）预热：油井管接箍进入空气加热炉预热，温度300℃～450℃，时间20～40min；预热的目的是烤干接箍表面从清洗槽中带出来的水分，使接箍处理后外观更均匀一致，不产生表面缺陷，同时接箍经预热对元素的渗入有一定的催化作用；

4）氮碳离子渗入：经预热的油井管接箍进入氮碳离子渗入炉，温度550℃～660℃，时间30～120min，氮碳离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃10%～15%、K₂CO₃10%～20%、NaCl20%～25%、CO(NH₂)₂30%～50%、K₂SO₃1%～3%、CeCO₃1%～3%、LiOH5%～10%；油井管接箍在氮碳离子渗入炉中，在活性离子分解、扩散以及吸附的过程中，在油井管接箍表面形成预期厚度的渗层，该渗层由金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成，具有抗粘扣和高耐蚀的特性；

5）离子活化：经氮碳离子渗入的油井管接箍进入离子活化炉；温度450℃～550℃，时间30～120min；离子活化渗剂按重量百分比组成为：Na₂SO₄5%～10%、Na₂CO₃10%～20%、K₂CO₃10%～20%、NaCl20%～25%、CO(NH₂)₂30%～40%、K₂SO₃1%～3%、CeCO₃1%～3%、LiOH5%～10%、KCl3%～5%；油井管接箍在离子活化炉中，吸附于接箍表面的活性离子进一步活化并向接箍基体方向扩散，再次完成扩散以及吸附过程，调整金属元素氮碳化合物的比例和增加复合渗层厚度，从而提高油井管接箍的抗粘扣和抗疲劳性能；

6）氧离子渗入：经离子活化的油井管接箍进入氧离子渗入炉，温度370℃～430℃，时间15～30min，氧离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃20%～30%、NaNO₃30%～40%、NaNO₂ 20%～30%、CeSO₄10%～20%，氧离子渗入：油井管接箍在氧离子渗入炉中，残留于接箍表面的氮碳离子渗剂与氧离子渗入炉中的渗剂反应、形成的渗层为一部分氧以间隙形式溶入化合物晶格中，另一部分氧在表面形成金属氧化层，从而提高油井管接箍的抗粘扣和抗耐蚀性能；

7）后清洗：清除油井管接箍内、外表面渗剂，水清洗干净，烘干或自然干； 

8）离子稳定化：油井管接箍进入离子稳定化炉，温度100℃～200℃，时间20～40min；油井管接箍在离子稳定化炉中，通过炉内渗剂的稳定作用，对之前工序形成的复合渗层进行稳定和提高致密度，进一步增加接箍的耐蚀性和抗粘扣性。 

9）浸油：经离子稳定化的油井管接箍进入盛装10-20#机油的油槽，时间3～10min，采用浸油工序：进一步增加接箍的耐蚀性。

本发明所用渗剂中有益活性离子稳定性好，随着可控粒子渗入（PIP）处理的进行，活性离子浓度的下降呈现一定规律，通过化学分析检测手段对离子浓度进行分析，能定量调节渗剂中活性离子的浓度，同时通过改变渗入温度和渗入时间，可有效控制复合渗层中物相的比例，并得到预期的渗层厚度，从而比较好的实现对PIP处理的质量控制。

采用本发明可控离子渗入方法最终形成的渗层组织是：最表面为金属元素的氧化物和溶入氧的化合物晶格组成的氧化层；向内为金属元素的氮碳化合物，最内层为氮在铁中的固溶体。

本发明在对油井管接箍进行处理时，在氧离子渗入接箍表面的同时，接箍在之前工序处理时表面残余的氰根等有害离子也同时被氧化，生成对环境无公害的碳酸盐物质，从而实现了保护环境的目的。

