CN108798537A - 一种防腐耐磨光杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防腐耐磨光杆，包括杆体，所述杆体的两端分别设有第一外螺纹接头和第二外螺纹接头，所述杆体的外侧设有防腐耐磨合金涂层，所述杆体靠近所述第二外螺纹接头的非镦粗部设有阴极保护防腐合金涂层。本发明对光杆杆体和镦粗部进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备部件技术领域，具体为一种防腐耐磨光杆。
背景技术
光杆作为油井的第一根抽油杆，不仅要长期承受井下所有抽油杆、抽油泵和井液的重力以及抽油过程中产生的各种阻力等载荷，同时还要持续地与井口密封件发生摩擦。
我国大部分油田进入开发中后期，综合含水率越来越高，还常常采用注水等增产措施，并且油田回注水基本上都是污水直接回注，造成光杆工作环境非常恶劣。高矿化度井液中含有各种腐蚀介质和腐蚀性微生物等，尤其是富含Cl-，使光杆的腐蚀速率大幅提高。同时，伴生气中含有CO2、H2S等腐蚀气体，使井液呈弱酸性。众所周知，治理Cl-、CO2和H2S腐蚀一直是采油工程的世界难题。而且光杆与井口密封件间的摩擦会产生热能，使其表面活化，在腐蚀性产出液的作用下，光杆表面腐蚀速率会大幅加速。另外，如含砂量的影响、油井结蜡结垢的影响、产出液粘度的影响也都会促进光杆表面发生腐蚀与偏磨。
光杆长期承受不对称交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用，使其成为机械采油中可靠性非常低的设备，如何有效治理光杆腐蚀与偏磨就成为实现油田开发中后期高效稳产的迫切任务。据统计，光杆表面失效占光杆失效的90％以上，并且表面失效也会带来断裂失效的隐患，给现场管理带来极大的不便。
针对防腐耐磨难题，目前对光杆采取的防治措施有：主要采用电镀或化学镀的方法和技术加工镀铬光杆、镀镍光杆、镀钨光杆，以及热喷涂AOC光杆等。
光杆常规耐磨防腐镀层与基体结合强度低，在上述复杂井况环境下使用，镀层易起皮、脱落、磨损，形成防腐抗磨短板，效果不是十分理想，而且成本不低；热喷涂AOC光杆的喷焊涂层与基体结合强度大幅提升，具有良好的防腐耐磨性能，但是受制于镦锻光杆的杆头与杆体大径比和复杂形状限制，镦锻杆头区域一般不进行喷焊防腐抗磨合金涂层，非镦粗部一定长度范围内为了固定光杆卡也不进行喷焊防腐合金涂层，这样就实质上降低了光杆整体的防腐耐磨性能和可靠性，而且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题，提供一种防腐耐磨光杆，具有整体防腐耐磨双向保护功能，通过配套使用双向保护接箍，可有效实现光杆产品整体防腐蚀抗偏磨性能，性价比极高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型防腐耐磨光杆，包括杆体，所述杆体的两端分别设有第一外螺纹接头和第二外螺纹接头，所述杆体的外侧设有防腐耐磨合金涂层，所述杆体靠近所述第二外螺纹接头的非镦粗部设有阴极保护防腐合金涂层。
进一步地，所述第一外螺纹接头与所述杆体之间设有镦粗部，所述镦粗部外侧设有防腐耐磨合金涂层。
进一步地，所述第一外螺纹接头与所述杆体之间依次设有卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区，所述卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区构成镦粗部，所述杆体的外侧设有防腐耐磨合金涂层，所述杆体靠近所述第二外螺纹接头的非镦粗部设有阴极保护防腐合金涂层，所述推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区的外表面设有防腐耐磨合金涂层。
进一步地，所述防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
进一步地，所述镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了光杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。
进一步地，所述防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表层淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持光杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对光杆整体进行超音频表层淬火，确保在光杆杆体表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。同时，通过表层淬火使光杆具有良好的综合力学性能，在表层中产生有益的残余压应力，可以大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。
进一步地，所述阴极保护防腐合金涂层为具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层。解决杆体上端要求硬度适中，可有效锚定光杆卡子，又解决了锚定光杆卡子处伤痕的防腐问题，以及暴露于空气中的光杆防水气腐蚀问题，确保光杆的整体防腐性能。
进一步地，所述有色金属合金防腐涂层中含有Mg、Ti、Cu、RE微量元素。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明一种新型防腐耐磨光杆对光杆杆体和镦粗部进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。
2、本发明一种新型防腐耐磨光杆对非镦粗部一定长度范围内进行电弧喷涂具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层，既解决了光杆上端要求硬度适中，可有效锚定光杆卡子，又解决了锚定光杆卡子处伤痕的防腐问题，以及暴露于空气中的光杆防水气腐蚀问题，确保光杆的整体防腐性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图。
图中：1杆体、2第一外螺纹接头、3第二外螺纹接头、4卸荷槽、5推承面台肩、6扳手方颈、7凸缘、8圆弧过渡区、9非镦粗部、10镦粗部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种新型防腐耐磨光杆，包括杆体1，杆体1的两端分别设有第一外螺纹接头2和第二外螺纹接头3，杆体1的外侧均设有防腐耐磨合金涂层，防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了光杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表层淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持光杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对光杆整体进行超音频表层淬火，确保在光杆杆体表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。同时，通过表层淬火使光杆具有良好的综合力学性能，在表层中产生有益的残余压应力，可以大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。