本发明适用于所有制造油井管接箍的材质，如：H40、J55、K55、N80、C75、L80（13Cr）、C90、C95、P110等。

本发明方法通过对油井管接箍进行可控离子渗入（PIP）处理，在其表面形成多层复合渗层，起到润滑作用，改善油井管接箍的粘着磨损条件，抗粘扣性好（抗粘扣能力高于API标准的要求），耐蚀性好。从而做到油井管接箍在使用过程中不粘扣，并且耐蚀性能大大提高，使得油井管接箍具有很好的实际使用效果，生产成本低于镀铜工艺。

采用本发明处理后的石油管接箍，其抗粘扣性和耐腐蚀性均得到极大的提高（见表1、表2、表3）。

表1：抗粘扣性能试验：

表2：耐腐蚀性能试验：

 

  表3：

试验表明，经本发明处理后的油井管接箍，其抗粘扣性能和耐腐蚀性能均能达到API标准，可以满足实际使用的要求。

利用可控离子渗入的方法在油井管接箍表面形成由金属元素的氧化物、溶入氧的化合物晶格、金属元素的氮碳化合物以及氮在铁中的固溶体组成的可控的多层复合渗层。经过该方法处理过的油井管接箍，其抗粘扣能力高于API标准的要求，同时耐蚀性能大大提高。

附图说明：

图1为接箍经PIP处理后的实物图。

具体实施方式：

实施例1：

本实施例1解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，该方法包括：

1）前清洗，清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹；

2）装卡：将油井管接箍装入工装；

3）预热：油井管接箍进入空气加热炉，温度375℃，时间30min；

4）氮碳离子渗入：经预热的油井管接箍进入氮碳离子渗入炉，温度600℃，时间75min；氮碳离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃12%、K₂CO₃15%、NaCl24%、CO(NH₂)₂40%、K₂SO₃2%、CeCO₃2%、LiOH5%；　　　　

5）离子活化：经氮碳离子渗入的油井管接箍进入离子活化炉；温度500℃，时间75min；离子活化渗剂按重量百分比组成为：Na₂SO₄7%、Na₂CO₃10%、K₂CO₃10%、NaCl22%、CO(NH₂)₂40%、K₂SO₃2%、CeCO₃1%、LiOH5%、KCl3%；

6）氧离子渗入：经离子活化的油井管接箍进入氧离子渗入炉，温度400℃，时间23min，氧离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃25%、NaNO₃35%、NaNO₂ 25%、CeSO₄15%；

7）后清洗：清除油井管接箍内、外表面渗剂，水清洗干净，烘干或自然干；

8）离子稳定化：油井管接箍进入离子稳定化炉，温度150℃，时间30min；

9）浸油：经离子稳定化的油井管接箍进入盛装10或20#机油的油槽，时间3～10min。

实施例2：

本实施例2解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，该方法包括：

1）前清洗：清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹；

2）装卡：将油井管接箍装入工装；

3）预热：油井管接箍进入空气加热炉，温度300℃，时间40min；

4）氮碳离子渗入：经预热的油井管接箍进入氮碳离子渗入炉，温度550℃，时间120min；氨水碳离子渗剂按重量百分比：Na₂CO₃10%、K₂CO₃10%、NaC24%、CO(NH₂)₂40%、K₂SO₃3%、CeCO₃3%、LiOH10%；　　　　

5）离子活化：经氮碳离子渗入的油井管接箍进入离子活化炉；温度450℃，时间120min；离子活化渗剂按重量百分比组成为：Na₂SO₄5%、Na₂CO₃12%、K₂CO₃12%、NaCl20%、CO(NH₂)₂30%、K₂SO₃3%、CeCO₃3%、LiOH10%、KCl5%；

6）氧离子渗入：经离子活化的油井管接箍进入氧离子渗入炉，温度370℃，时间30min，氧离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃20%、NaNO₃40%、NaNO₂ 30%、CeSO₄10%。