杆体1靠近第二外螺纹接头3的非镦粗部9设有阴极保护防腐合金涂层，阴极保护防腐合金涂层为具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层。解决杆体上端要求硬度适中，可有效锚定光杆卡子，又解决了锚定光杆卡子处伤痕的防腐问题，以及暴露于空气中的光杆防水气腐蚀问题，确保光杆的整体防腐性能。有色金属合金防腐涂层中含有Mg、Ti、Cu、RE微量元素。
实施例2
如图2所示，一种新型防腐耐磨光杆，包括杆体1，杆体1的两端分别设有第一外螺纹接头2和第二外螺纹接头3，第一外螺纹接头2与杆体1之间设有镦粗部10，杆体1和镦粗部10的外侧均设有防腐耐磨合金涂层，防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了光杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表层淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持光杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对光杆整体进行超音频表层淬火，确保在光杆杆体表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。同时，通过表层淬火使光杆具有良好的综合力学性能，在表层中产生有益的残余压应力，可以大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。
杆体1靠近第二外螺纹接头3的非镦粗部9设有阴极保护防腐合金涂层，阴极保护防腐合金涂层为具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层。解决杆体上端要求硬度适中，可有效锚定光杆卡子，又解决了锚定光杆卡子处伤痕的防腐问题，以及暴露于空气中的光杆防水气腐蚀问题，确保光杆的整体防腐性能。有色金属合金防腐涂层中含有Mg、Ti、Cu、RE微量元素。
实施例3
如图3所示，一种新型防腐耐磨光杆，包括杆体1，杆体1的两端分别设有第一外螺纹接头2和第二外螺纹接头3，第一外螺纹接头2与杆体1之间依次设有卸荷槽4、推承面台肩5、扳手方颈6、凸缘7和圆弧过渡区8，卸荷槽4、推承面台肩5、扳手方颈6、凸缘7和圆弧过渡区8共同构成镦粗部，杆体1和卸荷槽4、推承面台肩5、扳手方颈6、凸缘7和圆弧过渡区8的外侧均设有防腐耐磨合金涂层，防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。对杆体进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行重熔，确保在杆体表面形成一层高耐腐蚀抗磨损的合金涂层，重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级，这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成的。该合金粉末熔点低、自熔性好、具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能，是目前应用最广泛的一种自熔性喷焊合金粉末。使得合金涂层与基材之间结合更紧密，既具有优异的抗磨、耐蚀、低摩擦系数性能，又具有良好的整体抗弯性能和抵制表面裂纹产生的能力，有效延长了光杆的使用寿命，能充分满足油田高载荷和强磨损腐蚀的服役环境。防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表层淬火。喷焊时既可以自动调整喷焊工艺，确保喷焊涂层厚薄均匀一致，又具有漏喷自检自纠功能，从而确保喷焊合金涂层的高质量。喷后重熔则采用自动化超音频电磁感应加热技术，具有操作方便、易于控制、加热速度快、加热均匀、加热深度浅，既有利于保持光杆基材性能、减少工件变形和热损伤，又有利于镍基合金涂层与基材之间形成渗透层，提高结合强度，减少产生涂层表面裂纹等缺陷的可能，从而确保重熔后的合金涂层与基体的结合强度为冶金级。在喷焊重熔后，立即对光杆整体进行超音频表层淬火，确保在光杆杆体表面形成一层高耐腐蚀和高抗磨损的致密合金涂层。这就解决了光杆既要求高强高韧，又要求防腐抗磨的现代采油工艺难题。同时，通过表层淬火使光杆具有良好的综合力学性能，在表层中产生有益的残余压应力，可以大幅降低表面缺陷的敏感性，从而达到提高疲劳强度的目的，就可以很好地满足油田高载荷和强腐蚀磨损的服役环境。
杆体1靠近第二外螺纹接头3的非镦粗部9设有阴极保护防腐合金涂层，阴极保护防腐合金涂层为具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层。解决杆体上端要求硬度适中，可有效锚定光杆卡子，又解决了锚定光杆卡子处伤痕的防腐问题，以及暴露于空气中的光杆防水气腐蚀问题，确保光杆的整体防腐性能。有色金属合金防腐涂层中含有Mg、Ti、Cu、RE微量元素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种防腐耐磨光杆，其特征在于：包括杆体，所述杆体的两端分别设有第一外螺纹接头和第二外螺纹接头，所述杆体的外侧设有防腐耐磨合金涂层，所述杆体靠近所述第二外螺纹接头的非镦粗部设有阴极保护防腐合金涂层。
2.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述第一外螺纹接头与所述杆体之间设有镦粗部，所述镦粗部外侧设有防腐耐磨合金涂层。
3.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述第一外螺纹接头与所述杆体之间依次设有卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区，所述卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区构成镦粗部，所述杆体的外侧设有防腐耐磨合金涂层，所述杆体靠近所述第二外螺纹接头的非镦粗部设有阴极保护防腐合金涂层，所述推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过渡区的外表面设有防腐耐磨合金涂层。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述防腐耐磨合金涂层为采用镍基自熔性合金粉末进行重熔制得。
5.根据权利要求4所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述镍基自熔性合金粉末是以镍元素为基体，添加铬、碳、硼、硅等元素制成。
6.根据权利要求5所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述防腐耐磨合金涂层采用火焰喷焊工艺进行火焰喷焊镍基自熔性合金粉末并进行超音频电磁感应重熔和表层淬火。
7.根据权利要求4所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述阴极保护防腐合金涂层为具有阴极保护功能的有色金属合金防腐涂层。
8.根据权利要求7所述的一种防腐耐磨光杆，其特征在于，所述有色金属合金防腐涂层中含有Mg、Ti、Cu、RE微量元素。
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