7）后清洗：清除油井管接箍内、外表面渗剂，水清洗干净，烘干或自然干；

8）离子稳定化：油井管接箍进入离子稳定化炉，温度100℃，时间40min；

9）浸油：经离子稳定化的油井管接箍进入盛装10或20#机油的油槽，时间3min。

实施例3：

本实施例3解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，该方法包括：

1）前清洗，清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹；

2）装卡：将油井管接箍装入工装；

3）预热：油井管接箍进入空气加热炉，温度450℃，时间20min；

4）氮碳离子渗入：经预热的油井管接箍进入氮碳离子渗入炉，温度660℃，时间30min；氮碳离子渗剂按重量百分比：Na₂CO₃15%、K₂CO₃20%、NaCl25%、CO(NH₂)₂32%、K₂SO₃2%、CeCO₃1%、LiOH5%；　　　　

5）离子活化：经氮碳离子渗入的油井管接箍进入离子活化炉；温度550℃，时间30min；离子活化渗剂按重量百分比组成为：Na₂SO₄10%、Na₂CO₃10%、K₂CO₃10%、NaCl25%、CO(NH₂)₂35%、K₂SO₃1%、CeCO₃1%、LiOH5%、KCl3%；

6）氧离子渗入：经离子活化的油井管接箍进入氧离子渗入炉，温度430℃，时间15min，氧离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃30%、NaNO₃30%%、NaNO₂ 20%、CeSO₄20%。

7）后清洗：清除油井管接箍内、外表面渗剂，水清洗干净，烘干或自然干；

8）离子稳定化：油井管接箍进入离子稳定化炉，温度100℃，时间20min；

9）浸油：经离子稳定化的油井管接箍进入盛装20#机油的油槽，时间3min。

图1为接箍经PIP处理后的实物图。

随着可控离子处理的进行，根据活性离子浓度的下降规律，通过化学分析检测手段对离子浓度进行分析，能定量调节渗剂中活性离子的浓度，同时通过改变渗入温度和渗入时间，可有效控制复合渗层中物相的比例，并得到预期的渗层厚度。

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (2)

1.解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，该方法包括以下步骤：

1）前清洗：清除油井管接箍内螺纹表面油污和外表面锈迹；

2）装卡：将油井管接箍装入工装；

3）预热：油井管接箍进入空气加热炉预热，温度300℃～450℃，时间20～40min；

4）氮碳离子渗入：经预热的油井管接箍进入氮碳离子渗入炉，温度550℃～660℃，时间30～120min；氮碳离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃10%～15%、K₂CO₃10%～20%、NaCl20%～25%、CO(NH₂)₂30%～40%、K₂SO₃1%～3%、CeCO₃1%～3%、LiOH5%～10%；　　　　

5）离子活化：经氮碳离子渗入的油井管接箍进入离子活化炉，温度450℃～550℃，时间30～120min；离子活化渗剂按重量百分比组成为：Na₂SO₄5%～10%、Na₂CO₃10%～20%、K₂CO₃10%～20%、NaCl20%～25%、CO(NH₂)₂30%～40%、K₂SO₃1%～3%、CeCO₃1%～3%、LiOH5%～10%、KCl3%～5%；

6）氧离子渗入：经离子活化的油井管接箍进入氧离子渗入炉，温度370℃～430℃，时间15～30min，氧离子渗剂按重量百分比组成为：Na₂CO₃20%～30%、NaNO₃30%～40%、NaNO₂ 20%～30%、CeSO₄10%～20%；

7）后清洗：清除油井管接箍内、外表面渗剂，水清洗干净，烘干或自然干；

8）离子稳定化：油井管接箍进入离子稳定化炉，温度100℃～200℃，时间20～40min；

9）浸油：经离子稳定化的油井管接箍进入盛装10～20#机油的油槽，时间3～10min。

2.如权利要求1所述的解决油井管接箍粘扣和提高其耐蚀性的方法，其特征在于随着可控离子处理的进行，根据活性离子浓度的下降规律，通过化学分析检测手段对离子浓度进行分析，能定量调节渗剂中活性离子的浓度，同时通过改变渗入温度和渗入时间，能有效控制复合渗层中物相的比例，并得到预期的渗层厚度。

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